新教材2023_2024学年高中物理第2章机械振动3简谐运动的回复力和能量分层作业课件新人教版选择性必修第一册

这是一份新教材2023_2024学年高中物理第2章机械振动3简谐运动的回复力和能量分层作业课件新人教版选择性必修第一册，共26页。
第二章3　简谐运动的回复力和能量1234567891011121.(多选)关于简谐运动,以下说法正确的是(　　)A.回复力总指向平衡位置B.加速度、速度方向永远一致C.在平衡位置加速度、速度均达到最大值D.在平衡位置速度达到最大值,而加速度为零AD 解析 回复力是使物体回到平衡位置的力,选项A正确;加速度方向始终指向平衡位置,速度方向可能指向平衡位置,也可能背向平衡位置,选项B错误;平衡位置位移为零,据a= 知加速度为零,势能最小,动能最大,速度最大,选项C错误,D正确。1234567891011122.(多选)某质点做简谐运动的图像如图所示,以下说法正确的是(　　)A.t1、t2时刻的速度相同B.从t1到t2这段时间内,速度与加速度同向C.从t2到t3这段时间内,速度变大,加速度变小D.t1和t3时刻的加速度相同CD 123456789101112解析 t1时刻振子速度最大,t2时刻振子的速度为零,故A不正确;t1到t2这段时间内,质点远离平衡位置,故速度背离平衡位置,而加速度指向平衡位置,所以二者方向相反,故B不正确;在t2到t3这段时间内,质点向平衡位置运动,速度在增大,而加速度在减小,故C正确;t1和t3时刻振子在平衡位置,故加速度均为零,选项D正确。1234567891011123.如图所示的简谐运动图像中,在t1和t2时刻,运动质点相同的量为(　　)A.加速度 B.位移C.速度 D.回复力C 解析 由题图可知,t1和t2时刻,质点运动的位移大小相等,方向相反;根据简谐运动的加速度 可知,位移大小相等,方向相反,则加速度大小相等,方向相反,故A、B错误;x-t图像上点的切线的斜率表示速度,故在t1和t2时刻速度相同,故C正确;根据简谐运动的基本特征是F=-kx得知,t1和t2时刻质点的回复力大小相等,方向相反,故D错误。1234567891011121234567891011124.(2023河北邢台阶段练习)如图所示,一轻质弹簧上端固定,下端悬挂一物块,取物块静止时所处位置为坐标原点O,向下为正方向建立Ox坐标轴。现将物块竖直向下拉到A位置后由静止释放,不计空气阻力。已知物块的质量为m,弹簧的劲度系数为k,A位置的坐标为x1,重力加速度为g。下列说法正确的是(　　)A.该简谐振动的振幅为2x1B.在任意 周期内物块通过的路程一定等于x1C.物块在A位置时的回复力大小为kx1D.物块在A位置的回复力大小为kx1-mgC 123456789101112解析 该简谐振动的振幅为x1,故A错误;物块运动过程中,其快慢是不同的,靠近平衡位置运动比较快,远离平衡位置运动比较慢,所以在不包含平衡位置的 周期内物块通过的路程小于x1,故B错误;物块在O位置时受力平衡,有kx0=mg,其中x0为弹簧伸长量,在A位置时的回复力大小为F=k(x0+x1)-mg =kx1,故C正确,D错误。1234567891011125.(多选)当一弹簧振子在竖直方向上做简谐运动时,下列说法正确的是(　　)A.振子在振动过程中,速度相同时,弹簧的长度一定相等,弹性势能相同B.振子从最低点向平衡位置运动过程中,弹簧弹力始终做负功C.振子在运动过程中的回复力由弹簧的弹力和振子的重力的合力提供D.振子在运动过程中,系统的机械能守恒CD 解析 振子在平衡位置两侧往复运动,速度相同的位置可能出现在关于平衡位置对称的两点,这时弹簧长度不等,A错误;振子由最低点向平衡位置运动的过程中,弹簧对振子施加的力指向平衡位置,应做正功,B错误;振子运动中的回复力由弹簧振子所受合力提供且运动中机械能守恒,故C、D正确。1234567891011126.(2021广东卷)如图所示,一个轻质弹簧下端挂一小球,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”)。 123456789101112答案 小于　最大 1234567891011127.(2023江苏金沙中学阶段练习)如图所示,一轻质弹簧的上端固定在光滑斜面顶部,下端接小球A,A通过一段细线与小球B相连,两球均静止。某时刻,将细线烧断。已知斜面的倾角为θ且固定在水平面上,A、B的质量分别为mA、mB,弹簧的劲度系数为k,重力加速度为g,空气阻力可忽略不计。(1)求A运动的平衡位置;(2)A运动的振幅;(3)证明A的运动是简谐运动。