2019-2020年高中物理 第一章 機(jī)械振動(dòng) 第二節(jié) 簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的力和能量特征自我小測(cè) 粵教版選修3-4.doc

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2019-2020年高中物理 第一章 機(jī)械振動(dòng) 第二節(jié) 簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的力和能量特征自我小測(cè) 粵教版選修3-4 1做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的彈簧振子，每次經(jīng)過同一點(diǎn)a(a點(diǎn)在平衡位置和最大振幅之間)時(shí)(　　) A．速度相同　　　　　　　　　　B．加速度相同 C．動(dòng)能相同　　　　　　　　　　D．動(dòng)量相同 　 2如圖1－2－7所示，在一根輕彈簧下端懸掛一個(gè)重10 N的小球，再對(duì)小球施加一向下的拉力F，直到小球又達(dá)靜止時(shí)，F(xiàn)＝4 N，撤去拉力F以后，小球?qū)⒃谪Q直方向上做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)，在剛撤去拉力F的瞬間，小球所受回復(fù)力大小等于(　　) 圖1－2－7 A．4 N　　　　　　B．6 N　　　　　　C．10 N 　　　　　 D．14 N 3如圖1－2－8(a)所示，A、B兩物體組成彈簧振子，在振動(dòng)過程中，A、B始終保持相對(duì)靜止，圖1－2－8(b)中能正確反映振動(dòng)過程中A受摩擦力Ff與振子的位移x關(guān)系的圖線應(yīng)為(　　) 圖1－2－8(a) 圖1－2－8(b) 4把一個(gè)小球套在光滑細(xì)桿上，球與輕彈簧相連組成彈簧振子，小球沿桿在水平方向做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)，它圍繞平衡位置O在A、B間振動(dòng)，如圖1－2－9所示．下列結(jié)論正確的是(　　) 圖1－2－9 A．小球在O位置時(shí)，動(dòng)能最大，加速度最小 B．小球在A、B位置時(shí)，動(dòng)能最大，加速度最大 C．小球從A經(jīng)O到B的過程中，回復(fù)力一直做正功 D．小球從B到O的過程中，振動(dòng)的能量不斷增加 5一根彈簧原長(zhǎng)為l0，掛一個(gè)質(zhì)量為m的物體時(shí)伸長(zhǎng)量為x，若把這根彈簧與該物體同時(shí)套在一根光滑水平桿上組成彈簧振子，且其振幅為A，則物體振動(dòng)的最大加速度是(　　) A．Al0/g　　　　　B．Ag/x 　　　　 C．xg/A　　　　　D．l0g/A 6(經(jīng)典回放)一彈簧振子沿x軸振動(dòng)，振幅為4 cm，振子的平衡位置位于x軸上的O點(diǎn)．圖1－2－10中的a、b、c、d為四個(gè)不同的振動(dòng)狀態(tài)：黑點(diǎn)表示振子的位置，黑點(diǎn)上的箭頭表示運(yùn)動(dòng)的方向．圖1－2－11給出的①②③④四條振動(dòng)圖線，可用于表示振子的振動(dòng)圖象，下列說法中正確的是(　　) 圖1－2－10 圖1－2－11 A．若規(guī)定狀態(tài)a時(shí)t＝0，則圖象為① B．若規(guī)定狀態(tài)b時(shí)t＝0，則圖象為② C．若規(guī)定狀態(tài)c時(shí)t＝0，則圖象為③ D．若規(guī)定狀態(tài)d時(shí)t＝0，則圖象為④ 7如果表中給出的是做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的位移x或速度v與時(shí)刻的對(duì)應(yīng)關(guān)系，T是振動(dòng)周期，則下列選項(xiàng)中正確的是 (　　) 物理量 狀態(tài) 0 T 甲 零 正向最大 零 負(fù)向最大 零 乙 零 負(fù)向最大 零 正向最大 零 丙 正向最大 零 負(fù)向最大 零 正向最大 丁 負(fù)向最大 零 正向最大 零 負(fù)向最大 A.若甲表示位移x，則丙表示相應(yīng)的速度v B．若丁表示位移x，則甲表示相應(yīng)的速度v C．若丙表示位移x，則甲表示相應(yīng)的速度v D．若乙表示位移x，則丙表示相應(yīng)的速度v 8如圖1－2－12所示，彈簧一端固定在天花板上，另一端連一質(zhì)量為m的物體，先托住物體使彈簧沒有發(fā)生形變，然后將物體無初速度釋放而做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)．在物體從開始運(yùn)動(dòng)到最低點(diǎn)的過程中物體的重力勢(shì)能______，彈性勢(shì)能______，動(dòng)能______(填“增大”或“減小”)，而總的機(jī)械能______． 