2.2 简谐运动的描述 同步课时作业训练 —2021-2022学年高二上学期物理人教版(2019)选择性必修第一册(word含答案)

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名称 2.2 简谐运动的描述 同步课时作业训练 —2021-2022学年高二上学期物理人教版(2019)选择性必修第一册(word含答案)
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资源类型 教案
版本资源 人教版(2019)
科目 物理
更新时间 2021-08-17 07:19:10

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2021-2022年高二物理选择性必修第一册同步课时作业训练
2.2
简谐运动的描述
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.如图所示是一质点做简谐运动的振动图像,下列说法正确的是(  )
A.t1至t2时刻质点完成一次全振动
B.t1至t3时刻质点完成一次全振动
C.t1至t4时刻质点完成一次全振动
D.t2至t4时刻质点完成一次全振动
2.弹簧振子做简谐运动,振幅为0.4cm,周期为0.5s,计时开始时具有正向最大加速度,则它的位移公式是(  )
A.false
B.false
C.false
D.false
3.一弹簧振子做简谐运动,它所受的回复力F随时间t变化的图象为正弦曲线,如图所示,下列说法正确的是(  )
A.在t从0到2
s时间内,弹簧振子做加速运动
B.在t从0到4
s时间内,t=2
s时刻弹簧振子所受回复力做功的功率最大
C.在t1=3
s和t2=5
s时,弹簧振子的速度大小相等,方向相反
D.在t2=5
s和t3=7
s时,弹簧振子的位移大小相等,方向相同
4.如图所示,小球m连着轻质弹簧,放在光滑水平面上,弹簧的另一端固定在墙上,O点为它的平衡位置,把m拉到A点,OA=1
cm,轻轻释放,经0.2
s运动到O点,如果把m拉到A′点,使OA′=2
cm,弹簧仍在弹性限度范围内,则释放后运动到O点所需要的时间为(  )
A.0.2
s
B.0.4
s
C.0.3
s
D.0.1
s
5.一个做简谐运动的弹簧振子,周期为false,振幅为false,已知振子从平衡位置第一次运动到false处所用的最短时间为false,从最大正位移处第一次运动到false所用的最短时间为false,那么false与false的大小关系正确的是(  )
A.false
B.false
C.false
D.无法判断
6.某质点做简谐运动。从该质点经过某一位置时开始计时,则(  )
A.当质点再次经过此位置时,经过的时间为一个周期
B.当质点的速度再次与零时刻的速度相同时,经过的时间为一个周期
C.当质点的加速度再次与零时刻的加速度相同时,经过的时间为一个周期
D.当质点经过的路程为振幅的4倍时,经过的时间为一个周期
7.关于弹簧振子的位置和路程,下列说法中正确的是(  )
A.运动一个周期,位置一定不变,路程一定等于振幅的4倍
B.运动半个周期,位置一定不变,路程一定等于振幅的2倍
C.运动false个周期,位置可能不变,路程一定等于振幅的3倍
D.运动一段时间位置不变时,路程一定等于振幅的4倍
8.一质点做简谐运动,它从最大位移处经0.3s第一次到达某点M处,再经0.2s第二次到达M点,则其振动频率为(  )
A.0.4Hz
B.0.8Hz
C.2.5Hz
D.1.25Hz
9.弹簧振子在A、B间做简谐运动,O为平衡位置,A、B间的距离是20cm,振子由A运动到B的时间是2s,如图所示,则(  )
A.从O→B→O振子做了一次全振动
B.振动周期为2s,振幅是10cm
C.从B开始经过6s,振子通过的路程是60cm
D.从O开始经过3s,振子处在平衡位置
10.一质点做简谐运动,先后以相同的速度依次通过A、B两点,历时1
s;质点通过B点后再经过1
s又第二次通过B点。在这2
s内质点通过的总路程为12
cm,则质点的振动周期和振幅分别是(  )
A.3
s,6
cm
B.4
s,6
cm
C.4
s,9
cm
D.2
s,8
cm
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A做简谐运动的位移false,物体B做简谐运动的位移false,则下列说法正确的是(  )
A.振幅是矢量,A的振幅是6
m,B的振幅是10
m
B.周期是标量,A、B周期相等,均为100
s
C.A振动的频率false等于B振动的频率false
D.A的相位始终超前B的相位false
12.某弹簧振子做周期为T的简谐运动,t时刻和t+Δt时刻速度相同,已知ΔtA.t时刻和t+Δt时刻位移相同
B.t时刻和t+Δt时刻加速度大小相等,方向相反
C.可能Δt>false
D.可能Δt13.劲度系数为k
的轻弹簧一端固定在倾角30°的足够长光滑斜面底端,另一端与质量为m的物块A相连,跨过定滑轮O的轻绳一端系住A,另一端与质量为m的球B相连,细线OA平行于斜面(如图所示),用手托住球B,使轻绳刚好伸直。现松手使球B从静止开始下落,
物块A将在斜面上做简谐运动,则下列说法正确的是(  )
A.物块A获得的最大速度为false
B.物块A获得的最大速度为false
C.物块A在斜面上做简谐运动的振幅为false
D.物块A在斜面上做简谐运动的振幅为false
三、填空题。本大题共4小题。
14.图中的四幅图象是用DIS通过声音传感器实录的振动图象。如果它们标度相同,则由图可知振动最强的是_______图,振动频率最高的是________图。
A.
