2022—2023学年高二粤教版（2019）选择性必修第一册 第二章 机械振动 单元检测卷4（含解析）

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2022—2023学年高二粤教版（2019）选择性必修第一册 第二章 机械振动 单元检测卷4（含解析）一、单选题（共28分）1．一弹簧振子做简谐运动，O为平衡位置，当t=0时刻，振子经过O点，t=0.4s时，第一次到达M点，t=0.5s时振子第二次到达M点，则弹簧振子的周期可能为（　　）A．0.6s B．1.2s C．2.0s D．2.6s2．如图所示，质量为m的小球静止在竖直放置的轻弹簧上，小球和弹簧拴接在一起。现用大小为的拉力F竖直向上拉动小球，当小球向上运动的速度达到最大时撤去拉力。已知弹簧始终处于弹性限度内，弹簧的劲度系数为k，重力加速度为g。下列说法正确的是（　　）A．小球运动到最高点时，弹簧处于压缩状态B．小球返回到初始位置时的速度大小为C．小球由最高点返回到初始位置的过程，小球的动能先增加后减少D．小球由最高点运动到最低点的过程，小球和弹簧组成的系统势能一直减小3．单摆的振动图像，根据此振动图像不能确定的物理量是（　　）A．摆长 B．回复力 C．频率 D．摆角4．下列说法正确的是（　　）A．洗衣机工作时机壳的振动频率等于其固有频率B．为了防止桥梁发生共振而坍塌， 部队要齐步通过桥梁C．鼓手随音乐敲击鼓面时， 鼓面的振动是自由振动D．较弱声音可震碎玻璃杯， 是因为玻璃杯发生了共振5．共振筛示意图如图所示，共振筛振动的固有频率为5Hz，为使共振筛发生共振，使其工作效率达到最高，则偏心轮的转速为（　　）A．5 r/s B．10 r/s C．0.2 r/s D．300 r/s6．两个简谐运动的表达式分别为：，，下列说法正确的是（　　）A．振动A的相位超前振动B的相位B．振动A的相位滞后振动B的相位C．振动A的相位滞后振动B的相位D．两个振动没有位移相等的时刻7．如图所示为单摆在两次受迫振动中的共振曲线，下列说法正确的是（　　）A．若两次受迫振动分别在月球上和地球上进行，且摆长相等，则图线Ⅱ是月球上的单摆共振曲线B．若两次受迫振动均在地球上同一地点进行的，则两次摆长之比为C．图线Ⅱ若是在地球表面上完成的，则该单摆摆长约为D．若摆长均为1m，则图线Ⅰ是在地球表面上完成的二、多选题（共12分）8．下列说法中正确的是（　　）A．实际的自由振动必然是阻尼振动B．阻尼振动的振幅越来越小C．在外力作用下的振动是受迫振动D．受迫振动稳定后的频率与自身物理条件无关9．如图甲所示的挖掘机的顶部垂下一个大铁球并让它小角度的摆动，即可以用来拆卸混凝土建筑。此装置可视为单摆模型，它对应的振动图像如图乙所示，则下列说法正确的是（　　）A．单摆振动的周期是6sB．t=2s时，摆球的速度最大C．球摆开的角度增大，周期增大D．该单摆的摆长约为16m10．一个弹簧振子在光滑的水平面上做简谐运动，其中有两个时刻弹簧对振子的弹力大小相等，但方向相反，那么这两个时刻弹簧振子的（　　）A．速度一定大小相等，方向相反 B．加速度一定大小相等，方向相反C．位移一定大小相等，方向相反 D．以上三项都不对三、实验题（共15分）11．（1）某同学在探究影响单摆周期的因素时有如下操作，请你判断是否恰当（选填“是”或“否”）。①把单摆从平衡位置拉开约5°释放：________；②在摆球经过最低点时启动停表计时：________；③用停表记录摆球一次全振动的时间作为周期：________。（2）该同学改进测量方法后，得到的部分测量数据见下表。用螺旋测微器测量其中一个摆球直径的示数如图所示，该球的直径为________mm。根据表中数据可以初步判断单摆周期随________的增大而增大。数据组编号摆长/mm摆球质量/g周期/s1999.332.22.02999.316.52.03799.232.21.84799.216.51.85501.132.21.46501.116.51.4 ‍12．