高中物理 第11章 第5节 外力作用下的振动同步练习 新人教版选修34.docx
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高中物理第11章第5节外力作用下的振动同步练习新人教版选修34
2019-2020年高中物理第11章第5节外力作用下的振动同步练习新人教版选修3-4
一、选择题(1~3题为单选题,4题为多选题)
1.一单摆做阻尼振动,则在振动过程中( )
A.振幅越来越小,周期也越来越小
B.振幅越来越小,周期不变
C.在振动过程中,通过某一位置时,机械能始终不变
D.振动过程中,机械能不守恒,频率减小
答案:
B
解析:
因单摆做阻尼振动,根据阻尼振动的定义可知,其振幅越来越小。
而单摆振动过程中的周期是其固有周期,是由本身条件决定的,是不变的,故A项错误,B项正确。
又因单摆做阻尼振动过程中,振幅逐渐减小,振动的能量也在减少,即机械能在减少,频率不变,所以C、D项错。
2.(河南三门峡市xx~xx学年高二下学期期末)如图所示,把两个弹簧振子悬挂在同一支架上,已知甲弹簧振子的固有频率为8Hz,乙弹簧振子的固有频率为72Hz,当支架在受到竖直方向且频率为9Hz的驱动力作用下做受迫振动时,两个弹簧振子的振动情况是( )
A.甲的振幅较大,且振动频率为8Hz
B.甲的振幅较大,且振动频率为9Hz
C.乙的振幅较大,且振动频率为9Hz
D.乙的振幅较大,且振动频率为72Hz
答案:
B
解析:
物体做受迫振动时的频率等于驱动力的频率;物体的固有频率越接近驱动力的频率,物体振动的振幅就越大,所以B正确。
3.(北京市西城区xx~xx学年高二下学期期末)如图所示,在一根张紧的水平绳子上挂着四个摆,其中a、c摆长相等。
让a摆在垂直于水平绳的方向振动起来,通过张紧的绳子给另外三个摆施加驱动力,使它们各自做受迫振动。
可以观察到b、c、d三个摆的运动情况是( )
A.三个摆的振动周期相同
B.三个摆的振动振幅相同
C.b摆的振动振幅最大
D.d摆的振动周期最小
答案:
A
解析:
a摆的振动,作为一种驱动力迫使其他三个摆做受迫振动,受迫振动的周期(或频率)等于驱动力的周期(或频率),而和自身的固有周期(固有频率)无关,A正确,D错误。
三个摆做受迫振动的振幅与驱动力的频率跟自身的固有频率之差有关,这个差越小,物体做受迫振动的振幅越大。
在a、b、c、d四个摆中,a的摆长跟c的摆长相等,因此,c摆做受迫振动的振幅最大。
B、C错误。
4.一砝码和一轻弹簧构成弹簧振子,图甲所示的装置可用于研究该弹簧振子的受迫振动。
匀速转动把手时,曲杆给弹簧振子以驱动力,使振子做受迫振动。
把手匀速转动的周期就是驱动力的周期,改变把手匀速转动的速度就可以改变驱动力的周期。
若保持把手不动,给砝码一向下的初速度,砝码便做简谐运动,振动图线如图乙所示。
当把手以某一速度匀速转动,受迫振动达到稳定时,砝码的振动图象如图丙所示。
若用T0表示弹簧振子的固有周期,T表示驱动力的周期,Y表示受迫振动达到稳定后砝码振动的振幅,则( )
A.由图线可知T0=4s
B.由图线可知T0=8s
C.当T在4s附近时,Y显著增大,当T比4s小得多或大得多时,Y很小
D.当T在8s附近时,Y显著增大,当T比8s小得多或大得多时,Y很小
答案:
AC
解析:
由题中图乙可知弹簧振子的固有周期T0=4s,故A选项正确,B选项错误。
根据受迫振动的特点:
当驱动力的周期与系统的固有周期相同时发生共振,振幅最大;当驱动力的周期与系统的固有周期相差越多时,受迫振动物体振动稳定后的振幅越小。
故C选项正确。
D选项错误。
二、非选择题
5.某桥梁的固有频率为7.5Hz,有大量军队齐步过桥,军人每跨一步距离为0.8m。
当行走速度为________m/s时,会对桥的安全造成威胁。
答案:
6
解析:
设行走速度为v时会对桥造成威胁,此时步行频率等于桥梁的固有频率,则v=Lf=0.8×7.5m/s=6m/s。
当驱动力频率等于固有频率时会发生共振。
6.如图所示是一个单摆的共振曲线。
(1)试估算此单摆的摆长。
(g取10m/s2)
(2)共振时单摆的振幅为多大?
