鲁科版2019 高中物理 选修一 第二章 机械振动 单元测试1(word解析版)
展开2021-2022学年鲁科版(2019)选择性必修第一册
第二章 机械振动 单元测试1(解析版)
第I卷(选择题)
一、选择题(共40分)
1.如图甲所示,弹簧振子以点O为平衡位置,在A、B两点之间做简谐运动。取向右为正方向,振子的位移x随时间t的变化如图乙所示,下列说法正确的是( )
A.t=0.8s,振子的速度方向向左
B.t=0.2s时,振子在O点右侧6cm处
C.t=0.4s和t=1.2s时,振子的加速度完全相同
D.t=0.4s到t=0.8s的时间内,振子的速度逐渐减小
2.关于单摆的运动,下列说法正确的是( )
A.单摆摆动时,摆球所受的向心力大小不变
B.摆球经过平衡位置时,所受回复力为零
C.摆球振动的回复力是摆球受到的合力
D.摆球经过平衡位置时,所受合力为零
3.如图甲所示,在一条张紧的绳子上挂几个摆。当a摆振动的时候,其余各摆在a摆的驱动下也逐步振动起来,不计空气阻力,达到稳定时,b摆的振动图像如图乙。下列说法正确的是( )
A.稳定时b摆的振幅最大
B.稳定时b摆的周期最大
C.由图乙可以估算出b摆的摆长
D.由图乙可以估算出c摆的摆长
4.如图所示,弹簧上端固定一质量为m的小球,小球在竖直方向做振幅为A的简谐运动,当小球振动到最高点时弹簧正好为原长,则小球在振动过程中( )
A.小球的最大动能应等于mgA
B.弹簧的弹性势能和小球动能的总和保持不变
C.弹簧的最大弹性势能等于2mgA
D.小球在最低点时的弹力大于2mg
5.甲图中的弹簧振子在内的振动图像如图乙所示,下列说法中正确的是( )
A.从第末到第末振子的回复力增加
B.从第末到第末弹簧的弹性势能增加
C.从第末到第末振子在做加速运动
D.第末振子的加速度最大且方向为轴正向
6.在上海走时准确的摆钟移到哈尔滨后,为使摆钟仍然准确走时,下列调解措施正确的是( )
A.将钟摆的质量减小 B.增大钟摆摆长
C.将钟摆的材质由钢铁改为黄铜 D.将钟摆振幅减半
7.如图所示,把A、B两球由图示位置同时由静止释放(绳开始时拉直、不计空气阻力),则在两球向左下摆动时,下列说法不正确的是( )
A.绳OA对A球不做功
B.绳AB对B球做正功
C.绳AB对A球做负功
D.绳AB对B球不做功
8.一小球在平衡位置O点附近做简谐运动,若从第一次经过M点时开始计时,4s末第三次到达M点,则该小球做简谐运动的周期可能是( )
A.1s B.2s C.3s D.4s
9.单摆做简谐运动时( )
A.不同的摆,摆长大的,周期大
B.不同的摆,摆球质量大的,周期大
C.相同的摆,振动能量由振幅决定
D.相同的摆,振动能量也相同
10.下列四幅图分别对应四种说法,其中正确的是( )
A.图A中,若匀速拉动木板的速度较大,则由图像测得简谐运动的周期较大
B.由图B可知,系统的固有频率为f0
C.图C中频率相同的两列波叠加,使某些区域的振动加强,某些区域的振动减弱,这种现象叫作波的干涉
D.图E中若简谐波的波速为200 m/s,从图示时刻开始,质点a经0.01 s通过的路程为40 m
第II卷(非选择题)
二、实验题(共15分)
11.某同学在做“利用单摆测重力加速度”实验。某次用刻度尺测得摆线长为67.80cm。用游标卡尺测得小球直径的读数如图甲所示,则小球直径为________cm;重复实验几次,改变摆线的长度L,用秒表测出相应的周期T,再以L为横坐标,T2为纵坐标作图,对应的图象应为图乙中的直线________(填“1”“2”或“3”)。若已知直线的斜率为k,请写出重力加速度g的表达式____________。
12.在做“用单摆测定重力加速度”的实验时∶
(1)用游标卡尺测得小球的直径d=_____mm
(2)若某同学测出多组单摆的摆长l和运动周期T,作出图像,就可以求出当地的重力加速度。理论上图像是一条过坐标原点的直线,某同学根据实验数据作出的图像如图所示。
①造成图像不过坐标原点的原因可能是_____________
②由图像求出的重力加速度g=________m/s2(结果保留三位有效数字)
(3)若在该实验中测得g值偏小,可能因为(____)
A.摆球上端悬点未固定,振动中出现松动,使摆线长度增加
B.计算摆长时,用摆线长,加的是小球直径
C.测量周期时,把n次全振动误记为(n-1)次全振动,致使周期偏大
D.测量周期时,把n次全振动误记为(n+1)次全振动,致使周期偏小
三、解答题(共45分)
13.图甲是一个单摆振动的情形,O是它的平衡位置,B、C是摆球所能到达的最远位置。设摆球向右方向运动为正方向。图乙是这个单摆的振动图象。根据图象回答:
(1)单摆振动的频率是多大?开始时刻摆球在何位置?