B.
C.
D.
15.弹簧振子的位移—时间图像(x-t图像)
(1)用横坐标表示振子运动的______,纵坐标表示振子离开____位置的位移(x),描绘出的图像就是_____随_____变化的图像,即x-t图像,如图所示。
(2)振子的位移:振子相对_____位置的位移。
(3)图像的物理意义:反映了振子位置随时间变化的规律,它______(选填“是”或“不是”)振子的运动轨迹。
16.如图所示为一质点的振动图象,由图可知:该质点的振幅为________false,周期为________false;false时,质点的速率________(选填“最大”或“最小”),质点的加速度________(选填“最大”或“最小”);false时,质点的速率________(选填“最大”或“最小”),质点的加速度________(选填“最大”或“最小”)。
17.如图甲所示,一弹簧振子在A、B之间做简谐运动,O点为振子静止的位置,其振动图像如图乙所示,规定向右的方向为正方向,试根据图像分析以下问题:
(1)在t=0时刻,振子所处的位置为___________,正在向___________(选填“左”或“右”)方向运动。
(2)A、B两点间的距离为___________cm。
(3)在乙图中,振子在t=1s、t=2s和t=3s时所处的位置依次是___________、___________和___________。
(4)在t=2s时,振子的速度的方向与t=0时速度的方向___________。
(5)质点在前4s内的位移等于___________cm,其路程为___________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.有甲、乙两个简谐运动:甲的振幅为false,乙的振幅为false,它们的周期都是false,当false时甲的位移为false,乙的相位比甲落后false。请在同一坐标系中画出这两个简谐运动的位移—时间图像。
19.一水平弹簧振子做简谐运动,其位移时间关系如图所示。求:
(1)写出该简谐运动的表达式;
(2)t=0.25×10-2
s时的位移;
(3)从t=0到t=8.5×10-2
s的时间内,质点的路程、位移各为多大?
20.如图所示,一质点沿水平直线做简谐运动,先后以相同速度通过a、b两点,经历时间false,过b点后再经false质点第一次反向通过b点。O点为平衡位置,若在这两秒内质点所通过的路程是8cm,试求该质点的振动周期和振幅。
参考答案
1.C
【解析】一次全振动结束,各物理量刚好回到本次全振动开始时的值,从图像上来看,刚好完成一次周期性变化,所以只有t1~t4时间对应一次全振动。
故选C。
2.B
【解析】false时刻振子具有正向最大加速度,说明此时振子的位移是负向最大,则在位移公式
false
中,false,圆频率
false
故位移公式为
false
故选B。
3.D
【解析】A.在t从0到2
s时间内,弹簧振子所受的回复力增大,说明位移在增大,振子做减速运动,故A错误;
B.
