2.1 简谐运动 同步课时训练（Word版含答案）

2021-2022年高二物理选择性必修第一册同步课时训练
2.1 简谐运动
一、单选题。本大题共8小题，每小题只有一个选项符合题意。
1．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
2．如图所示为一个水平方向的弹簧振子，小球在间做简谐运动，是平衡位置。关于小球的运动情况，下列描述正确的是（ ）
A．小球经过点时速度为零
B．小球经过点与点时有相同的加速度
C．小球从点向点运动过程中，加速度增大，速度增大
D．小球从点向点运动过程中，加速度增大，速度减小
3．一简谐运动的图象如图所示,在0.1~0.15s 这段时间内 (　 　)
A．加速度增大,速度变小,加速度和速度的方向相同
B．加速度增大,速度变小,加速度和速度的方向相反
C．加速度减小,速度变大,加速度和速度的方向相反
D．加速度减小,速度变大,加速度和速度的方向相同
4．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
5．对水平弹簧振子，下列说法正确的是(　　)
A．每次通过同一位置时，其速度不一定相同，但加速度一定相同
B．通过平衡位置时，速度为零，加速度最大
C．每次通过平衡位置时，加速度相同，速度也一定相同
D．若位移为负值，则速度一定为正值，加速度也一定为正值
6．如图所示，一弹簧振子在一条直线上做简谐运动，第一次先后经过M、N两点时速度v（v≠0）相同，那么，下列说法正确的是
A．振子在M、N两点所受弹簧弹力相同
B．振子在M、N两点对平衡位置的位移相同
C．振子在M、N两点加速度大小相等
D．从M点到N点，振子先做匀加速运动，后做匀减速运动
7．一个弹簧振子沿x轴做简谐运动，取平衡位置O为x轴坐标原点．从某时刻开始计时，经过四分之一的周期，振子具有沿x轴正方向的最大加速度．能正确反映振子位移x与时间，关系的图像是( )
A．B．C．D．
8．如图所示为某一质点在0～4s内的振动图像，下列叙述中正确的是（　　）
A．该质点2.5s时向正方向运动
B．该质点2.5s时加速度方向为负方向
C．该质点2s时加速度最大，且方向为负方向
D．该质点1s时加速度最大，且方向为负方向
二、多选题。本大题共4小题，每小题有两项或以上符合题意。
9．如图所示为某简谐运动的图像，若t＝0时，质点正经过O点向b运动，则下列说法正确的是(　　)．
A．质点在0.7 s时，正在远离平衡位置运动
B．质点在1.5 s时的位移最大
C．1.2 s到1.4 s，质点的位移在增大
D．1.6 s到1.8 s，质点的位移在增大
10．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
11．关于机械振动的位移和平衡位置，以下说法中正确的是（　　）
A．做机械振动的物体必有一个平衡位置
B．机械振动的位移总是以平衡位置为起点的位移
C．机械振动的物体运动的路程越大，发生的位移也越大
D．机械振动的位移是指振动物体偏离平衡位置最远时的位移
三、填空题。本大题共4小题。
12．弹簧振子
（1）机械振动：物体或物体的一部分在一个位置附近的_____运动，简称振动。
（2）弹簧振子：_____和弹簧组成的系统。
13．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。
14．（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。
15．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”）。
四、解答题。本大题共4小题，解答过程必修有必要的文字说明，公式和解题过程。
16．如图所示，一个质量m＝1kg的小球装在轻质弹簧的一端，弹簧的另一端固定，该弹簧的劲度系数k＝100N/m，小球穿在光滑杆上，能够自由滑动．不加任何外力作用时，小球静止在O点位置．现将小球向右拉至A点，然后由静止释放，小球将做简谐运动，B点是小球向左运动的最远距离．其中OA＝10cm，小球运动到A点时弹簧的弹性势能为0.5J，不计其他阻力．求：
（1）小球在B点的位移大小和加速度大小；
（2）小球在振动过程中的最大速度大小．
17．一个质点做简谐运动，先后以相同的速度依次通过A、B两点，历时，质点通过B点后，再经过又第二次通过B点，求质点多久后第三次通过B点。
参考答案
1．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。
