2021-2022年高二物理选择性必修第一册同步课时作业训练
2.1
简谐运动
一、单选题。本大题共10小题,每小题只有一个选项符合题意。
1.如图所示,质点在1
s末的位移是( )
A.5
cm
B.-5
cm
C.15
cm
D.0
2.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
3.如图所示,水平方向上有一弹簧振子,O点是其平衡位置,振子在a和b之间振动,关于振子,下列说法正确的是( )
A.在a点时加速度最大,速度最大
B.在O点时速度最大,位移最大
C.在b点时位移最大,速度最小
D.在b点时加速度最大,速度最大
4.如图所示为一弹簧振子,O为平衡位置,以向右为正方向,则振子在B、C之间振动时(
)
A.false位移为负、速度为正
B.false位移为正、速度为负
C.false位移为负、速度为正
D.false位移为正、速度为负
5.如图所示,弹簧振子在M、N之间做简谐运动.以平衡位置O为原点,建立Ox轴,向右为x轴正方向.若振子向右通过O点时开始计时,则其振动图像为(
)
A.B.C.D.
6.弹簧上端固定在O点,下端连接一小球,组成一个振动系统,如图所示.用手向下拉一小段距离后释放小球,小球便上下振动起来.下列说法正确的是(
)
A.球的最低点为平衡位置
B.弹簧原长时的位置为平衡位置
C.球速为零的位置为平衡位置
D.球原来静止的位置为平衡位置
7.下列说法中正确的是(
)
A.弹簧振子的运动是简谐运动
B.简谐运动就是指弹簧振子的运动
C.简谐运动是匀变速运动
D.简谐运动是机械运动中最简单、最基本的一种
8.将弹簧振子从平衡位置拉开4cm后放开,同时开始计时,其振动图像如图所示,则( )
A.在0.1~0.2s振子正在做加速度减小的加速运动
B.在0.1~0.2s振子正在做加速度增大的减速运动
C.在0.1~0.2s振子速度方向沿x轴正方向
D.在0.15s时振子的位移大小一定等于2cm
9.如图所示,下列振动系统不可看成弹簧振子的是(
)
A.如图甲所示,竖直悬挂的轻弹簧及小铅球组成的系统
B.如图乙所示,放在光滑斜面上的铁块及轻弹簧组成的系统
C.如图丙所示,光滑水平面上,两根轻弹簧系住一个小球组成的系统
D.蹦极运动中的人与弹性绳组成的系统
10.一个质点做简谐运动,其位移随时间变化的s-t图像如图。以位移的正方向为正,该质点的速度随时间变化的v-t关系图像为( )
A.B.C.D.
二、多选题。本大题共3小题,每小题有一个选项或多个选项符合题意。
11.物体做简谐运动的过程中,有两点A、A′关于平衡位置对称,则物体(
)
A.在两点处的位移相同
B.在两点处的速度可能相同
C.在两点处的速率一定相同
D.在两点处的加速度一定相同
12.如图所示,一弹簧振子做简谐运动,下列说法正确的是( )
A.若位移为负值,则加速度一定为正值
B.振子通过平衡位置时,速度为零,位移最大
C.振子每次经过平衡位置时,位移相同,速度也一定相同
D.振子每次通过同一位置时,其速度不一定相同,但位移一定相同
13.如图甲所示为以O点为平衡位置,在A、B两点间做简谐运动的弹簧振子,图乙为这个弹簧振子的振动图像,由图可知下列说法中正确的是( )
A.在t=0.2s时,弹簧振子的加速度为正向最大
B.在t=0.1s与t=0.3s两个时刻,弹簧振子在同一位置
C.从t=0到t=0.2s时间内,弹簧振子做加速度增大的减速运动
D.在t=0.6s时,弹簧振子有最小的位移
三、填空题。本大题共4小题。
14.物体在一条直线上运动,如果在任意相等的时间里位移相等,这种运动就叫做_______,做这种运动物体的加速度为_________;如果在相等的时间内速度的改变相等,这种运动就叫做_______,做这种运动物体的加速度为________.
15.(1)简谐运动:质点的位移与时间的关系遵从______的规律,即它的振动图像(x-t图像)是一条_______曲线。
(2)特点:简谐运动是最简单、最基本的振动,弹簧振子的运动就是________。
(3)简谐运动的图像
a.描述振动物体的______随______的变化规律。
b.简谐运动的图像是______曲线,从图像上可直接看出不同时刻振动质点的______大小和方向、速度方向以及速度大小的变化趋势。
16.如图所示的弹簧振子,O点为它的平衡位置,当振子从A点运动到C点时,振子离开平衡位置的位移是________(选填“OC”“AC”或“CO”),从A点直接运动到C点的过程中,振子位移变________(选填“小”或“大”),速度变________(选填“小”或“大”)。
17.一个质点经过平衡位置O,在A、B间做简谐运动,如图(a)所示,它的振动图像如图(b)所示,设向右为正方向,则:
(1)false________cm;
(2)第0.2s末质点的速度方向是________,位移大小为________;
(3)第0.7s时,质点位置在________点与________点之间;
(4)质点从O经B运动到A所需时间false________s;
(5)质点在0.2s到0.8s内运动的路程为________cm.
