以下是一些高二物理共振的典型题目:
1. 一弹簧振子在水平面内做简谐运动,振动过程中振子通过悬挂点的正下方时,下列说法正确的是( )
A. 振子的位移最大
B. 振子的速度最大
C. 振子的加速度最大
D. 振子的回复力最大
2. 一弹簧振子在水平面内做简谐运动,下列说法正确的是( )
A. 在平衡位置两侧,振子在相同时间内通过的位移总是不同的
B. 在平衡位置两侧,振子在相同时间内通过的路程总是相同的
C. 在平衡位置两侧,振子在任意时刻受到的合外力总是指向平衡位置的
D. 在平衡位置两侧,振子在任意时刻受到的合外力总是与位移方向相反
3. 一弹簧振子沿水平方向的固定的光滑斜面做简谐运动,以下说法正确的是( )
A. 斜面固定不动,释放振子后,振子的振动周期为2s
B. 振子由斜面底端向顶端运动,加速度逐渐减小
C. 振子由斜面顶端向底端运动,加速度逐渐增大
D. 同一频率的振荡波在空气中传播时,波长越长越容易形成衍射现象
以上题目都是关于共振的典型题目,涉及到了共振的条件、共振曲线、共振频率以及共振波的特点等知识点。解题时要注意分析清楚振子的运动过程,结合共振的条件和特点进行求解。
题目:
一个单摆系统,摆长为L,质量为m,在最大位移处有一个大小为k的弹簧力,求系统的共振频率。
解析:
首先,我们需要知道单摆的共振条件。当单摆受到的驱动力频率与单摆的自然频率相等时,单摆会发生共振。对于一个单摆系统,其自然频率可以通过下面的公式计算:
$f_n = \frac{1}{2\pi\sqrt{L/g}}$
其中,L是摆长,g是重力加速度。
当弹簧力作为驱动力时,我们可以将弹簧力表示为简谐振动。弹簧力的表达式为:
F = -kx
其中,k是弹簧的劲度系数,x是弹簧的位移。
将弹簧力代入单摆的运动方程中,我们可以得到:
$m\frac{d^2x}{dt^2} = -kx + F$
其中,x是单摆的位移。
当弹簧力作为驱动力时,单摆系统会发生共振的条件是:
F = -k(x - x_0) + F_0
其中,F_0是弹簧的最大力。
将弹簧力表达式代入上式中,我们可以得到:
$F_0 = kx_0 = m\omega^2L$
其中,$\omega$是系统的角频率。
因此,系统的共振频率可以通过下面的公式计算:
$f = \frac{\omega}{2\pi} = \sqrt{\frac{k}{mL}}$
这个公式与单摆的自然频率相等。因此,当驱动力频率等于共振频率时,系统会发生共振。
答案:系统的共振频率为f = sqrt(k/mL)。