2018學(xué)年高中物理 第一章 機(jī)械振動(dòng) 簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的回復(fù)力和能量、單擺試題（提高篇）教科版選修3-4.doc

簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的回復(fù)力和能量、單擺(提高篇)一、選擇題1簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的回復(fù)力（ ） A可以是恒力 B可以是方向不變而大小變化的力 C可以是大小不變而方向改變的力 D一定是變力2關(guān)于振幅，以下說法中正確的是（ ） A物體振動(dòng)的振幅越大，振動(dòng)越強(qiáng)烈 B一個(gè)確定的振動(dòng)系統(tǒng)，振幅越大振動(dòng)系統(tǒng)的能量越大 C振幅越大，物體振動(dòng)的位移越大 D振幅越大，物體振動(dòng)的加速度越大3做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的振子每次通過同一位置時(shí)，相同的物理量是（ ） A速度 B加速度 C位移 D動(dòng)能4如圖所示，能正確反映做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的物體所受回復(fù)力與位移關(guān)系的圖像是（ ） 5汽車在凹凸不平的道路上前進(jìn)，車廂上下振動(dòng)若在某段時(shí)間內(nèi)，車廂做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)你坐在車廂內(nèi)，則車廂振動(dòng)到何位置時(shí)，你感到車座對(duì)你的支持力最大（ ） A當(dāng)振動(dòng)到最低點(diǎn)時(shí) B當(dāng)振動(dòng)到最高點(diǎn)時(shí) C當(dāng)向上振動(dòng)經(jīng)過平衡位置時(shí) D當(dāng)向下振動(dòng)經(jīng)過平衡位置時(shí)6做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的彈簧振子質(zhì)量為0.2 kg，當(dāng)它運(yùn)動(dòng)到平衡位置左側(cè)20 cm時(shí)受到的回復(fù)力是4 N；當(dāng)它運(yùn)動(dòng)到平衡位置右側(cè)40 cm時(shí)，它的加速度為（ ） A20 ms2，向右 B20 ms2，向左 C40 ms2，向右 D40 ms2，向左7甲、乙兩彈簧振子，振動(dòng)圖像如圖所示，則可知（ ） A兩彈簧振子完全相同 B兩彈簧振子所受回復(fù)力最大值之比F甲F乙=21 C振子甲速度為零時(shí)，振子乙速度最大 D振子的振動(dòng)頻率之比，甲乙=128做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的彈簧振子，振子質(zhì)量為m，最大速率為v，則下列說法中正確的是（ ） A從某時(shí)刻算起，在半個(gè)周期的時(shí)間內(nèi)，回復(fù)力做的功一定為零 B從某時(shí)刻算起，在半個(gè)周期的時(shí)間內(nèi)，回復(fù)力做的功可能是零到之間的某一個(gè)值 C從某時(shí)刻算起，在半個(gè)周期的時(shí)間內(nèi)，速度變化量一定為零 D從某時(shí)刻算起，在半個(gè)周期的時(shí)間內(nèi)，速度變化量的大小可能是零到2v之間的某一個(gè)值9如圖所示，彈簧上面固定一質(zhì)量為m的小球，小球在豎直方向上做振幅為A的簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)，當(dāng)小球振動(dòng)到最高點(diǎn)時(shí)彈簧正好為原長(zhǎng)，則小球在振動(dòng)過程中（ ） A小球最大動(dòng)能應(yīng)等于mgA B彈簧的彈性勢(shì)能和小球動(dòng)能總和保持不變 C彈簧最大彈性勢(shì)能等于2mgA D小球在最低點(diǎn)時(shí)的彈力大于2mg 10如圖所示，光滑槽的半徑R遠(yuǎn)大于小球運(yùn)動(dòng)弧長(zhǎng)今有兩個(gè)小球（視為質(zhì)點(diǎn)）同時(shí)由靜止釋放，其中甲球開始時(shí)離圓槽最低點(diǎn)O點(diǎn)遠(yuǎn)些，則它們第一次相遇的地點(diǎn)在（ ） AO點(diǎn) BO點(diǎn)偏左 CO點(diǎn)偏右 D無法確定，因?yàn)閮尚∏蛸|(zhì)量關(guān)系未定 11如圖所示，用絕緣細(xì)絲線懸吊著的帶正電小球在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)，則（ ） A當(dāng)小球每次通過平衡位置時(shí)，動(dòng)能相同 B當(dāng)小球每次通過平衡位置時(shí)，速度相同 