(3)若摆长增大,共振曲线的峰值将怎样移动?
答案:
(1)1.58m
(2)15cm (3)左移
解析:
(1)由题图知单摆固有周期T=
=
=2.5s,由T=2π
,得摆长l≈1.58m。
(2)由图象知,振幅为15cm。
(3)摆长变长,固有周期增大,固有频率减小,故图象左移。
能力提升
一、选择题(1~4题为单选题,5题为多选题)
1.(邢台外国语学校xx~xx学年高二下学期检测)一个摆长约1m的单摆,在下列的四个随时间变化的驱动力作用下振动,要使单摆振动的振幅尽可能增大,应选用的驱动力是( )
答案:
C
解析:
据单摆的周期公式:
T=2π
求出此摆的周期T≈2s,当驱动力的周期接近该单摆的固有周期时,振幅最大,C图的周期为2s,故选C。
2.在飞机的发展史中有一个阶段,飞机上天后不久,飞机的机翼很快就抖动起来,而且越抖越厉害,后来人们经过了艰苦地探索,利用在飞机机翼前缘处装置一个配重杆的方法解决了这一问题,在飞机机翼前装置配重杆的主要目的是( )
A.加大飞机的惯性 B.使机体更加平衡
C.使机翼更加牢固D.改变机翼的固有频率
答案:
D
解析:
飞机抖动得厉害是因为发生了共振现象,想要解决这一问题,需要使系统的固有频率与驱动力的频率差距增大,在飞机机翼前缘处装置一个配重杆,改变的是机翼的固有频率,故选项D正确。
3.(河北衡水中学xx~xx学年高二下学期期中)如图所示,一台玩具电机的轴上安有一个小皮带轮甲,通过皮带带动皮带轮乙转动(皮带不打滑),皮带轮乙上离轴心O距离2mm处安有一个圆环P。
一根细绳一端固定在圆环P上,另一端固定在对面的支架上,绳呈水平方向且绷直。
在绳上悬挂着4个单摆a、b、c、d。
已知电动机的转速是149r/min,甲、乙两皮带轮的半径之比为15,4个单摆的摆长分别是100cm、80cm、60cm、40cm.电动机匀速转动过程中,哪个单摆的振幅最大( )
A.单摆aB.单摆b
C.单摆cD.单摆d
答案:
A
解析:
电动机的转速是149r/min,则
周期T甲=
=
s,
甲、乙的半径比是15,则乙的周期是T乙=
s,
要发生共振,由单摆周期公式T=2π
得,对应单摆的摆长为1.013m;
题中给出的四个单摆中,a最接近,所以a的振幅最大。
故选A。
4.洗衣机在把衣服脱水完毕拔掉电源后,电动机还要转动一会才能停下来,在拔掉电源后,发现洗衣机先振动得比较小,然后有一阵子振动得很剧烈,然后振动慢慢减小直至停下来,其间振动剧烈的原因是( )
A.洗衣机没放平衡
B.电动机有一阵子转快了
C.电动机转动的频率和洗衣机的固有频率相近或相等
D.这只是一种偶然现象
答案:
C
解析:
洗衣机脱水时,电动机转速很快,频率很大,可以说远大于洗衣机的固有频率,不能发生共振现象。
当脱水终止时,随着电动机转速的减小,频率也在减小,肯定有一段时间,频率接近或等于洗衣机的固有频率,从而发生共振现象,反应在宏观上就是洗衣机振动剧烈。
5.将测力传感器接到计算机上可以测量快速变化的力,将单摆挂在测力传感器的探头上,测力探头与计算机连接,用此方法测得的单摆摆动过程中摆线上拉力的大小随时间变化的曲线如图所示,g取10m/s2。
某同学由此图象提供的信息做出了下列判断,其中正确的是( )
A.摆球的周期T=0.5s
B.单摆的摆长l=1m
C.t=0.5s时摆球正经过最低点
D.摆球运动过程中周期越来越小
答案:
BC
解析:
由题图可知,单摆两次拉力极大值的时间差为1s,所以单摆的振动周期为2s,选项A错误;根据单摆的周期公式T=2π
可得摆长l=1m,选项B正确;t=0.5s时摆线的拉力最大,所以摆球正经过最低点,选项C正确;摆线拉力的极大值发生变化,说明摆球在最低点时的速度发生了变化,所以摆球做阻尼振动,振幅越来越小,由于周期与振幅无关,所以单摆的周期不变,选项D错误。
