2.1简谐运动 学科素养提升练（word版含答案）
文档属性
| 名称 | 2.1简谐运动 学科素养提升练（word版含答案） |  | |
| 格式 | docx | ||
| 文件大小 | 201.4KB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2022-01-22 04:13:53 | ||
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文档简介
2.1简谐运动 学科素养提升练（解析版）
一、选择题
1．物体做简谐运动时，下列叙述正确的是（ ）
A．物体到达平衡位置时，合力一定为零
B．平衡位置就是回复力为零的位置
C．每次通过同一位置时，位移、速度和加速度一定相同
D．简谐运动的图像表示质点振动的轨迹
2．下列运动可以看成机械振动的是
A．秋风中树叶下落
B．声带发声
C．音叉被移动
D．火车沿斜坡行驶
3．如图所示，竖直轻质弹性绳上端固定，原长状态时下端在P点。现取来一块带有小孔的薄板，使小孔处在P点，并将绳下端穿过小孔悬挂一个质量为m的小球，小球静止时位于O点。现将小球拉至与O点等高的A点静止释放，B为A点的对称点，不计一切阻力且弹性绳始终遵循胡克定律。则关于小球释放之后的运动，下列说法正确的是（ ）
A．小球将沿直线在A、B之间来回运动
B．小球将沿曲线在A、B之间来回运动
C．小球经过P点正下方时绳子拉力大于mg
D．小球的运动不是简谐运动
4．装有砂粒的试管竖直静浮于水面，如图所示，将试管竖直提起少许，然后由静止释放并开始计时，在一定时间内试管在竖直方向近似做简谐运动，若取竖直向上为正方向，则以下描述试管振动的图像中可能正确的是（ ）
A． B．
C． D．
5．某弹簧振子沿x轴的简谐运动图像如图所示，下列描述正确的是（ ）
A．时，振子的速度为零
B．时，振子的速度为负，但不是最大值
C．时，振子的速度为负的最大值
D．时，振子的速度为正，但不是最大值
6．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
7．图为一质点做简谐运动的位移随时间变化的图像，由图可知，在t=4 s时刻，质点的 （ ）
A．速度为零，位移为正的最大值
B．速度为零，位移为负的最大值
C．加速度为正的最大值，位移为零
D．加速度为负的最大值，位移为零
8．简谐运动是下列哪一种运动（ ）
A．匀变速运动 B．变加速运动 C．匀速运动 D．匀加速运动
9．弹簧振子在振动过程中
A．速度最大时，加速度为零
B．速度最大时，加速度也最大
C．速度减小时，加速度也减小
D．速度与加速度的方向始终相反
10．水平方向的弹簧振子做简谐运动，某段时间内加速度增大，则该段时间内（ ）
A．速度增大，位移增大 B．速度减小，位移增大
C．速度增大，位移减小 D．速度减小，位移减小
11．如图所示，将一轻弹簧竖直固定在水平地面上，质量为m的小球从弹簧上端由静止释放，小球沿竖直方向向下运动的过程中，弹簧始终保持在弹性限度内，重力加速度为g，下列说法正确的是（ ）
A．当小球速度为零时，小球的加速度大小大于g
B．小球的加速度随位移均匀变化
C．小球的重力势能与弹簧的弹性势能之和保持不变
D．小球、地球组成的系统机械能守恒
12．某弹簧振子的振动图象如图所示．根据图象判断，下列说法正确的是( )
A．第1 s内振子相对于平衡位置的位移与速度方向相反
B．第2 s末振子相对于平衡位置的位移为－20 cm
C．第2 s末和第3 s末振子相对于平衡位置的位移均相同，但瞬时速度方向相反
D．第1 s内和第2 s内振子相对于平衡位置的位移方向相同，瞬时速度方向相反
13．如图所示为某物体做简谐运动的图像，下列说法中正确的是（ ）
A．由位移在增大 B．由速度在增大
C．由位移是先减小后增大 D．由位移始终减小
14．如图所示，弹簧下端悬挂一钢球，上端固定，它们组成一个振动的系统．用手把钢球向上托起一段距离，然后释放，钢球便上下振动起来，若以竖直向下为正方向，下列说法正确的是( )
A．钢球的最低处为平衡位置
B．钢球原来静止时的位置为平衡位置
C．钢球振动到距原静止位置下方3 cm处时位移为3 cm
D．钢球振动到距原静止位置上方2 cm处时位移为2 cm
