第二章机械振动第四节单摆课后练习A2021_2022学年高二物理上学期(人教版2019选择性必修第一册)
练习
一、单选题,共10小题
1.单摆的振动图像如图所示,单摆的摆长为( ).
A.0.4m B.0.8m C.1.0m D.9.8m
2.一个单摆在海平面上的振动周期是T0,把它拿到海拔高度很高的山顶上,该单摆的振动周期变为T,关于T与T0的大小关系,下列说法中正确的是( )
A.TT0 B.TT0
C.TT0 D.无法比较T与T0的大小关系
3.如图所示,乙图图像记录了甲图单摆摆球的动能、势能和机械能随摆球位置变化的关系,下列关于图像的说法正确的是( )
A.a图线表示势能随位置的变化关系
B.b图线表示动能随位置的变化关系
C.c图线表示机械能随位置的变化关系
D.图像表明摆球在势能和动能的相互转化过程中机械能不变
4.如图所示,房顶上固定一根长2.5m的细线沿竖直墙壁垂到窗沿下,细线下端系了一个小球(可视为质点)。打开窗子,让小球在垂直于窗子的竖直平面内小幅摆动,窗上沿到房顶的高度为1.6m,不计空气阻力,g取10m/s2,则小球从最左端运动到最右端的最短时间为( )
A.0.2πs B.0.4πs C.0.6πs D.0.8πs
5.两个相同的单摆静止于平衡位置,使摆球分别以水平初速v1、v2(v1>v2)在竖直平面内做小角度摆动,它们的频率与振幅分别为f1,f2和A1,A2,则( )
A.f1>f2,A1=A2 B.f1
C.f1=f2,A1>A2 D.f1=f2,A16.图甲为生活中常见的一种摆钟,图乙为摆钟内摆的结构示意图,圆盘固定在摆杆上,螺母可以沿摆杆上下移动。在龙岩走时准确的摆钟移到北京,要使摆钟仍然走时准确,则( )
A.因摆钟周期变大,应将螺母适当向上移动
B.因摆钟周期变大,应将螺母适当向下移动
C.因摆钟周期变小,应将螺母适当向上移动
D.因摆钟周期变小,应将螺母适当向下移动
7.如图所示,光滑圆弧轨道的半径为2 m,C点为圆心正下方的点,A、B两点与C点的距离分别为6 cm与2 cm,a、b两直径相同的小球分别从A、B两点由静止同时释放,则两小球相碰的位置是( )
A.C点 B.C点右侧 C.C点左侧 D.不能确定
8.下图为同一实验中甲、乙两个单摆的振动图象,从图象可知甲、乙摆长之比为
A.1:2
B.2:1
C.1:1
D.2:3
9.如图甲所示,一单摆悬挂在拉力传感器上。让单摆在竖直面内做小角度摆动,拉力传感器显示绳子拉力的大小随时间的变化图像如图乙所示,已知当地的重力加速度为,则根据图乙中的数据可知( )
A.此单摆的周期
B.此摆球的质量为
C.此单摆的摆长
D.在时刻摆球的回复力最小
10.如图所示,将小球甲、乙、丙(都可视为质点)分别从A、B、C三点由静止同时释放,最后都到达竖直面内圆弧的最低点D,其中甲是从圆心A出发做自由落体运动,乙沿弦轨道从一端B到达最低点D,丙沿圆弧轨道从C点运动到D,且C点很靠近D点,如果忽略一切摩擦阻力,那么下列判断正确的是( )
A.丙球最先到达D点,乙球最后到达D点
B.甲球最先到达D点,乙球最后到达D点
C.甲球最先到达D点,丙球最后到达D点
D.甲球最先到达D点,无法判断哪个球最后到达D点
二、多选题,共5小题
11.在图甲中,力传感器固定在O点,将单摆悬挂在传感器上,摆球在竖直面内的A、C之间来回摆动,乙图表示细线对摆球的拉力大小F随时间t变化的曲线,g取10m/s2。根据这些信息,可以求出的物理量有( )
A.摆球的质量
B.单摆的频率
C.单摆的摆长
D.摆球的最大速度
12.单摆是实际摆的理想化模型,关于单摆的周期下列说法正确的是( )
A.摆球的质量越大,周期就越大
B.摆长越长,周期越大
C.将单摆由上海运到北京周期会发生变化
D.周期为2秒的摆叫做秒摆
13.如图是同一地点质量相同的两单摆甲、乙的振动图像,下列说法中正确的是( )
A.甲、乙两单摆的摆长相等
B.甲摆的机械能比乙摆大
C.在t=1.2 s时,乙摆在做减速运动,甲摆在做加速运动
D.由图像可以求出当地的重力加速度
14.关于单摆,下列说法中正确的是( )
A.单摆摆球的回复力指向平衡位置
B.摆球经过平衡位置时加速度为零
C.摆球运动到平衡位置时,所受回复力等于零
D.摆角很小时,摆球所受合力的大小跟摆球相对平衡位置的位移大小成正比
15.如图所示,有一个摆长为l的单摆,现将摆球A拉离平衡位置一个很小的角度,然后由静止释放,A摆至平衡位置P时,恰与静止在P处的B球发生碰撞,碰后A继续向右摆动,B球以速度v沿光滑水平面向右运动,与右侧的墙壁碰撞后以原速率返回,当B球重新回到位置P时能与A再次相遇,则位置P与墙壁间的距离d可能为( )