t=2
s时刻弹簧振子所受的回复力最大,振子的速度为零,则回复力做功的功率为零,故B错误;
C.从图中可以看出,在t1=3
s和t2=5
s时,振子所受的回复力大小相等,可知振子的速度大小相等,方向相同,故C错误;
D.在t2=5
s和t3=7
s时,回复力大小相等,方向相同,则有弹簧振子的位移大小相等,方向相同,故D正确。
故选D。
4.A
【解析】不论将m由A点还是A′点释放,到达O点的时间都为四分之一个周期,即均为0.2s,其周期与振幅大小无关,只由振动系统本身决定,故A正确,BCD错误。
故选A。
5.B
【解析】根据振子远离平衡位置时速度减小,衡位置时速度增大,可知振子从平衡位置第一次以最短时间运动到false处的平均速度大于从最大正位移处第一次运动到false处的平均速度,而路程相等,则t1故选B。
6.D
【解析】A.若从最大位移处开始计时,当质点再次经过此位置时,经过的时间为一个周期,若从其他位置开始计时,则小于一个周期,故A错误;
B.当速度再次与零时刻的速度相同时,有可能是过关于平衡位置对称的两个点,故B错误;
C.当加速度再次与零时刻的加速度相同时,有可能是两次经过平衡位置一侧的某个点,故C错误;
D.根据简谐振动的特点可知,一个周期的路程为振幅的4倍。故D正确。
故选D。
7.A
【解析】A.运动一个周期,振子完成一次全振动,回到起始位置,故位置一定不变,路程是振幅的4倍,故A正确;
B.例如:振子从一端开始运动,经过半个周期,则振子恰好到达另一端点,位置变化,故B错误;
C.若从最大位移处与平衡位置之间的某点开始运动,运动false周期时由于速度不是均匀变化的,路程并不等于振幅的3倍,故C错误;
D.只有振子振动一个周期时,路程才等于振幅的4倍,例如:振子回到出发点,但速度反向,则不是一个周期,路程不等于振幅的4倍,故D错误。
故选A。
8.D
【解析】由题意知,从M位置沿着原路返回到起始最大位移处的时间也为0.3s,故完成一个全振动的时间为
T=0.3s+0.2s+0.3s=0.8s
故频率为
f=false=1.25Hz
故选D。
9.C
【解析】A.振子从O→B→O只完成半个全振动,A错误;
B.从A→B振子也只完成了半个全振动,半个全振动的时间是2s,所以振动周期是4s,振幅是振动物体离开平衡位置的最大距离,振幅A=10cm,B错误;
C.由于t=6s=falseT,所以振子经过的路程为4A+2A=6A=60cm,C正确;
D.从O开始经过3s,振子经过false
个周期,则其处在位置A或B,D错误;
故选C。
10.B
【解析】由题可知,A、B两点关于平衡位置对称,所以质点先后以相同的速度依次通过A、B两点,然后再次通过B点,所经历的时间为半个周期,经历的距离为两倍振幅,即周期为4s、振幅为6cm。
故选B。
11.CD
【解析】A.振幅是标量,A、B的振动范围分别是6m、10m,但振幅分别为3m、5m,A错误;
B.振动周期
false
B错误;
C.因为false,故false,C正确;
D.两物体振动的相位差
false
D正确。
故选CD。
12.BCD
【解析】A.因弹簧振子在t时刻和t+Δt时刻速度相同,可知两个时刻振子的位置关于平衡位置对称,则t时刻和t+Δt时刻位移大小相等,方向不相同,故A错误;
B.因两个时刻振子的位置关于平衡位置对称,可知t时刻和t+Δt时刻加速度大小相等,方向相反,故B正确;
CD.由振子的运动规律可知,Δt可能大于、小于或等于false,故C、D正确。
故选BCD。
13.BC
【解析】CD.用手托住球B时,弹簧处于压缩状态,据胡克定律有
false
可解得压缩量false,松手使球B从静止开始下落,平衡时弹簧处于伸长状态,据平衡条件可得
false
可解得伸长量false,故物块A在斜面上做简谐运动的振幅为
false
C正确,D错误;
AB.到达平衡位置时,物体A获得最大速度,对A、B及弹簧组成的系统由机械能守恒定律得
false
可解得false,A错误,B正确。
故选BC。
14.D
B
【解析】[1]D图中振动的振幅最大,故振动最强。
[2]B图中单位时间内完成全振动的次数最多,所以振动频率最高。
15.时间(t)
平衡
位移
时间
平衡
不是
【解析】略
16.5
0.8
最小
最大
最大
最小
17.O点

6
B点
O点
A点
相反
0
12
18.见解析
【解析】由题意可知,甲的振幅为2cm,乙的振幅为3cm,周期相同;t=0时刻时,甲处于最大位移处;乙的相位比甲落后八分之一个周期;故图象如图所示;
19.(1)false;(2)-1.414
cm;(3)34
cm,2
cm
【解析】(1)由图像知
A=2
cm,T=2×10-2
s,φ=false

false=100π
rad/s
则表达式为
false
(2)把t=0.25×10-2
s代入表达式得
false
(3)时间为
false
所以通过的路程为
false
把t=8.5×10-2
s代入表达式得
false
即此时质点在平衡位置,这段时间内的位移大小为
false
20.false,false
【解析】简谐运动是以平衡位置为中心的对称运动,因为通过a、b两点时的速度相同,根据简谐运动的对称性,可知质点从b点返回a点所用的时间必与从a点到b点所用的时间相同,即
false
质点从a点经最左端位置d再返回a点所用的时间tada必与质点从b点经最右端位置c再返回b点所用的时间tbcb相等,即
false
综上所述,质点的振动周期为
false
由题图和简谐运动的对称性可知,质点在一个周期内通过的路程为
false
所以质点的振幅为
false