四、解答题。本大题共3小题,解答过程必修有必要的文字说明,公式和解题过程。
18.如图所示的装置,把小球向右拉开一段距离后释放,可以观察到小球左右运动了一段时间,最终停止运动。
(1)小球的运动具有什么特点?为什么小球最终停止运动?
(2)在横杆上涂上一层润滑油,重复刚才的实验,观察到的结果与第一次实验有何不同?
(3)猜想:如果小球受到的阻力忽略不计,弹簧的质量比小球的质量小得多,也忽略不计,实验结果如何?
19.如图所示是某质点沿竖直方向做简谐运动的振动图像,以竖直向上为正方向。根据图像中的信息,回答下列问题:
(1)质点离开平衡位置的最大距离有多大?
(2)在1.5
s和2.5
s两个时刻,质点向哪个方向运动?
(3)质点在第2
s末的位移是多少?在前4
s内的路程是多少?
20.如图,两人合作,模拟振动曲线的记录装置。先在白纸中央画一条直线false,使它平行于纸的长边,作为图像的横坐标轴。一个人用手使铅笔尖在白纸上沿垂直于false的方向水平振动,另一个人沿false的方向匀速拖动白纸,纸上就画出了一条描述笔尖振动情况的false图像。请完成这个实验,并解释:横坐标代表什么物理量?纵坐标代表什么量?为什么必须匀速拖动白纸?如果拖动白纸的速度是false,在横坐标轴上应该怎样标出坐标的刻度?
参考答案
1.B
【解析】位移是矢量,质点在1
s末的位移方向与正方向相反,所以位移为-5
cm,故B正确,ACD错误。
故选B。
2.A
【解析】A.由图可知false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false,振幅false,由图像函数
false
可知,当false时,
false
振子在O点右侧false处,B错误;
C.由图像可知false和false,振子分别在B、A两点,加速度大小相同,方向相反,C错误;
D.false到false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。
3.C
【解析】B.O点为弹簧振子的平衡位置,振子在O点时加速度为零,位移为零,速度最大,故B错误;
ACD.振子在a、b两点时,位移最大,加速度最大,速度为零,故AD错误,C正确。
故选C。
4.A
【解析】A.速度方向即振子运动方向,则false位移向左为负,速度向右为正,A正确;
B.false位移向右为正,速度向右为正,B错误;
C.false位移向右为正,速度向左为负,C错误;
D.false位移向左为负,速度向左为负,D错误。
故选A。
5.C
【解析】由题意可知,以向右为x正方向,振子运动到O点时,位移为零,速度沿正方向最大,所以振子从运动到O点时开始计时振动图像应是正弦曲线。
故选C。
6.D
【解析】平衡位置是振动系统不振动时,振子处于平衡状态时所处的位置,小球静止时其所受的重力大小与弹簧的弹力大小相等,即
false
即小球原来静止的位置为平衡位置,故D正确,ABC错误。
故选D。
7.A
【解析】A.弹簧振子的运动是周期性的往返运动,属于简谐运动,故A正确;
B.简谐运动并不只是弹簧振子的运动,单摆的运动也是简谐运动,故B错误;
C.简谐运动的加速度随物体位置的变化而变化,不是匀变速运动,故C错误;
D.匀速直线运动才是机械运动中最简单、最基本的运动,故D错误.