A. B.
C. D.
三、填空题,共3小题
16.一根细绳剪成两段,分别做成两个单摆,测得它们做简谐运动的周期分别为和,那么这根细绳不剪开时做成的单摆,做简谐运动的周期应是____________.
17.如图所示,一细绳的上下端都系着一个小球,把上端的小球固定起来,构成一个单摆,将该单摆做小幅度摆动,测得摆动周期为T;如果使这两个小球都带上正电荷,再让这个单摆做小幅度摆动,测得此时摆动周期为.比较这两个摆动周期应该有________T(选填“>”“=”或“<”).
18.一个摆长为l的单摆,摆球质量为m,带负电,电荷量为q.如果此单摆在电场强度为E、方向竖直向下的匀强电场中做简谐振动,此时这个单摆的振动周期________.
四、解答题,共2小题
19.甲、乙两个单摆在同一地点做简谐运动,当甲摆振动20次时,乙摆振动了40次。求甲、乙两摆的振动周期之比和摆长之比。
20.周期是的单摆叫秒摆,秒摆的摆长是多少?把一个地球上的秒摆拿到月球上去,已知月球上的自由落体加速度为,它在月球上做50次全振动要用多少时间?
试卷第1页,共3页
参考答案
1.D
【详解】
周期为完成一次全振动的时间,从图象看出,完成一次全振动时间为s,所以周期T= s。根据,可得:
A.。故A不符合题意。
B.。故B不符合题意。
C.。故C不符合题意。
D.。故D符合题意。
故选D。
2.B
【详解】
单摆的周期公式,其放在高度很高的山顶上,重力加速度变小,其振动周期一定大,即
故ACD错误,B正确。
故选B。
3.D
【详解】
A.单摆摆动过程中,只有重力做功,机械能守恒,在A、C两点动能最小,势能最大,故a图线表示动能随位置的变化关系,故A错误;
B.单摆动过程中,只有重力做功,机械能守恒,在A、C两点动能最小,势能最大,故b线表示重力势能随位置的变化关系,故B错误;
CD.单摆摆动过程中,只有重力做功,机械能守恒,故c线表示摆球在势能和动能的相互转化过程中机械能不变,故C错误,D正确。
故选D。
4.B
【详解】
由单摆周期公式知
小球从最左端运动到最右端的最短时间为
故B正确,ACD错误。
故选B。
5.C
【详解】
根据单摆周期公式
相同的单摆,L相同,则T周期相同,根据频率
所以频率相同,即f1=f2。根据机械能守恒得,速度大者摆角大,则振幅也大,所以,故ABD错误,C正确。
故选C。
6.D
【详解】
由龙岩到北京,重力加速度变大,因可知周期变小,则要使周期不变小,则应增加摆长,即将螺母适当向下移动。
故选D。
7.A
【详解】
根据题目的信息知两球运动都可以看做单摆的运动,根据
可知周期相同,所以到达平衡位置C的时间相同,即相遇点为C。
故选A。
8.C
【详解】
由图像可知,根据 可知甲、乙摆长之比为1:1;
A.1:2,与结论不相符,选项A错误;
B.2:1,与结论不相符,选项B错误;
C.1:1,与结论相符,选项C正确;
D.2:3,与结论不相符,选项D错误;
9.C
【详解】
A.摆球运动到最低点时,由重力和绳子拉力的合力提供向心力,所以摆球运动到最低点时,绳子拉力最大,则此单摆的周期为
故A错误;
B.摆球运动到最低点时,由重力和绳子拉力的合力提供向心力,则有
此摆球的质量为
故B错误;
C.根据单摆周期公式
可得此单摆的摆长
故C正确;
D.单摆的回复力是重力沿摆球运动轨迹切向的分力提供,摆球运动到最低点时,摆球的回复力最小,所以在时刻摆球的回复力最小,在时刻摆球的回复力最大,故D错误。
故选C。
10.B
【详解】
A点,AD距离为r,加速度为g,时间;B点,设,BD距离为,加速度为,时间;C点,简谐振动,周期,时间,明显,甲球最先到达D点,乙球最后到达D点,B正确.