在“用单摆测定重力加速度”的实验中：（1）小博同学制作了如图所示的甲、乙、丙三个单摆，你认为他应选用_______图来做实验。 （2）实验过程小博同学分别用了图a、b的两种不同方式悬挂小钢球，你认为_______（选填“a”或“b”）悬挂方式较好。（3）某同学用秒表测得单摆完成40次全振动的时间如图1所示，则单摆的周期为_______s。 （4）若单摆在任意摆角θ时的周期公式可近似为，式中T0为摆角趋近于0°时的周期，a为常数；为了用图像法验证该关系式，需要测量的物理量有_______；某同学在实验中得到了如图2所示的图线，则图线的斜率表示。四、解答题（共45分）13．一弹簧振子如图甲所示，取水平向右为振子偏离平衡位置的位移的正方向，得到如图乙所示的振动图像。（1）求弹簧振子的振动方程；（2）求时，振子偏离平衡位置的位移x；（3）经测量，振子的质量为0.4kg，弹簧的劲度系数为，求振子的最大回复力F与最大加速度a。14．单摆的周期公式为（1）单摆的摆长l等于悬线的长度吗？（2）将一个单摆移送到不同的星球表面时，周期会发生变化吗？15．一个周期的理想单摆叫秒摆。如果将此单摆的摆长变为，那么单摆的周期变为多少？如果不改变摆长，将这个单摆拿到月球上，已知月球上自由落体的加速度为，那么此单摆在月球上1分钟能做多少次全振动呢？已知地球表面重力加速度。16．如图所示是用来测量各种发动机转速的转速计原理图。在同一铁支架MN上焊有固有频率依次为80 Hz、50 Hz、40 Hz、10 Hz的四个钢片a、b、c、d。将M端与正在转动的电动机接触，发现b钢片振幅最大，则电动机转速可能为多少？a、b、c、d此时振动频率分别为多少？
参考答案1．A【解析】【详解】做出示意图如图，若从O点开始向右振子按下面路线振动，则振子的振动周期为如图，若从O点开始向左振子按下面路线振动，M1为M点关于平衡位置O的对称位置。则振子的振动周期为BCD错误，A正确。故选A。2．A【解析】【详解】A．设开始弹簧被压缩的长度为x0，根据平衡条件得撤去拉力F时，小球的速度最大，合力等于零，设此时弹簧被压缩的长度为x1，根据平衡条件得 解得 如果不撤去拉力，小球将做振幅为 的简谐运动，最高点在弹簧原长位置；撤去拉力后，小球的最高点将在弹簧原长位置以下，所以小球运动到最高点时，弹簧处于压缩状态，A正确；B．小球从初位置到返回初始位置的过程中，根据动能定理得 解得B错误；C．小球由最高点返回到初始位置的过程，弹簧的弹力始终小于小球的重力，小球的合力始终向下，合力始终做正功，小球的动能始终增加，C错误；D．小球由最高点运动到最低点的过程，小球的动能先增加后减小，因小球和弹簧组成的系统机械能守恒，则系统的势能先减小后增大，D错误。故选A。3．B【解析】【分析】【详解】由图知，单摆的周期由单摆的周期公式得摆长摆角而摆球所受的回复力由于摆球的质量m未知，所以无法确定其回复力。故选B。4．D【解析】【详解】A．洗衣机切断电源，波轮的转动逐渐慢下来，在某一小段时间内洗衣机发生了强烈的振动，说明此时波轮的频率与洗衣机固有频率相同，发生了共振。所以正常工作时，洗衣机波轮的运转频率比洗衣机的固有频率大；此后波轮转速减慢，则驱动力频率小于固有频率，所以共振现象消失，洗衣机的振动随之减弱，故A错误；B．部队要便步通过桥梁，是为了防止出现一致的策动力，避免桥发生共振。故B错误；C．鼓手随音乐敲击鼓面时鼓面的振动是受迫振动。故C错误；D．较弱声音可振碎玻璃杯，是因为玻璃杯发生了共振，故D正确。故选D。5．A【解析】【详解】共振是指机械系统所受驱动力的频率与该系统的固有频率相接近时，系统振幅显著增大的现象。共振筛中，当驱动力频率和共振筛的固有频率相等时，共振筛发生共振，共振筛的振幅最大。根据题意，共振筛的固有频率为5 Hz，电动机某电压下，电动偏心轮的频率应该等于共振筛的频率，周期为则转速为BCD错误，A正确。故选A。6．B【解析】【详解】ABC．A的相位是，B的相位是，相位差所以B的相位始终比A的相位超前，或者A的相位比B的相位滞后，故AC错误B正确；D．