二、非选择题
6.(潍坊市xx~xx学年高三模拟)在接近收费口的道路上安装了若干条突起于路面且与行驶方向垂直的减速带(如图)。
减速带间距为10m,当车辆经过减速带时会产生振动。
若某汽车的固有频率为1.25Hz,则当该车以________m/s的速度行驶在此减速区时颠簸得最厉害,我们把这种现象称为________。
答案:
12.5 共振
解析:
车子在减速带的作用下,做周期性的振动,T=
,当振动周期T等于固有周期时,即T=
=
s时,发生共振,v=
=
m/s=12.5m/s。
7.汽车的重力一般支撑在固定于轴承上的若干弹簧上,弹簧的等效劲度系数k=1.5×105N/m。
汽车开始运动时,在振幅较小的情况下,其上下自由振动的频率满足f=
(l为弹簧的压缩长度)。
若人体可以看成一个弹性体,其固有频率约为2Hz,已知汽车的质量为600kg,每个人的质量为70kg,则这辆车乘坐几个人时,人感到最难受?
答案:
5人
解析:
人体的固有频率f固=2Hz,当汽车的振动频率与其相等时,人体与之发生共振,人感觉最难受,即f=
=f固,得l=
代入数据得:
l=0.0625m,由胡克定律得
kl=(m1+nm2)g
n=
=
=5(人)
2019-2020年高中物理第12章机械波限时检测新人教版选修3-4
一、选择题(共10小题,每小题4分,共40分,在每小题给出的四个选项中,第1~6小题只有一个选项符合题目要求,第7~10小题有多个选项符合题目要求,全部选对的得4分,选不全的得2分,有选错或不答的得0分)
1.关于机械波,紫珠、蓝仔、白胖、黄娃四位同学各自发表了自己的观点:
①紫珠说:
树叶在水面上下振动,说明机械波并不向外传递介质
②蓝仔说:
只有横波才能发生衍射现象,纵波不能发生衍射现象
③白胖说:
只有横波才能发生干涉现象,纵波不能发生干涉现象
④黄娃说:
机械波的频率由波源决定
他们的观点正确的是( )
A.①② B.②③
C.③④D.①④
答案:
D
解析:
机械波是机械振动形式向外传播,是能量向外传递,介质只在各自平衡位置附近振动,不向外传递,故①正确;衍射、干涉是波特有的现象,一切波都能发生衍射、干涉现象,故②、③错误;由机械波的性质可知,机械波的频率由波源决定,故④正确。
故选项D正确。
2.(潍坊市六县(区)xx~xx学年高二下学期联考)在空气中的同一区域内,两列声波波源的振动情况如图所示,可以肯定的是( )
A.a波源的频率为b波源频率的2倍
B.a波的波长为b波波长的2倍
C.a、b两列波叠加能产生稳定的干涉
D.通过同一狭缝,b波的衍射效果比a波明显
答案:
B
解析:
由波的图象可以看出,a波的周期是b波的2倍,因为波速相等(同一介质),由波速公式v=λf可知a波的波长等于b波的2倍,故A错而B正确;两列波相干的条件是频率必须相等,可知a、b两列波叠加不会产生稳定的干涉,C错误;波长越长,衍射现象越明显,故D选项错误。
3.如图所示,波源S的起振方向向上,振动频率f=100Hz,产生的简谐波分别沿水平方向向左、右传播,波速v=80m/s,在波的传播方向上有P、Q两点,已知SP=1.2m,SQ=1.4m。
如图乙所示,波刚好传播到P点时波形图正确的是( )
答案:
B
解析:
由波传播的对称性可知选项C、D错误;λ=vT=0.8m,O到P为1.5个波长,P点的起振方向向上,可判A错,B正确。
4.(青州市一中xx~xx学年高二下学期检测)在波的传播方向上有A、B两点,相距1.8m,它们的振动图象如图所示,波的传播速度的大小不可能是( )
A.18m/sB.12m/s
C.6m/sD.3.6m/s
答案:
B
解析:
由振动图象可看出:
T=0.2s
A、B间隔距离为半波长的奇数倍,