故选A。
8.B
【解析】ABC.在0.1~0.2s,振子由平衡位置向负的最大位移处运动,加速度在增大,速度在减小,振子的速度方向沿x轴负方向,故AC错误,B正确;
D.在0.1~0.2s内振子做加速度增大的减速运动,故在0.15s时振子的位移大小不等于2cm,D错误。
故选B。
9.D
【解析】ABC.根据弹簧振子的理想化条件:弹簧振子是一个不考虑摩擦阻力,不考虑弹簧的质量,不考虑振子的大小和形状的理想化的物理模型,
ABC正确;
D.人受空气的阻力不可忽略,且人不能看成质点,故该系统不可看成弹簧振子,D错误。
故选D。
10.A
【解析】由s-t图像可知,t=0时刻,质位于正的最大位移处,速度为零,而在false时刻,恰好位于平衡位置,速度为负的最大值,在false时刻,恰好位于负的最大位移处,速度刚好减为零;在false时刻,又恰好回到平衡位置,速度为正的最大值。
故选A。
11.BC
【解析】A.物体经过关于平衡位置对称的位置时,位移大小相等,方向相反,所以位移不同,故A错误;
BC.物体经过关于平衡位置对称的位置时,根据对称性可知,速度大小一定形同,方向可能相同,故BC正确;
D.由a=-false,知位移大小相等、方向相反,则加速度也大小相等、方向相反,所以加速度不同,故D错误。
故选BC。
12.AD
【解析】A.振子受的力指向平衡位置,振子的位移为负值时,受到的力为正值,振子的加速度为正值,故A正确;
B.当振子通过平衡位置时,位移为零,速度最大,故B错误;
C.振子每次通过平衡位置时,速度大小相等,方向不一定相同,但位移相同,故C错误;
D.振子每次通过同一位置时,位移相同,速度大小一样,但速度方向可能相同,也可能不同,故D正确。
故选AD。
13.BC
【解析】A.在t=0.2s时,弹簧振子的位移为正向最大,加速度为负向最大,故A错误;
B.在t=0.1s与t=0.3s两个时刻,弹簧振子的位移相同,说明弹簧振子在同一位置,故B正确;
C.从t=0到t=0.2s时间内,弹簧振子的位移增大,加速度增大,速度减小,所以弹簧振子做加速度增大的减速运动,故C正确;
D.在t=0.6s时,弹簧振子的位移为负方向最大,故D错误。
故选BC。
14.匀速直线运动
零
匀变速直线运动
定值
【解析】[1]物体在一条直线上运动,如果在任意相等的时间里位移相等,根据:
false
可知,物体的速度恒定,所以为匀速直线运动;
[2]物体速度恒定,根据加速度的定义式:
false
可知,匀速直线运动的物体加速度为0;
[3][4]根据上述加速度的定义式可知相等的时间内速度的改变相等,说明加速度为一定值,物体在直线上运动,所以物体做匀变速直线运动。
15.正弦函数
正弦
简谐运动
位移
时间
正弦
位移
【解析】略
16.OC
小
大
【解析】[1][2][3]
O点为它的平衡位置,当振子从A点运动到C点时,位移的起点在平衡位置,故振子离开平衡位置的位移是OC,从A点直接运动到C点的过程中,振子位移变小,衡位置,故速度变大。
17.5
向左
0
O
B
0.6
15
【解析】(1)[1]OB间距离等于振幅,由图可知OB=A=5cm;
(2)[2]位移图像切线的斜率等于速度,根据数学知识可知,第0.2s末,质点的速度方向沿负方向,即向左;
[3]位移的大小为零;
(3)[4][5]
第0.7s时,质点位置在O与B两点之间;
(4)[6]
质点从O经B运动到A所需时间为
false
(5)[7]质点在0.2s到0.8s内运动的路程为
false
18.(1)小球的运动具有往复性;小球因为受到阻力的作用最终停止运动;(2)小球往复运动的次数增多,运动时间变长;(3)小球将持续地做往复运动
【解析】略
19.(1)10
cm;(2)竖直向下,竖直向下;(3)0,40
cm
【解析】(1)由图像上的信息,结合质点的振动过程可知:质点离开平衡位置的最大距离就是|x|的最大值,为10
cm。
(2)从1.5
s到2
s时间间隔内,质点位移x>0,且减小,因此是向平衡位置运动,即竖直向下运动;从2.5
s到3
s时间间隔内,位移x<0,且|x|增大,因此是背离平衡位置运动,即竖直向下运动。
(3)质点在第2
s末时,处在平衡位置,因此位移为零;质点在前4
s内完成一个周期性运动,其路程为4×10
cm=40
cm。
20.横轴上的坐标代表时间,纵坐标代表笔尖离开平衡位置的位移;匀速拖动白纸,是为了用相等的距离表示相等的时间;如果拖动白纸的速度是false,在横轴距离坐标原点位置1m处的刻度为20s,依次类推。
【解析】笔尖振动周期一定,根据白纸上记录的完整振动图象的个数可确定出时间长短,所以白纸上横轴上的坐标代表时间,纵坐标代表笔尖离开平衡位置的位移;由x=vt可知,匀速拖动白纸,是为了用相等的距离表示相等的时间;如果拖动白纸的速度是false,在横坐标轴上运动1m用时间为
false
即在横轴距离坐标原点位置1m处的刻度为20s,依次类推。