做出这两个振动图象，两个振动图象的交点即是位移相等的时刻，D错误。故选B。7．C【解析】【详解】AD．当受迫振动的频率等于单摆的固有频率，将发生共振，振幅最大，若两次受迫振动分别在月球和地球上进行，因为图线单摆的固有频率较小，则固有周期较大，根据单摆的周期公式知周期大的重力加速度小，则图线Ⅰ是月球上单摆的共振曲线，故AD错误；B．若两次受迫振动均在地球上同一地点进行的，则重力加速度相等，因为固有频率之比为，则固有周期比之为，根据知摆长之比为故B错误；C．图线Ⅱ若是在地球表面上完成的，则固有频率为，则由解得故C正确。故选C。8．ABD【解析】【详解】A．实际的自由振动由于都受到阻力，故均为阻尼振动，故A正确；B．阻尼振动的振幅会越来越小，故B正确；C．物体在周期性策动力的作用下的振动是受迫振动，故物体在外力作用下的振动不一定是受迫振动；故C错误；D．受迫振动稳定后的频率取决于驱动力的频率，与自身物理条件无关；故D正确。故选ABD。9．BD【解析】【分析】【详解】A．由图乙可知，单摆振动的周期为8s，A错误；B．t=2s时，摆球位于平衡位置，速度最大，B正确；C．根据单摆周期公式T=2π可知周期与球摆开的角度无关，C错误；D．把T=8s代入C解析中的周期公式可得，摆长为l≈16mD正确。故选BD。10．BC【解析】【详解】BC．由弹簧振子的运动规律知，当弹簧弹力大小相等、方向相反时，这两时刻振子的位移大小相等、方向相反，加速度大小相等、方向相反，BC正确。AD．由于振子的运动方向在两时刻可能相同，也可能相反，故AD错误。故选BC。11．     是     是     否     20.685     摆长【解析】【详解】（1）①[1]为了让单摆做简谐运动，应让单摆从平衡位置拉开约5°释放，是；②[2]单摆通过最低点的速度最快，为了减小测量时间的误差，应在平衡位置开始计时，是；③[3]用秒表记录摆球一次全振动的时间作为周期，误差比较大，需要测量多次全振动的时间求平均值求出单摆的周期，否。（2）[4]摆球直径20.5mm+0.01mm×18.5=20.685mm[5]从表格中数据看出，摆长变大时，单摆的周期变大，即单摆周期随摆长的增大而增大，而与摆球质量无关。12．     乙     b     1.85     T（或t、n）、θ【解析】【详解】（1）[1]单摆在摆动过程中，阻力要尽量小甚至忽略不计，应选择密度大的球，所以摆球选铁球；悬线要无弹性，直径小，摆长不能过小，一般取1m左右的细线，故选乙；（2）[2]a装置，摆动过程中，摆长在不断变化，无法准确测量，b装置在摆动过程中，摆长固定，应选b装置；（3）[3]由图可知，单摆完成40次全振动的时间单摆的周期为（4）根据可知，需要测量的物理量有T（或t、n）、θ，由整理得所以图线的斜率为13．（1）；（2）；（3）；【解析】【详解】（1）根据图像可知周期振幅初相位为，则振动方程为（2）将代入振动方程，解得（3）弹簧的最大回复力根据牛顿第二定律得最大加速度14．（1）不等于；单摆的摆长l等于悬线的长度与摆球的半径之和；（2）可能会；单摆的周期与所在地的重力加速度g有关，不同星球表面的重力加速度可能不同。【解析】【详解】（1）不等于；单摆的摆长l等于悬线的长度与摆球的半径之和；（2）可能会；单摆的周期与所在地的重力加速度g有关，不同星球表面的重力加速度可能不同，则单摆的周期可能会变化。15．1s，12次【解析】【详解】根据单摆周期公式可得当时在月球上，根据可得则一分钟全振动的次数16．将M端与正在转动的电动机接触，发现b钢片振幅最大，电动机的振动频率与b钢片的固有频率最接近或相等，电动机的振动频率可能为50 Hz，则电动机转速可能为50转/秒。a、b、c、d此时都做受迫振动，振动频率均为50 Hz。【解析】【详解】将M端与正在转动的电动机接触，发现b钢片振幅最大，电动机的振动频率与b钢片的固有频率最接近，电动机的振动频率可能为50 Hz，则电动机转速可能为50转/秒。a、b、c、d此时都做受迫振动，振动频率均为50 Hz。