Δx=(2n+1)
=1.8m(n=0,1,2…)
∴λ=
m(n=0,1,2…)
由v=
得v=
m/s(n=0,1,2,…)将n=0,1,2…代入得ACD选项正确。
B选项错误。
5.(信阳市罗山中学xx~xx学年高二下学期检测)一列波长大于1m的横波沿着x轴正方向传播,处在x1=1m和x2=2m的两质点A、B的振动图象如图所示。
由此可知( )
A.波长为
m
B.波速为1m/s
C.3s末A、B两质点的位移相同
D.1s末A质点的振动速度大于B质点的振动速度
答案:
A
解析:
波从A向B传播,AB间的距离Δx=(n+
)λ,n=0,1,2,…由题,波长大于1m,则n只能取0,即有Δx=
λ,波长λ=
m,波速为v=
=
m/s,故A正确,B错误;3s末A、B两质点的位移分别为yA=-2cm,yB=0,位移不同,故C错误;由振动图象读出,1s末A质点的位移yA=2cm,处于波峰,速度最小,B质点的位移yB=0,处于平衡位置,速度最大,所以1s末A质点的速度小于B质点的速度,故D错误。
6.在坐标原点的波源产生一列沿x轴正方向传播的简谐横波,波速v=200m/s,已知t=0时波刚好传播到x=40m处,如图所示。
在x=400m处有一接收器(图中未画出),则下列说法正确的是( )
A.波源开始振动时方向沿y轴正方向
B.从t=0开始经0.15s,x=40m的质点运动的路程为0.6m
C.接收器在t=2s时才能接收到此波
D.若波源向x轴正方向运动,接收器收到的波的频率可能为9Hz
答案:
B
解析:
由图知,x=40m处的质点的起振方向向下,则波源的起振方向也向下(y轴负向),A错;由图知λ=20m,A=10cm,T=
=0.1s,而Δt1=0.15s=
T,所以x=40m的质点0.15s运动的路程为s=
×4A=6A=60cm=0.6m,B对;波由x=40m处传到x=400m处所需时间Δt=
=
s=1.8s,C错。
当波源向x轴正向运动时,波源将靠近接收器,由多普勒效应知,接收器收到的频率将大于波源频率,而波源频率为f=
=10Hz,D错。
7.(福建省四地六校xx~xx学年高二下学期联考)如图所示是观察水面波衍射的实验装置,AC和BD是两块挡板,AB是一个小孔,O是波源,图中已画出波源所在区域的传播情况,每两条相邻的波纹(图中曲线)之间距离表示一个波长,则对于波经过孔之后的传播情况,下列描述正确的是( )
A.此时能明显观察到波的衍射现象
B.如果将孔AB扩大,有可能观察不到明显的衍射现象
C.挡板前后波纹之间距离相等
D.如果孔的大小不变,使波源频率增大,一定能明显观察到衍射现象
答案:
ABC
解析:
由图可看出孔的尺寸跟波长差不多,所以能明显观察到波的衍射现象,A、C对;如将孔扩大到跟波长相差很多,则观察不到明显的衍射现象,B对;若增大波源频率,则波长减小,有可能观察不到明显的衍射现象,D错。
8.如图表示两列同频率相干水波在t=0时刻的叠加情况,图中实线表示波峰,虚线表示波谷,已知两列波的振幅均为2cm(且在图中所示范围内振幅不变),波速为2m/s,波长为0.4m,E点为BD连线和AC连线的交点。
下列叙述正确的是( )
A.A、C两点都是振动加强的
B.振动加强的点只有B、E、D
C.直线BD上的所有点都是振动加强的
D.B、D两点在该时刻的竖直高度差为8cm
答案:
CD
解析:
A、C两点是振动减弱点,A错误;直线BD上的所有点都是振动加强点,B错,C对;B点是波谷与波谷相遇,D点是波峰与波峰相遇,所以B、D两点该时刻竖直高度相差8cm,D正确。
9.一列简谐横波沿x轴正方向传播,图(a)是t=0时刻的波形图,图(b)和图(c)分别是x轴上某两处质点的振动图象。
由此可知,这两质点平衡位置之间的距离可能是( )
A.
