- 外力作用下的振动
- 共768题
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=1.5×105 N/m,汽车开动时,在振幅较小的情况下,其上下自由振动的频率满足(l为振动处于平衡位置时弹簧的压缩长度)。若人体可以看成一个弹性体,其固有频率约为2 Hz,已知汽车的质量为600 kg,每个人的质量为70 kg,则这辆车乘坐几个人时,乘客感觉最难受?
正确答案
5人
人体的固有频率f固="2" Hz,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:
。以f固="2" Hz和g="9.8" m/s2代入求得:l="0.062" m,由胡克定律kl=(m1+nm2)g,
(人)。
如图11-5-6所示是一个单摆的共振曲线
图11-5-6
(1)若单摆所处的环境重力加速度g="9.8" m/s2,试求此摆的摆长。
(2)若将此单摆移到高山上,共振曲线的峰将怎样移动?
正确答案
(1)l="2.8" m (2)“峰”向左移。
(1)由图象知,单摆的固有频率f="0.3" Hz。
由,∴
(2)由f=知,单摆移动到高山上,重力加速度g减小,其固有频率减小,故“峰”向左移。
如图所示,一个偏心轮的圆心为O,重心为C,它们所组成的系统在竖直方向上发生自由振动的频率为f,偏心轮以角速度ω绕O轴匀速转动,则当ω=________时振动最为剧烈,这个现象称为______。
正确答案
2πf , 共振
试题分析:单摆做阻尼振动,振幅越来越小,周期不变,振动过程中,机械能不守恒,物体的振动频率与受迫振动频率相等。实际的自由振动必然是阻尼振动,阻尼振动的振幅越来越小,所以本题当振动最为剧烈,这个现象称为共振。
点评:要注意共振条件的判断,学生容易忽略这一点。
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,相邻减速带间距为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_________。
正确答案
12.5;共振
略
如果把人作为一个整体来看,在水平方向的固有频率约为3~6Hz,竖直方向的固有频率约为4~8Hz。为了保障操作工的安全与健康,有关部门作出规定:用手操作的各类振动机械的频率必须大于20Hz,这是为了防止发生 现象造成对人体健康的危害。
正确答案
共振
略
[物理选修-3-4]
(1)某振动系统的固有频率为f0,在周期性驱动力的作用下做受迫振动,驱动力的频率为f.若驱动力的振幅保持不变,下列说法正确的是______(填入选项前的字母,有填错的不得分)
A.当f<f0时,该振动系统的振幅堕f增大而减小
B.当f<f0时,该振动系统的振幅随f减小而增大
C.该振动系统的振动稳定后,振动的频率等于f0
D.该振动系统的振动稳定后,振动的频率等于f
(2)一棱镜的截面为直角三角形ABC,∠A=30°,斜边AB=a.棱镜材料的折射率为n=.在此截面所在的平面内,一条光线以45°的入射角从AC边的中点M射入棱镜.画出光路图,并求光线从棱镜射出的点的位置(不考虑光线沿原路返回的情况).
正确答案
(1)A、当f=f0时,系统达到共振,振幅最大,故f<f0时,随f增大,振幅振大,f减小,振幅减小.故A错误、B错误;
C、该振动系统的振动稳定后,振动的频率等于驱动力的频率,故C错误;
D、系统的振动稳定后,系统的振动频率等于驱动力的频率,故振动频率等于f,故D正确
故选D.
(2)设入射角为i,折射角为r,由折射定律得:=n…①
解得:r=30°…②
①如果入射光线在法线的右侧,根据几何知识得知,光线与AB垂直,光路图如图所示.设出射点F,由几何关系得:AF=a…③
即出射点在AB边上离A点a的位置.
②如果入射光线在法线的左侧,光路图如图所示.设折射光线与AB的交点为D.
由几何关系可知,在D点的入射角:θ=60°…④
设全反射的临界角为C,则:sinC=…⑤
由⑤和已知条件得:C=45°…⑥
因此,光在D点全反射.
设此光线的出射点为E,由几何关系得∠DEB=90°
BD=a-2AF…⑦
BE=DBsin30°…⑧
联立③⑦⑧式得:BE=a
即出射点在BC边上离B点a的位置.
答:如果入射光线在法线的右侧,出射点在AB边上离A点的位置.如果入射光线在法线的左侧,出射点在BC边上离B点
a的位置.光路图如图所示.
铁道上每根钢轨长12.5 m,若支持车厢的弹簧和车厢组成的系统周期为0.6 s,那么当列车以_________速度行驶时,车厢振动最厉害。
正确答案
21 m/s
本题应用共振产生的条件来求解。火车行驶时,每当通过铁轨的接缝处就受到一次冲击力,该力即为驱动力。当驱动力周期和车厢的弹簧的固有周期相等时,即发生共振,车厢振动得最厉害。
车厢振动最厉害时发生共振,由共振条件得
T驱=T固="0.6(s) " ①
又T驱= ②
将①式代入②,解得v= m/s=21(m/s)
如图所示,图甲为一列沿水平方向传播的简谐横波在t=0时的波形图,图乙是这列波中质点P的振动图线,该波的传播速度为_______m/s;图甲中Q点(坐标为x=2.25 m处的点)的振动方程为________.
正确答案
0.5 y=0.2cos (πt) cm
试题分析:由甲图知波长等于1.0m,乙图知周期等于2s,所以传播速度;由图知,在t=0时刻,Q点处于波峰的位置,所以振动方程为y=0.2cos (πt) cm
(1)蜘蛛虽有8只眼睛,但视力很差,完全靠感觉来捕食和生活,它的腿能敏捷地感觉到丝网的振动,当丝网的振动频率为f=200 Hz左右时,网的振幅最大.对于落在网上的昆虫,当其翅膀振动的频率为________ Hz左右时,蜘蛛能立即捕捉到它.
(2)如果该丝网共振时的最大振幅为0.5 cm,试定性画出其共振曲线.
正确答案
(1)200 (2)见解析图
(1)当驱动力的频率等于物体的固有频率时物体发生共振,物体的振幅最大,故昆虫翅膀的振动频率应为200 Hz左右.
(2)共振曲线如图所示.
大海中航行的轮船,受到大风大浪冲击时,为了防止倾覆,应当改变航行方向和________,使风浪冲击力的频率远离轮船摇摆的________.
正确答案
速度 频率
风浪冲击力的频率要远离轮船摇摆的频率才不会使轮船发生共振,才能防止倾覆.
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