人教版高中物理选择性必修第一册第二章机械振动2-3简谐运动的回复力和能量含答案 试卷
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这是一份人教版高中物理选择性必修第一册第二章机械振动2-3简谐运动的回复力和能量含答案，共6页。
第二章 机械振动3 简谐运动的回复力和能量【基础巩固】1.(多选)一个做简谐运动的物体,每次速率相同时,下列说法正确的是 ( )A.必有相同的动能B.必有相同的位移C.必有相同的加速度D.必有相同的势能解析:速率相同时,根据Ek=mv2可知动能相同,故选项A正确;速率相同时位移不一定相同,根据F=-kx和F=ma可知加速度也不一定相同,故选项B、C错误;简谐运动过程机械能守恒,动能相同,势能也相同,故选项D正确.答案:AD2.在光滑水平面上做简谐运动的弹簧振子,当振子的速度相等时,下列物理量一定相同的是 ( )A.弹性势能 B.位移C.回复力 D.加速度解析:简谐运动中振子和弹簧组成的系统机械能守恒,由此可知,当振子的速度相等时,即振子的动能相等时,弹簧的弹性势能也相等,故选项A正确;在一个振动周期中,速度相等的位置一定关于平衡位置对称,则位移方向相反,回复力方向相反、加速度方向相反,因此可以判断,在整个简谐运动过程中,速度相等时,振子的位移、回复力、加速度不一定相同,故选项B、C、D错误.答案:A3.图甲中的装置水平放置,将小球从平衡位置O拉到A后释放,小球在O点附近来回振动;图乙中被细绳拴着的小球由静止释放后可绕固定点来回摆动.若将上述装置安装在太空中的我国空间站内进行同样的操作,下列说法正确的是 ( ) 甲 乙 A.图甲中的小球将保持静止B.图甲中的小球仍将来回振动C.图乙中的小球仍将来回摆动D.图乙中的小球将做匀速圆周运动解析:图甲中的小球做简谐运动,回复力为弹簧的弹力,不受重力影响,故该小球仍来回振动,选项A错误,选项B正确;图乙中的小球在重力的作用下才会来回摆动,太空中小球处于完全失重状态,故该小球由静止释放后仍处于静止状态,选项C、D错误.答案:B4.如图所示,弹簧上面固定一质量为m的小球,小球在竖直方向上做振幅为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.小球最大动能应等于mgAB.弹簧的弹性势能和小球动能总和保持不变C.弹簧最大弹性势能等于2mgAD.小球在最低点时的弹力大于2mg解析:小球在平衡位置时有kx0=mg,x0=A=,当在平衡位置时,有mgA=mv2+E弹,选项A错误.机械能守恒,因此动能、重力势能和弹性势能之和保持不变,选项B错误.从最高点到最低点,小球的重力势能全部转化为弹性势能,E弹=2mgA,选项C正确.在最低点加速度大小等于在最高点加速度g的大小,据牛顿第二定律F-mg=mg,F=2mg,选项D错误.答案:C5.(2021·广东卷)如图所示,一个轻弹簧下端挂一小球,小球静止.现将小球向下拉动距离A后由静止释放,并开始计时,小球在竖直方向做简谐运动,周期为T.经时间,小球从最低点向上运动的距离 (选填“大于”“小于”或“等于”);在时刻,小球的动能 (选填“最大”或“最小”). 解析:小球从最低点向上运动的过程中做变加速运动,在时间内运动的距离为A,小球在前时间内的平均速度小于后时间内的平均速度,故经时间,小球从最低点向上运动的距离小于,在时刻,小球到达平衡位置,动能最大.答案:小于 最大 【拓展提高】6.如图甲所示,一弹簧振子在A、B间做简谐运动,O为平衡位置,图乙是弹簧振子做简谐运动时的位移—时间图像.则关于弹簧振子的加速度随时间的变化规律,下列四个图像中正确的是 ( ) 甲 乙 A B C D 解析:加速度与位移的关系为a=-,而x=Asin ωt,所以a=-sin ωt,选项C正确. 答案:C7.如图所示,一根用绝缘材料制成的劲度系数为k的轻质弹簧,左端固定,右端与质量为m、电荷量为+q 的小球相连,小球静止在光滑、绝缘的水平面上.在施加一个电场强度大小为E、方向水平向右的匀强电场后,小球开始做简谐运动.那么 ( ) A.小球到达最右端时,弹簧的形变量为B.小球做简谐运动的振幅为C.运动过程中小球的机械能守恒D.运动过程中小球的电势能和弹簧的弹性势能的总量不变解析:小球做简谐运动的平衡位置是弹簧拉力和静电力平衡的位置,此时弹簧形变量为,小球到达最右端时,弹簧形变量为,选项A正确,选项B错误.静电力做功,小球机械能不守恒,选项C错误.运动过程中,小球的动能、电势能和弹簧的弹性势能的总量不变,选项D错误.答案:A8.(2023·广东模拟)如图所示是某水平弹簧振子做简谐运动的x-t图像,M、P、N是图像上的3个点,分别对应t1、t2、t3时刻.下列说法正确的是 ( )A.该振子的周期是0.2 s,振幅是8 cmB.在t2时刻振子的速度方向就是图像上P点的切线方向C.在t1~t2的过程中振子的速度先增大后减小D.在t2~t3的过程中振子的加速度逐渐减小解析:由图像得,该振子的周期为0.2 s,振幅为4 cm,故选项A错误;在t2时刻振子的速度方向沿x轴负方向,故选项B错误;在t1~t2过程中,振子先向x轴正方向做减速运动,后向x轴负方向做加速运动,故选项C错误;在t2~t3过程中,振子向平衡位置移动,回复力逐渐减小,加速度逐渐减小,故选项D正确.答案:D【挑战创新】9.如图所示,弹簧振子在光滑水平面上以振幅A做简谐运动,质量为m'的滑块上面放着质量为m的砝码,砝码随滑块一起做简谐运动.已知弹簧的劲度系数为k,重力加速度为g.(1)使砝码做简谐运动的回复力是什么?它和位移成正比的比例系数是多少?(2)当滑块运动到振幅一半的位置时,砝码所受回复力的大小是多少?(3)当砝码与滑块间的动摩擦因数为μ时,要使砝码与滑块不发生相对滑动,振幅最大为多少?解析:(1)砝码随着滑块一起振动,砝码所受滑块的静摩擦力是砝码做简谐运动的回复力.由牛顿第二定律有Ff=ma,对滑块与砝码整体有a==,解得Ff=x,所以砝码做简谐运动的回复力与位移的比例系数为k'=.(2)当滑块运动到振幅一半的位置时,砝码也运动到振幅的一半,则砝码的回复力为F'=k'=·=,方向指向平衡位置.(3)从F=k'x可以看出,当x增大时,F也增大,当F=Ffmax=μFN 时,有最大振幅. 因为FN=mg,所以·Am=μmg,解得 Am=. 答案:(1)砝码所受滑块的静摩擦力 (2) (3)