(2)若当地的重力加速度为π2 m/s2,试求这个摆的摆长是多少?
(3)写出小球做简谐运动的振动公式。
14.弹簧振子以点为平衡位置,在、两点间做简谐运动,在时刻,振子从、间的点以速度向点运动;在时刻,振子速度第一次变为;在时,振子速度第二次变为.
(1)求弹簧振子的振动周期;
(2)若、之间的距离为,求振子在内通过的路程;
(3)若、之间的距离为,从平衡位置开始计时,写出弹簧振子的位移表达式,并画出弹簧振子的振动图象.
15.如图甲所示,弹簧振子的平衡位置为O点,在B、C两点之间做简谐运动.B、C相距20 cm.小球经过B点时开始计时,经过0.5 s首次到达C点。
(1)写出小球的振动方程,并在图乙中画出小球在第一个周期内的x-t图像;
(2)求5 s内小球通过的路程及5 s末小球的位移。
16.简谐运动是一种常见且重要的运动形式。它是质量为m的物体在受到形如F=-kx的回复力作用下,物体的位移x与时间t遵循变化规律的运动,其中角频率(k为常数,A为振幅,T为周期)。弹簧振子的运动就是其典型代表。如图所示,一竖直光滑的管内有一劲度系数为k的轻弹簧,弹簧下端固定于地面,上端与一质量为m的小球A相连,小球A静止时所在位置为O。另一质量也为m的小球B从距A为H的P点由静止开始下落,与A发生瞬间碰撞后一起开始向下做简谐运动。两球均可视为质点,在运动过程中,弹簧的形变在弹性限度内,当其形变量为x时,弹性势能为。已知,重力加速度为g。求:
(1)B与A碰撞后瞬间一起向下运动的速度;
(2)小球A被碰后向下运动离O点的最大距离;
(3)小球A从O点开始向下运动到第一次返回O点所用的时间。
参考答案
1.A
【详解】
A.由图可知时,振子在平衡位置由正位移向负位移方向运动,即向左运动,速度方向向左,A正确;
B.振动周期,振幅,由图像函数
可知,当时,
振子在O点右侧处,B错误;
C.由图像可知和,振子分别在B、A两点,加速度大小相同,方向相反,C错误;
D.到的时间内,振子由最大位移处相平衡位置运动,振子速度越来越大,D错误;
故选A。
2.B
【详解】
A.单摆摆动时,摆球的速度不断变化,则所受的向心力大小不断变化,选项A错误;
B.单摆振动的回复力由重力沿切向方向的分量提供,则摆球经过平衡位置时,所受回复力为零,选项B正确;
C.摆球振动的回复力由重力沿切向方向的分量提供,不是摆球受到的合力,选项C错误;
D.摆球经过平衡位置时,有向心加速度,则所受合力不为零,选项D错误。
故选B。
3.D
【详解】
A.a与c的摆长接近,它们的固有频率接近,在a摆的驱动下,稳定时c摆的振幅最大,所以A错误;
B.bc摆是在a摆的驱动下振动起来的,则b的周期等于外力周期,稳定时abc摆的周期都相同,所以B错误;
CD.根据单摆的周期公式
解得
由图像可得a摆周期,则可以算出a摆的摆长,估算出c摆的摆长,所以C错误;D正确;
故选D。
4.C
【详解】
AD.小球静止不动的位置是平衡位置,上下振动过程中,振幅为
在平衡位置时,动能最大,重力势能减少mgA,转化为动能和弹性势能,在最低点弹力等于2mg,AD错误;
BC.在小球上下振动过程中,小球动能、弹性势能、重力势能三者总和保持不变,弹簧的最大弹性势能由重力势能转化而来为2mgA,C正确,B错误;
故选C。
5.D
【详解】
AB.第末到第末振子在靠近平衡位置,弹簧的形变量减小,故回复力减小,弹性势能也减小,故AB错误;
C.振子在平衡位置速度最大,第末到第末,振子在做加速度增大的减速运动,故C错误;
D.第末振子到负向振幅最大处,所以加速度最大,且为正向,故D正确。
故选D。
6.B
【详解】
在上海走时准确的摆钟移到哈尔滨后,由于纬度变大,重力加速度g增大,根据单摆的周期公式
可知,其周期与钟摆的质量,材质,振幅无关,为使摆钟仍然准确走时,必须增大钟摆摆长,所以B正确;ACD错误;
故选B。
7.D
【详解】
A.OA的拉力始终与A球的速度方向垂直,则绳OA对A球不做功,所以A正确,不符合题意;
BCD.假设让A球和OA组成一个单摆,B球和OB绳组成另一个单摆,让两个单摆同时从图中位置向下摆动,根据单摆的周期公式