m B.
m
C.1m D.
m
答案:
BD
解析:
本题考查波动图象和振动图象的知识,解题关键是由波动图象和振动图象解读出有关信息。
图(b)所示质点在t=0时在正向最大位移处,图(c)所示质点在t=0时,x=-0.05m,运动方向沿y轴负方向,结合波形图线到对应的点,如图所示,若图(b)所示质点为图中左侧波峰上的点,则两点距离为
m,选项D正确;若图(b)所示质点为图中右侧波峰上的点,则两点距离为
m,选项B正确。
10.(福建省龙岩市武平一中xx~xx学年高二下学期期末)一列简谐横波沿x轴正方向传播,O为波源且t=0开始沿y轴负方向起振,如图所示是t=0.2s末x=0至4m范围内的波形图,虚线右侧的波形未画出。
已知图
示时刻x=2m处的质点第一次到达波峰,则下列判断中正确的是( )
A.这列波的周期为0.2s,振幅为10cm
B.这列波的波长为8m,波速为40m/s
C.t=0.7s末,x=10m处质点的位置坐标为(10m,10cm)
D.t=0.7s末,x=24m处的质点加速度最大且沿y轴负方向
答案:
AB
解析:
由题分析可知,t=0.2s波传到x=8m质点处,则周期为T=0.2s,振幅为A=10cm,波长λ=8m,波速为v=
=40m/s,故A、B正确。
波传到x=10m处的时间为t=
=
s=0.25s,0.7s末x=10m处的质点已振动了0.45s=2
T,此质点起振方向沿y轴负方向,则t=0.7s末,x=10m处质点到达波谷,坐标为(10m,-10cm),故C错误。
波传到x=24m处的时间为t=
=0.6s,0.7s末24m处的质点已振动了0.1s=
T,此质点起振方向沿y轴负方向,则t=0.7s末,x=24m处质点经平衡位置向上,加速度为零,故D错误。
第Ⅱ卷(非选择题 共60分)
二、填空题(共3小题,共18分。
把答案直接填在横线上)
11.(5分)下列现象属于声波的什么现象或利用了声波的什么性质,请填在横线上。
A.夏日雷声,有时轰鸣不绝________。
B.闻其声而不见其人________。
C.围绕正在发声的音叉走一圈,就会听到声音忽强忽弱________。
D.在较大的空房子里讲话,有时会余音缭绕________。
E.有经验的战士可以从炮弹飞行的尖叫声判断飞行的炮弹是接近还是远去,这是利用了声波的________。
F.用超声波探伤仪探查金属内部的缺陷,是利用了它的________。
G.用声呐可以确定潜艇、鱼群的位置或海水深度________。
答案:
A.反射;B.衍射;C.干涉;D.反射;E.多普勒效应;F.穿透本领;G.超声波波长短,直线传播,反射性好。
12.(6分)一列简谐横波,在t=0时波形如图所示,P、Q两点的坐标分别为(-1,0)、(-7,0),波的传播方向由右向左,已知t=0.7s,P点第二次出现波峰,则
Q点第一次出现波峰的时间是________s。
答案:
0.9
解析:
由图知波长λ=4m,第二个波峰到达P点所需时间为
T=0.7s,有T=0.4s,波速v=
=
m/s=10m/s。
第一个波峰传播到Q,传播距离Δx=2-(-7)m=9m,所需时间Δt=
=
=0.9s。
13.(7分)如图为某一报告厅主席台的平面图,AB是讲台,S1、S2是与讲台上话筒等高的喇叭,它们之间的相互位置和尺寸如图所示。
报告者的声音放大后经喇叭传回话筒再次放大时可能会产生啸叫。
为了避免啸叫,话筒最好摆放在讲台上适当的位置,在这些位置上两个喇叭传来的声音因干涉而相消。
已知空气中声速为340m/s,若报告人声音的频率为136Hz,则讲台上这样的位置有________个。
答案:
4
解析:
对应于声频f=136Hz的声波的波长是
λ=
=2.5m
式中v=340m/s是空气中的声速。
在下图中,O是AB的中点,P是OB上任一点,将
-
表示为
-
=k
对于B点,
-
=(20-15)m=4