圖1－2－12 9如圖1－2－13所示，質(zhì)量為m的物塊A放在木板B上，而B固定在豎直彈簧上，若使A隨B一起沿豎直方向做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)而始終不脫離，則充當(dāng)A的回復(fù)力的是______，當(dāng)A的速度達(dá)到最大值時(shí)，A對(duì)B的壓力大小為________． 圖1－2－13 10如圖1－2－14所示，質(zhì)量為m的物體A放在質(zhì)量為M的物體B上，B與彈簧相連，它們一起在光滑的水平面上做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)．若A、B間的動(dòng)摩擦因數(shù)為μ，彈簧的勁度系數(shù)為k，要使A、B在振動(dòng)過程中無相對(duì)滑動(dòng)，則A、B在振動(dòng)過程中的最大位移不能超過多少？ 圖1－2－14 11木塊質(zhì)量為m，放在水面上靜止(平衡)，如圖1－2－15所示，今用力向下將其壓入水中一段深度后撤掉外力，木塊在水面上振動(dòng)．試判斷木塊的振動(dòng)是否為簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)． 圖1－2－15 12如圖1－2－16所示，輕彈簧的一端固定在地面上，另一端與木板B相連，木板A放在木板B上，兩木板質(zhì)量均為m，現(xiàn)加豎直向下的力F作用在A上，A、B均靜止．問： (1)將力F瞬間撤去后，A、B共同運(yùn)動(dòng)到最高點(diǎn)時(shí)，B對(duì)A的彈力多大？(設(shè)A、B兩物體在運(yùn)動(dòng)過程中沒有分開) (2)要使A、B不分開，力F應(yīng)滿足什么條件？ 圖1－2－16 13(探究)物體做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)時(shí)，其動(dòng)能隨位移如何變化？勢(shì)能隨位移如何變化？機(jī)械能隨位移如何變化？ 參考答案 1解析：彈簧振子每次經(jīng)過同一點(diǎn)a，振子的位移每次相同，回復(fù)力相同，則加速度相同．但速度的大小相等，方向相反或相同，且動(dòng)能Ek＝mv2相同，動(dòng)量mv的大小相等，方向相反． 答案：BC 2解析：撤去拉力F前，F(xiàn)與小球的重力G以及彈簧彈力FN的合力平衡，則有F＋G＝FN，故FN＝14 N；撤去拉力F瞬間，彈簧彈力仍為14 N，故小球所受合力為向上的大小為FN－G＝14 N－10 N＝4 N的回復(fù)力的作用，故選項(xiàng)A正確． 答案：A 3解析：在振動(dòng)過程中A、B始終保持相對(duì)靜止，可以把A、B看成整體，受力分析，設(shè)A、B的質(zhì)量為mA、mB，彈簧的勁度系數(shù)為k，則有(mA＋mB)a＝－kx，a＝－，A受摩擦力Ff＝mAa＝－kx，所以Ff與位移的關(guān)系是Ff＝－kx. 答案：C 4解析：振子在以O(shè)為平衡位置，A、B之間振動(dòng)，在O點(diǎn)時(shí)，動(dòng)能最大，回復(fù)力為零，加速度最小，在A、B位置時(shí)，動(dòng)能最小，回復(fù)力最大，加速度最大，從A到O回復(fù)力做正功，從O到B回復(fù)力做負(fù)功，小球從B到O過程中，彈簧彈力做功，彈簧振子的機(jī)械能不變． 答案：A 5解析：彈簧豎直懸掛時(shí)物體平衡，據(jù)平衡條件有mg＝kx，故k＝，當(dāng)振子離開平衡位置的位移最大時(shí)，物體的加速度最大，而位移最大值為振幅，此時(shí)彈簧彈力即物體所受合外力為kA，因此物體振動(dòng)的最大加速度a＝＝＝，故B選項(xiàng)正確． 答案：B 6解析：若振子在狀態(tài)a時(shí)t＝0，此時(shí)的位移為3 cm，且向規(guī)定的正方向運(yùn)動(dòng)，故選項(xiàng)A正確，若振子在狀態(tài)b時(shí)t＝0.此時(shí)的位移為2 cm，且向規(guī)定的負(fù)方向運(yùn)動(dòng)，圖中初始位移不對(duì)．若振子在狀態(tài)c時(shí)t＝0，此時(shí)的位移為－2 cm，且向規(guī)定的負(fù)方向運(yùn)動(dòng)，圖中運(yùn)動(dòng)方向不對(duì)，若振子在狀態(tài)d時(shí)t＝0，此時(shí)的位移為－4 cm，速度為零，故選項(xiàng)D正確． 答案：AD 7解析：利用振動(dòng)圖象分析． 對(duì)于A，作出甲表示的x－t圖象，并標(biāo)出相應(yīng)時(shí)刻的速度方向，如下圖所示．由圖可知，A正確． 對(duì)B，作出丁表示的x－t圖象，并標(biāo)出對(duì)應(yīng)時(shí)刻的速度方向，如下圖所示．由圖可知，選項(xiàng)B正確． 對(duì)C，作出丙表示的x－t圖象，并表示相應(yīng)時(shí)刻的速度，如下圖所示．由圖可判斷，C選項(xiàng)錯(cuò)誤． 對(duì)D，作出乙表示的x－t圖象，如下圖所示，由圖判斷，D選項(xiàng)錯(cuò)誤． 