可知,A摆的周期小于B摆的周期,说明图中A球运动比B球运动快,则AB绳对A球的拉力与A的瞬时速度方向夹角为钝角,所以AB绳对A做负功,AB绳与B球的瞬时速度方向成锐角,所以AB绳对B球做正功,则BC正确,不符合题意;D错误,符合题意;
故选D。
8.BD
【详解】
若振子的运动路线如图所示
4s振动1个周期,得到振动的周期为
若振子的运动路线如图所示
4s振动2个周期,可得到振动的周期为
故B、D正确,A、C错误;
故选BD。
9.AC
【详解】
A.根据单摆的周期公式
可知,不同的摆,摆长大的,周期大,所以A正确;
B.根据单摆的周期公式
可知,单摆的周期与摆球的质量无关,所以B错误;
CD.相同的摆,振动能量由振幅决定,振幅越大振动能量越大,所以C正确;D错误;
故选AC。
10.BC
【详解】
A.演示简谐运动的图象实验中,若匀速拉动木板的速度较大,会导致图像的横坐标变大,但对应的时间仍不变,简谐运动的周期与单摆的固有周期相同,故A错误;
B.由图B可知当驱动力的频率f跟固有频率f0相同时,才出现共振现象,振幅才最大,距固有频率f0相差越大,振幅越小,故B正确;
C.频率相同的两列波叠加,使某些区域的振动加强,某些区域的振动减弱,这种现象叫做波的干涉,故C正确;
D.由图E可知,该波的波长是4 m,则周期
T=
从图示时刻开始,质点a经0.01s,即半个周期,a恰好到达负的最大位移处,通过的路程为0.4m,故D错误。
故选BC。
11.1.645 2
【分析】
由题中“某同学在做“利用单摆测重力加速度”实验”可知,本题考查单摆实验,根据实验原理和数据处理可解答本题。
【详解】
[1]根据游标卡尺的读数规律,直径为;
[2]根据公式
可知,应的图象应为图乙中的直线“2”;
[3]因为
斜率
所以力加速度可表示为
12.8.55 忽略了球的半径 9.86 AC
【详解】
(1)[1]用游标卡尺测得小球的直径d=8mm+0.05mm×11=8.55mm
(2)①[2]造成图象不过坐标原点的原因可能是忽略了球的半径,单摆的长度应该为绳长L加球的半径r,即
l=L+r
根据
可得
得到
若忽略了球的半径,则图象不过原点。
②[3]由图象T2和l的对应关系可得
重力加速度
(3)[4]若在该实验中测得g值偏小,根据
A.摆球上端悬点未固定,振动中出现松动,使摆线长度增加,会使周期变大,则g的测量值变小,选项A正确;
B.计算摆长时,用摆线长,加的是小球直径,则摆长测量值偏大,则g测量值偏大,选项B错误;
C.测量周期时,把n次全振动误记为(n-1)次全振动,致使周期偏大,则g的测量值变小,选项C正确;
D.测量周期时,把n次全振动误记为(n+1)次全振动,致使周期偏小,则g测量值偏大,选项D错误;
故选AC。
13.(1),在B位置;(2)0.16m;(3)
【详解】
(1)由图乙所示图象可知,单摆周期,单摆的频率
由图乙所示图象可知,在时,摆球处于负的最大位移,摆球向右方向运动为正方向,因此开始时,摆球在B处。
(2)由单摆周期公式
可得
(3)摆球的振动周期为,振幅为;角频率为
;
初相位为
结合表达式,有
14.(1)(2)(3),
【详解】
(1)画出弹簧振子简谐运动示意图如图所示.
由对称性可得
(2)若、之间距离为,则振幅
振子内通过的路程
.
(3)根据,
,
得
振动图象为
15.(1) , 图见解析 ;(2)2m ,0.1m。
【详解】
(1)因为B、C相距20 cm,可知振幅为:
小球经过B点时开始计时,经过0.5 s首次到达C点,可知周期为:
所以:
所以当从B点开始计时,振动方程为:
做出图像如图所示:
(2)因为小球做简谐振动的周期为1s,5s内小球经过了5个周期,故5s内通过的路程为:
5s末小球为位于B点,故位移为x=0.1m。
16.(1);(2);(3)
【详解】
(1)B自由下落H的速度,根据机械能守恒有
解得
B与A碰撞过程动量守恒,则有
解得
(2)A在O位置,弹簧被压缩,根据平衡条件得
A与B共同体继续向下运动离O点的最大距离为
根据能守恒定律
根据平衡条件有
整理得
得,(舍去)
即
(3)由题意
又振幅
振动图像如图
由余弦函数知
所求时间
得
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