2．D
【解析】A．在平衡位置速度最大，故A错误；
B．小球经过点与点时位移等大，反向；根据，小球经过点与点时有相等的加速度，但方向相反，故B错误；
C．小球从点向点运动过程中，位移减小，根据，加速度减小，但速度增加，故C错误；
D．小球从点向点运动过程中，远离平衡位置，速度减小，加速度增加，故D正确。
故选D。
3．B
【解析】由图象可知，在t=0.1 s时，质点位于平衡位置，t=0.15 s时，质点到达负向最大位移处，因此在t=0.1~0.15 s这段时间内，质点刚好处于由平衡位置向负向最大位移处运动的过程中，其位移为负值，且数值增大，速度逐渐减小，而加速度逐渐增大，为加速度逐渐增大的减速运动，故加速度方向与速度方向相反，因此选项B正确．
4．A
【解析】A．由图可知时，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，振幅，由图像函数
可知，当时，
振子在O点右侧处，B错误；
C．由图像可知和，振子分别在B、A两点，加速度大小相同，方向相反，C错误；
D．到的时间内，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。
5．A
【解析】A．弹簧振子的运动具有重复性，经过任意位置（除最大位移处）速度有来回两个相反的方向，所以经过同一位置速度不一定相同，但加速度一定相同，故A正确；
B．振子每次通过平衡位置时，速度最大，加速度为零，故B错误；
C．振子每次通过平衡位置时，加速度为零，故相同；但速度有两个相反的方向，不一定相同，故C错误；
D．若位移为负值，则速度可正可负还可以为零，故D错误。
故选A。
6．C
【解析】B．因M、N两点的速度大小相同，则M、N两点关于O点对称，故振子在M、N两点对平衡位置的位移大小相同，方向相反，选项B错误；
A．根据F=-kx可知，振子在M、N两点所受弹簧弹力大小相同，方向相反，选项A错误；
C．由牛顿第二定律可知振子在M、N两点加速度大小相等，选项C正确；
D．从M点到N点，由于弹力的大小不断变化，故振子先做变加速运动，后做变减速运动，选项D错误；
故选C。
7．A
【解析】某一时刻作计时起点（），经周期，振子具有正方向最大加速度，则其位移为负方向最大，说明时刻质点经过平衡位置向负方向运动，故A正确，BCD错误．
8．D
【解析】A．根据振动图像切线的斜率表示速度，知t=2.5s时图线切线的斜率为负，速度为负，说明该质点2.5s时向负方向运动，故A错误；
B．t=2.5s时位移方向为负方向，加速度的方向与位移方向相反，所以加速度方向为正方向，故B错误；
C．该质点2s时位移为零，加速度为零，故C错误；
D．该质点1s时位移最大，且方向为正方向，加速度最大，且方向为负方向，故D正确。
故选D。
9．BC
【解析】由于位移是指由平衡位置指向质点所在位置的有向线段，故质点在0.7 s时的位移方向向右，且正在向平衡位置运动，所以A项错误；质点在1.5 s时的位移到达最大；质点在1.2 s到1.4 s过程中，正在远离平衡位置，所以其位移在增加；1.6 s到1.8 s时间内，质点正向平衡位置运动，所以其位移正在减小，故D项错误．
10．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。
11．AB
【解析】A．物体在平衡位置附近的往复运动叫机械振动，故A正确；
BCD．机械振动的位移是以平衡位置为起点指向振动物体所在位置的有向线段，位移随时间而变，振动物体偏离平衡位置最远时，振动物体的位移最大，故B正确，CD错误。
故选AB。
12．往复 小球（或物体）
【解析】略
13．时间（t） 平衡 位移 时间 平衡 不是
【解析】略
14．正弦函数 正弦 简谐运动 位移 时间 正弦 位移
【解析】略
15．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。
16．（1）0.1m，10 m/s2；（2）1m/s
【解析】（1）因为振子在做简谐振动，A、B两点关于O点对称．
振子在B点的位移
x＝OB＝OA＝10 cm＝0.1m
在B点受力分析可得
FB＝kx＝ma
解得
a＝10 m/s2
（2）振子在O点合力为0，因此在O点速度最大．简谐运动过程中机械能守恒，由A运动到O的过程中，弹性势能转化为动能
可得
解得
v=1m/s
17．
【解析】根据简谐运动的对称性和题意，可画出答图，其中M、N点所在位置为质点的最大位移处
则
故质点第三次通过B点还需要的时间