答案：AB 8解析：固定在天花板上的彈簧做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)，選地板為重力勢(shì)能的零勢(shì)面，物體從開始運(yùn)動(dòng)到最低點(diǎn)這一過程中，物體離地面的距離不斷減小，則重力勢(shì)能不斷減小，彈簧的長(zhǎng)度變長(zhǎng)，且達(dá)到最大距離，因此，彈性勢(shì)能增大，物體不斷運(yùn)動(dòng)，到達(dá)平衡位置時(shí)，速度增大到最大，經(jīng)過平衡位置，運(yùn)動(dòng)到最大位移處時(shí)，速度不斷減小，所以動(dòng)能增大后減小，但總機(jī)械能不變． 答案：減小　增大　先增大后減小　不變 9解析：對(duì)A受力分析，它受到重力和B對(duì)它的支持力，A和B一起做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)，A的回復(fù)力是由重力和支持力的合力提供的，當(dāng)回復(fù)力和重力平衡時(shí)，A的速度最大，即有fA＝mg. 答案：重力和支持力的合力　mg 10解析：物體A隨著B一起振動(dòng)是靠A、B間的摩擦力，物體的位移越大加速度越大，故當(dāng)位移最大時(shí)，物體A所受的摩擦力最大(可認(rèn)為等于A、B間的滑動(dòng)摩擦力)，設(shè)最大的位移為A，則有：kA＝(M＋m)a，對(duì)物體A則有：μmg＝ma，由上面兩式可得：A＝. 答案： 11解析：以木塊為研究對(duì)象，設(shè)靜止時(shí)木塊浸入水中Δx深，當(dāng)木塊壓入水中x后所受力如圖所示，則 F回＝mg－F?、? 又F浮＝ρgS(Δx＋x)② 由①②式得， F回＝mg－ρgS(Δx＋x)＝mg－ρgSΔx－ρgSx，由mg＝ρgSΔx 得F回＝－ρgSx 即F回＝－kx(k＝ρgS) 所以木塊的振動(dòng)為簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)． 答案：木塊的振動(dòng)為簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng) 12解析：撤去力F后，A、B將共同沿豎直方向做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)，撤去力F瞬間，A、B整體受到回復(fù)力大小為F，方向豎直向上，由牛頓第二定律可得，此時(shí)A受到回復(fù)力大小為F/2，方向豎直向上，因剛撤力時(shí)，A、B的位置是它們做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的最低點(diǎn)，由振動(dòng)的對(duì)稱性可知，在最高點(diǎn)A受回復(fù)力大小也為F/2，方向豎直向下，A受到的回復(fù)力是其重力與B對(duì)它的彈力的合力． (1)在最高點(diǎn)F回＝mg－FN FN＝mg－F回＝mg－F/2.① (2)要使A、B在振動(dòng)過程中不分開，則應(yīng)滿足在任意位置A、B間彈力FN≥0② 振動(dòng)過程中最高點(diǎn)處A受到的回復(fù)力達(dá)最大值，即A、B間彈力最小． 要使A、B不分開，由①②式可得F≤2mg. 答案：(1)N＝mg－F/2　(2)F≤2mg 13解析：處理簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的能量問題時(shí)，一要清楚簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)中，只有動(dòng)能和勢(shì)能的轉(zhuǎn)化，沒有能量損耗；二要明白運(yùn)動(dòng)過程中加速度、速度隨位移的變化規(guī)律；三要知道振幅與能量的關(guān)系；四要注意勢(shì)能零點(diǎn)的選??；五要注意從功和能變化的關(guān)系來尋找振動(dòng)過程中能量所遵循的規(guī)律． 判斷動(dòng)能和勢(shì)能大小變化的基本思路：位移(x)→勢(shì)能(Ep)動(dòng)能(Ek)． 答案：簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)中，物體做的是相對(duì)平衡位置的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，位移方向從平衡位置指向末位置，大小等于兩位置間的距離，位移是矢量．在平衡位置，位移為零，勢(shì)能為零，受力為零，速度達(dá)到最大，動(dòng)能最大；從平衡位置到最大位移的過程中，速度逐漸減小，位移逐漸增大，即勢(shì)能逐漸增大，而動(dòng)能逐漸減??；從最大位移向平衡位置的過程中，正好相反，速度逐漸增大，位移逐漸減小，即動(dòng)能逐漸增大，勢(shì)能逐漸減?。? 所以動(dòng)能隨位移做“異步”變化，勢(shì)能隨位移做“同步”變化，機(jī)械能守恒，不隨位移的變化而變化．