C當(dāng)小球每次通過平衡位置時(shí)，絲線拉力 相同 D撤去磁場(chǎng)后，小球擺動(dòng)周期變大12一個(gè)單擺，在第一個(gè)行星上的周期為T1，在第二個(gè)行星上的周期為疋，若這兩個(gè)行星的質(zhì)量之比為M1M2=41，半徑之比R1R2=21，則（ ） AT1：T2=11 BT1T2=41 CT1：T2=21 DT1T2=1213如圖所示，三根細(xì)線于O點(diǎn)處打結(jié)，A、B端固定在同一水平面上相距為三的兩點(diǎn)上，使AOB成直角三角形，BAO=30，已知OC線長(zhǎng)是L，下端C點(diǎn)系著一個(gè)小球（直徑可忽略）下列說法中正確的是（ ） A讓小球在紙面內(nèi)擺動(dòng)，周期 B讓小球在垂直紙面方向擺動(dòng)，其周期 C讓小球在紙面內(nèi)擺動(dòng)，周期 D讓小球在垂直紙面內(nèi)擺動(dòng)，周期二、填空題14如圖所示，擺長(zhǎng)為L(zhǎng)的單擺放在傾角為的光滑斜面上，則此單擺的振動(dòng)周期為_ 15有五組同學(xué)用單擺測(cè)定重力加速度，各組的實(shí)驗(yàn)器材、數(shù)據(jù)如下表所示若各組同學(xué)實(shí)驗(yàn)操作水平一樣，那么第_組同學(xué)測(cè)定的結(jié)果最準(zhǔn)確若該組同學(xué)根據(jù)自己測(cè)得的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)作出單擺的振動(dòng)圖像，如圖所示，那么該同學(xué)測(cè)出的重力加速度大小是_ms2 組制擺球材料最大偏角擺長(zhǎng)測(cè)全振動(dòng)次數(shù)1木100.40 m102鋁100.50 m203銅120.60 m304鐵110.80 m405鋁80.80 m5016如圖所示為一單擺及其振動(dòng)圖像，根據(jù)圖回答： （1）單擺的振幅為_，頻率為_，擺長(zhǎng)約為_；圖中所示周期內(nèi)位移x最大的時(shí)刻為_ （2）若擺球從E指向G為正方向，為最大擺角，則圖像中O、A、B、C點(diǎn)分別對(duì)應(yīng)單擺中_點(diǎn)一周期內(nèi)加速度為正且減小，并與速度同方向的時(shí)間范圍是一勢(shì)能增加且速度為正的時(shí)間范圍是_。 （3）單擺擺球多次通過同一位置時(shí)，下述物理量變化的是_ A位移 B速度 C加速度 D動(dòng)量 E動(dòng)能 F擺線張力 （4）當(dāng)在懸點(diǎn)正下方O處有一光滑水平細(xì)釘可擋住擺線，且，則單擺周期為_s，擋后繩張力_。三、解答題17一輕彈簧直立在地面上，其勁度系數(shù)為k=400 Nm，彈簧的上端與盒子A連接在一起，盒子內(nèi)裝物體B，B的上、下表面恰與盒子接觸，如圖所示，A和日的質(zhì)量mA=mB=1 kg，g取10 ms2，不計(jì)阻力，先將A向上抬高使彈簧伸長(zhǎng)5 cm后從靜止釋放A和B一起做上下方向的簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)，已知彈簧的彈性勢(shì)能決定于彈簧的形變大小，試求： （1）盒子A的振幅； （2）物體B的最大速率； （3）當(dāng)A、B的位移為正的最大和負(fù)的最大時(shí)，A對(duì)B的作用力的大小分別是多少？18有一單擺在地面上一定時(shí)間內(nèi)振動(dòng)了N次，將它移到某高山上，在相同時(shí)間內(nèi)振動(dòng)了（N1）次，由此可粗略地推算出此山的高度約為地球半徑的多少倍？【答案與解析】一、選擇題1【答案】D 【解析】由F=kx可知，由于位移的大小和方向在變化，因此回復(fù)力的大小和方向也在變化，一定是變力2【答案】A、B 【解析】物體振動(dòng)的能量由振幅來表示振幅越大，振動(dòng)能量越大，振動(dòng)越強(qiáng)烈因此A、B兩項(xiàng)正確振幅是質(zhì)點(diǎn)離開平衡位置的最大距離，與位移無關(guān)而加速度隨時(shí)間時(shí)刻變化，所以C、D兩項(xiàng)不正確3【答案】B、C、D 【解析】振子通過同一位置時(shí)，位移、加速度的大小和方向都相同速度的大小相同，但方向不一定相同，因此B、C、D三項(xiàng)正確4【答案】B 【解析】由F=kx可知B項(xiàng)正確5【答案】A 【解析】車廂和人在豎直方向做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)時(shí)，運(yùn)動(dòng)到最低點(diǎn)，加速度向上且最大由FNmg=ma，可知FN=mg+ma，F(xiàn)N最大而在平衡位置時(shí)FNmg=0，F(xiàn)N=mg在最高點(diǎn)時(shí)，加速度方向向下，F(xiàn)Nmg6【答案】D 【解析】加速度方向指向平衡位置，因此方向向左由力和位移的大小關(guān)系F=kx可知，當(dāng)x=40 cm時(shí)，F(xiàn)=8 N，方向指向平衡位置7【答案】C、D 