11.BC
【详解】
由图可知单摆振动的周期T=0.4πs,根据可得频率;根据可求解摆;由图中得出摆球到达最低点时绳子拉力的最大值为Fm=0.510N;根据
可知小球的重力和到达最低点的最大速度均不能求出。
故选BC。
12.BCD
【详解】
AB.根据单摆的周期可知,单摆的周期与摆球质量无关,摆长越长,周期越大,故A错误,B正确;
C.由于上海与北京的重力加速度不同,根据单摆的周期可知,将单摆由上海运到北京周期会发生变化,故C正确;
D.周期为2s的单摆叫做秒摆,故D正确。
故选BCD。
13.ABC
【详解】
A.由图看出,两个单摆的周期相同,同一地点g相同,由单摆的周期公式得知,甲、乙两单摆的摆长L相等,故A正确。
B.甲摆的振幅比乙摆大,两摆的摆长相等,质量也相等,可知甲摆的机械能比乙摆大,故B正确;
C.在t=1.2 s时,乙摆向位移最大位置运动,则在做减速运动,甲摆向平衡位置运动,则在做加速运动,选项C正确;
D.根据单摆的周期公式可知,知道单摆的振动周期,但是摆长未知,则无法求出当地的重力加速度,故D错误。
故选ABC。
14.AC
【详解】
A.根据回复力的特点可知摆球受到的回复力方向总是指向平衡位置,故A正确;
B.摆球经过平衡位置时,由于做圆周运动,故存在向心加速度,故B错误;
C.摆球运动到平衡位置时,回复力等于零,故C正确;
D.摆角很小时,摆球所受回复力的大小跟摆球对平衡位置的位移大小成正比,而不是合力的大小跟摆球对平衡位置的位移大小成正比,故D错误。
故选AC。
15.BD
【详解】
摆球A做简谐运动,当其与B球发生碰撞后速度改变,但是摆动的周期不变.而B球做匀速直线运动,再次相遇的条件为B球来回所需要的时间为单摆半周期的整数倍.
B球运动时间
(n=1,2,3……)①
B球做匀速直线运动,运动时间
②
单摆周期公式
③
联立①②③解得
(n=1,2,3……)
当n=1时
当n=2时
当n=3时
故BD正确,AC错误。
故选BD。
16.
【详解】
根据单摆的周期公式:
则有:
据题有:
L1+L2=L
联立以上各式解得:
17.=
【详解】
[1].单摆振动的回复力等于重力沿切线方向的分量;当这两个小球都带上正电荷时,摆球所受的库仑力的方向沿摆线方向向下,此力的方向与摆球回复力的方向垂直,则摆球所受的回复力不变,则摆球的周期不变,即T′=T.
18.
【详解】
[1]处于竖直向下的匀强电场中的摆球,竖直方向受到的合力:
合
摆球在摆动的过程中等效重力加速度大小为:
根据单摆周期公式可得此时这个单摆的振动周期:
19.周期之比2:1,摆长之比为4:1
【详解】
设甲、乙摆动所用时间为t,则甲的振动周期为,乙的振动周期为,故甲、乙的周期之比为2:1,由单摆周期公式可得
故摆长之比为4:1。
20.0.99m,
【详解】
根据周期公式 可得
代入解得
秒摆搬到月球上,其与地球上的秒摆的周期关系为
50次全振动所用的时间为
答案第1页,共2页
答案第1页,共2页