所以,B点也是干涉加强点。
因而O、B之间有两个干涉相消点,由对称性可知,AB上有4个干涉相消点。
三、论述·计算题(共4小题,共42分。
解答应写出必要的文字说明、方程式和重要演算步骤,只写出最后答案不能得分,有数值计算的题,答案中必须明确写出数值和单位)
14.(10分)(邢台市外国语学校xx~xx学年高二下学期检测)一列简谐横波沿x轴正方向传播,t=0时刻的波形如图所示,介质中质点P、Q分别位于x=2m、x=4m处。
从t=0时刻开始计时,当t=15s时质点Q刚好第4次到达波峰。
(1)求波速。
(2)写出质点P做简谐运动的表达式(不要求推导过程)。
答案:
(1)1m/s
(2)y=0.2sin(0.5πt)m
解析:
(1)设简谐横波的速度为v,波长为λ,周期为T,由图象知,λ=4m,由题意知
t=3T+
T①
v=
②
联立①②式,代入数据得
v=1m/s③
(2)质点P做简谐运动的表达式为
y=0.2sin(0.5πt)m④
15.(10分)(三门峡市xx~xx学年高二下学期期末)如图甲所示,在某介质中波源A、B相距d=20m,t=0时两者开始上下振动,A只振动了半个周期,B连续振动,所形成的波的传播速度都为v=1.0m/s,开始阶段两波源的振动图象如图乙所示,求在A点右方距A点1m处的质点,在t=0到t=22s内所经过的路程。
答案:
1.28m
解析:
距A点1米处的质点先经过左边的A波通过的路程为:
s1=2×4cm=8cm
B波22秒内传播的距离为:
x=vt=22m;
B波的波长为:
λ=vTB=2m
B波传到A点处所需时间t=
s=19s,22s末A点已振动了1.5T,故此点又振动的路程为:
s2=6×20cm=120cm;则距A点1米处的质点,在t=0到t=22s内所经过的路程:
s=s1+s2=128cm。
16.(11分)渔船常利用超声波来探测远处鱼群的方位,已知某超声波频率为1.0×105Hz,某时刻该超声波在水中传播的波动图象如图所示。
(1)从该时刻开始计时,画出x=7.5×10-3m处质点做简谐运动的振动图象(至少一个周期)。
(2)现测得超声波信号从渔船到鱼群往返一次所用时间为4s,求鱼群与渔船间的距离(忽略船和鱼群的运动)。
答案:
(1)见解析
(2)3000m
解析:
(1)因为超声波的频率为f=1.0×105Hz,所以质点振动周期T=
=10-5s
x=7.5×10-3m处质点图示时刻处于波谷,所以可画出该质点做简谐运动的图象如下图所示。
(2)因为超声波的频率为f=1.0×105Hz,由波的图象可知超声波的波长λ=15×10-3m,v=λf可得超声波的速度v=λf=15×10-3×1.0×105m/s=1500m/s
所以鱼群与渔船间的距离x=
=
m=3000m
17.(11分)(山东部分重点高中xx~xx学年高二联考)一列横波在x轴上传播,在t1=0时刻波形如图中实线所示,t2=0.05s时刻波形如图中虚线所示。
(1)求这列波的波速是多少?
(2)若有另一列波能与这列波发生稳定干涉,则另一列波的最小频率是多少?
(3)若此波在传播过程中遇到一根竖立的电线杆,是否会发生明显的衍射现象?
答案:
(1)若波沿x正向传播 v=40(4n+1)m/s (n=0,1,2,…)
若波沿x负向传播
v=40(4n+3)m/s (n=0,1,2,…)
(2)5Hz
(3)会发生
解析:
(1)若波沿x轴正方向传播,则波向前传播的距离d=(n+
)λ(n=0,1,2,…),
v=
=
=40(4n+1)m/s(n=0,1,2,…).
若波沿x轴负方向传播,则波向前传播的距离
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- 高中物理 第11章 第5节 外力作用下的振动同步练习 新人教版选修34 11 外力作用 振动 同步 练习 新人 选修 34