【解析】由題圖可知f甲f乙=12，因此振子不相同，A項(xiàng)錯(cuò)誤，D項(xiàng)正確由題圖可知C正確因F甲=k甲A甲，F(xiàn)乙=k乙A乙，由于k甲和k乙關(guān)系未知，因此無法判斷F甲F乙=21，所以B項(xiàng)不正確8【答案】A、D 【解析】相距半個(gè)周期的兩個(gè)時(shí)刻，速度的大小相等，方向相反因此由可知，A項(xiàng)正確，B項(xiàng)錯(cuò)誤由于在開始計(jì)時(shí)時(shí)速度的大小未知，由v=v1(v1)=2v1，0v1v可知，C項(xiàng)錯(cuò)誤，D項(xiàng)正確9【答案】C 【解析】小球平衡位置kx0=mg，當(dāng)?shù)竭_(dá)平衡位置時(shí)，有，A錯(cuò)機(jī)械能守恒，是動(dòng)能、重力勢(shì)能和彈性勢(shì)能之和保持不變，B錯(cuò)從最高點(diǎn)到最低點(diǎn)，重力勢(shì)能全部轉(zhuǎn)化彈性勢(shì)能Ep=2mgA，最低點(diǎn)加速度大小等于最高點(diǎn)加速度g，據(jù)牛頓第二定律Fmg=mg，F(xiàn)=2mgD錯(cuò)10【答案】A 【解析】由于半徑R遠(yuǎn)大于運(yùn)動(dòng)的弧長(zhǎng)，所以可以認(rèn)為小球做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)，其周期都為，與位移的大小無關(guān)同時(shí)到達(dá)O點(diǎn)，A項(xiàng)正確11【答案】A 【解析】小球在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)，由于洛倫茲力不做功，所以機(jī)械能守恒運(yùn)動(dòng)到最低點(diǎn)，小球的速度大小相同，但方向可能不同，A項(xiàng)正確，B項(xiàng)錯(cuò)誤小球左、右通過最低點(diǎn)，向心力相同，洛倫茲力方向相反，所以拉力不同，C項(xiàng)不正確由于洛倫茲力不提供回復(fù)力，因此有無磁場(chǎng)，不影響振動(dòng)周期，D項(xiàng)錯(cuò)誤12【答案】A 【解析】單擺的周期公式為，同一單擺即有又根據(jù)萬有引力定律，有，因此，故，故A項(xiàng)正確13【答案】A 【解析】讓小球在紙面內(nèi)擺動(dòng)，在擺角很小時(shí)，單擺以O(shè)點(diǎn)為懸點(diǎn)，擺長(zhǎng)為L(zhǎng)周期為。 讓小球在垂直紙面內(nèi)擺動(dòng)，擺球以O(shè)C的延長(zhǎng)線與AB的交點(diǎn)為中心擺動(dòng)，擺長(zhǎng)為，周期為，選項(xiàng)A正確二、填空題14【答案】 【解析】當(dāng)擺球停在平衡位置時(shí)，故周期公式中的g應(yīng)為gsin15【答案】5 9.74 【解析】第5組同學(xué)的單擺擺長(zhǎng)適當(dāng)，偏角小于10，振動(dòng)次數(shù)較多，誤差最小從振動(dòng)圖像上知T=1.80 s，代入公式，得g=9.74 ms216【答案】（1）3 cm 0.5 Hz 1 m 0.5 s末和1.5 s末 （2）E、G、E、F 1.52.0 s間 00.5 s間 （3）B、D （4）1.5 變大 【解析】（4）放釘后改變了擺長(zhǎng)因此單擺周期應(yīng)分成釘左側(cè)的半個(gè)周期，前已求出擺長(zhǎng)為1 m，所以；釘右側(cè)的半個(gè)周期，所以T=t左+t右=1.5 s由受力分析，張力，因?yàn)獒敁趵K前后瞬間擺球速度不變，球重力不變，擋后擺線長(zhǎng)為擋前的，所以擋后繩張力變大三、解答題17【答案】見解析【解析】（1）振子在平衡位置時(shí)，所受合力為零，設(shè)此時(shí)彈簧被壓縮x，則有：kx=(mA+mB)g， 開始釋放時(shí)振子處在最大位移處，故振幅A=5 cm+5 cm=10 cm （2）由于開始時(shí)彈簧的伸長(zhǎng)量恰好等于振子在平衡位置時(shí)彈簧的壓縮量，故彈性勢(shì)能相等，設(shè)振子的最大速率為v，從開始運(yùn)動(dòng)到達(dá)到平衡位置，應(yīng)用機(jī)械能守恒定律，有， （3）在最高點(diǎn)，振子受到的重力和彈力方向相同，由牛頓定律得：(mA+mB)a1=kx+(mA+mB)g，a1=20 ms2，方向向下，A對(duì)B的作用力方向向下，大小F1=mB(a1g)=10 N；在最低點(diǎn)由簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的對(duì)稱性有：a2=20 ms2，方向向上，A對(duì)B的作用力方向向上，且F2mBg=mAa2得，F(xiàn)2=mB(g+a2)=30 N18【答案】見解析【解析】設(shè)時(shí)間為t，在地面上單擺的周期為，在高山上，單擺的周期為。設(shè)地面處的重力加速度為g，高山上的重力加速度為g，由單擺的周期公式可推得設(shè)高山的高度為h，由萬有引力定律得，所以山高為，即山高為地球半徑的倍。