123456789101112123456789101112(3)选A的平衡位置处为坐标原点,沿斜面向下为正方向建立坐标系,当A运动到平衡位置下x位置时,小球A受到的合力为F=mAgsin θ-k(x+x0)解得F=-kx则A受到的合力总是与A的位移成反比,所以A的运动是简谐运动。1234567891011128.(2023江苏金湖中学高二阶段练习)如图甲所示,装有一定量液体的玻璃管竖直漂浮在水中,水面足够大,把玻璃管向下缓慢按压4 cm后放手,忽略运动阻力,玻璃管的运动可以视为竖直方向的简谐运动,测得振动周期为0.5 s,以竖直向上为正方向,某时刻开始计时,其振动图像如图乙所示,其中A为振幅,对于玻璃管(包括管内液体),下列说法正确的是(　　)123456789101112A.回复力等于玻璃管所受的浮力B.在t1~t2时间内,玻璃管加速度减小,速度增大C.位移满足函数关系式x=4sin 4πt(cm)D.振动过程中动能和重力势能相互转化,玻璃管的机械能守恒答案 B 123456789101112 1234567891011129.如图所示,一轻质弹簧沿竖直方向放置在水平地面上,其下端固定,当弹簧的长度为原长时,其上端位于O点。现有一小球从O点由静止释放,将弹簧压缩至最低点(弹簧始终处于弹性限度内)。在此过程中,关于小球的加速度a随下降位移x的变化关系正确的是(　　)A 解析 小球受竖直向下的重力和竖直向上的弹力,下降位移x为弹簧的形变量,设弹簧劲度系数为k,根据牛顿第二定律mg-kx=ma,可得 ,为一次函数,当压缩至最低点时,加速度大小为g,A正确,B、C、D错误。12345678910111212345678910111210.(2023山东聊城高二期中)如图所示,水平弹簧振子沿x轴在M、N间做简谐运动,坐标原点O为小球的平衡位置,其振动方程为x=10sin 5πt(cm),已知弹簧的劲度系数k=500 N/m,弹簧的弹性势能表达式为Ep= kx2,x为弹簧的形变量,已知π2=10,下列说法正确的是(　　)A.小球的运动周期是0.2 sB.小球的最大动能为2.5 JC.t=1 s时,弹簧弹性势能最大D.t=0.1 s时,小球具有最小加速度B12345678910111212345678910111211.(多选)如图所示,轻质弹簧下挂重为300 N的物体A时,弹簧伸长了3 cm,再挂上重为200 N的物体B时,弹簧又伸长了2 cm,现将A、B间的细线烧断,使A在竖直平面内振动,则(　　)A.最大回复力为500 N,振幅为5 cmB.最大回复力为200 N,振幅为2 cmC.只减小A的质量,振动的振幅变小D.只减小B的质量,振动的振幅变小BD123456789101112解析 轻质弹簧下挂物体A时伸长了3 cm,故劲度系数为 若将连接A、B两物体的细线烧断,物体A将做简谐运动,烧断瞬间,A所受合力充当回复力,由于细线烧断前A处于平衡状态,所受细线拉力为200 N,则细线烧断瞬间A所受合力大小为200 N,即最大回复力为200 N,刚烧断细线时物体A的加速度最大,处于最大位移处,故振幅为2 cm,故A错误,B正确;细线烧断前,有(mA+mB)g=kx1,细线烧断后,A在平衡位置时有mAg=kx2,振幅 ,可知只减小A的质量,振幅不变,只减小B的质量,振幅变小,故C错误,D正确。12345678910111212.一轻质弹簧直立在地面上,其劲度系数为k=400 N/m,弹簧的上端与盒子A连接在一起,盒子内装物体B,B的上、下表面恰与盒子接触,如图所示。A和B的质量mA=mB=1 kg,g取10 m/s2,不计阻力。先将A向上抬高使弹簧伸长5 cm后从静止释放,A和B一起做上下方向的简谐运动。已知弹簧的弹性势能取决于弹簧的形变大小。(1)求盒子A的振幅;(2)求物体B的最大速率;(3)当A、B的位移为正的最大和负的最大时,A对B的作用力的大小分别是多少?123456789101112答案 (1)10 cm　(2)1.4 m/s　(3)10 N　30 N解析 (1)振子在平衡位置时,所受合力为零,设此时弹簧被压缩Δx,则kΔx=(mA+mB)g,Δx= =5 cm。开始释放时振子处在最大位移处,故振幅Am=5 cm+5 cm=10 cm。(2)由于开始时弹簧的伸长量恰好等于振子在平衡位置时弹簧的压缩量,故弹性势能相等,设振子的最大速率为v,物体B从开始运动到达到平衡位置,应用机械能守恒定律,得123456789101112(3)在最高点,振子受到的重力和弹力方向相同,由牛顿第二定律得(mA+mB)a1=kΔx+(mA+mB)g,a1=20 m/s2,方向向下,A对B的作用力方向向下,且F1+mBg=mBa1,得F1=mB(a1-g)=10 N;在最低点由简谐运动的对称性得a2=20 m/s2,方向向上,A对B的作用力方向向上,且F2-mBg=mBa2,得F2=mB(g+a2)=30 N。