15．下列关于弹簧振子的说法中，正确的是（ ）
A．任意的弹簧和任意的小球都可以构成弹簧振子
B．弹簧振子中小球的振动范围不能超出弹簧的弹性限度
C．弹簧振子中小球的体积不能忽略
D．弹簧振子的小球一旦振动起来就不能停下
二、解答题
16．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？
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．B
【详解】
AB．当物体运动到平衡位置时，其位移为零，根据F=-kx可知，物体的回复力为零，但合外力不一定为零，例如单摆运动中的小球到达最低点时，其合力竖直向上，不等于零，故A错误，B正确；
C．物体每次经过同一位置时，速度方向不一定相同，则速度不一定相同，故C错误；
D．简谐运动的图象不表示质点振动的轨迹，例如水平的弹簧振子中的振子，其运动轨迹是直线，但是简谐运动的图象是曲线，故D错误。
故选：B。
2．B
【详解】
根据机械振动的定义：物体在平衡位置附近所做的往复运动，叫做机械振动，通常简称为振动。
A．秋风中树叶落下不是在其平衡位置附近作往复运动。故A不符合题意。
B．声带带的振动发出声音是在其平衡位置附近的振动。故B符合题意。
CD．音叉被移动、火车沿斜坡行驶都是单方向的运动，不是在其平衡位置附近的振动。故CD不符合题意。
3．A
【详解】
设PO=h，则
设某时刻弹性绳与竖直方向的夹角为θ，此时球离开O点的距离为x,则弹力的竖直分量
可知合力方向水平，小球将沿直线在A、B之间来回运动；小球受大小为
满足简谐振动的F=-kx的特征，则球的运动是简谐振动；小球经过P点正下方时绳子拉力等于mg。
故选A。
4．D
【详解】
试管在竖直方向上做简谐运动，平衡位置是在重力与浮力相平衡的位置，取竖直向上为正方向，开始计时时向上提起的距离，就是其偏离平衡位置的位移，在平衡位置上方为正向最大位移，之后位移—时间关系图像是余弦曲线。
故选D。
5．A
【详解】
AC．由题图可知，和时振子在最大位移处，速度为零，故选项A正确，C错误；
BD．和时振子在平衡位置，速度分别为负向最大值和正向最大值，故BD错误。
故选A。
6．B
【详解】
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。
7．A
【详解】
在t=4 s时，质点的位移为正向最大，质点的速度为零，而加速度方向总是与位移方向相反，大小与位移大小成正比，则加速度为负向最大值。故A正确，BCD错误。
故选A。
8．B
【详解】
根据简谐运动的特征
可知物体的加速度大小和方向随位移的变化而变化，位移作周期性变化，加速度也作周期性变化，所以简谐运动是变加速运动，故B正确。
故选B。
9．A
【详解】
AB．速度最大时，弹簧振子处于平衡位置，回复力为零，加速度为零，故A正确，B错误；
C．弹簧振子由平衡位置向最大位移处运动过程中，速度减小，加速度增大，故C错误；
D．弹簧振子由位移最大处向平衡位置运动时，速度与加速度方向相同，故D错误。
故选A．
10．B
【详解】
水平方向的弹簧振子做简谐运动，在振动过程中，加速度数值越来越大，说明振子离开平衡位置，位移数值越来越大，速度越来越小，故B正确，ACD错误。
故选B。
11．B
【详解】
A．无初速释放小球，在开始时小球的加速度大小等于重力加速度g的大小，根据简谐运动的对称性知小球运动到最低点时加速度大小也为重力加速度g的大小，方向竖直向上，故A错误；
B．小球从无初速度释放到重力与弹力相等的位置过程中，弹簧的弹力小于重力，合力向下，根据牛顿第二定律
可得
过平衡位置到速度为零的过程中，弹簧的弹力大于重力，合力向上，根据牛顿第二定律
解得
由此可知小球的加速度随位移均匀变化，故B正确；
C．小球从无初速度释到速度为零的过程中，弹簧的弹力先小于重力，合力向下，小球做加速运动，弹力逐渐增大，合力减小，加速度减小。后来弹簧的弹力大于重力，合力向上，小球做减速运动，随着弹力的增大，合力增大，加速度增大，所以，其速度先增大后减小，即小球的动能先增大后减小，因在下落过程中，小球与弹簧组成的系统机械能守恒，所以小球的重力势能与弹簧弹性势能之和先减小后增大，故C错误；
D．小球与弹簧接触后向下运动过程，除重力做功外，弹簧的弹力对小球做负功，小球机械能减小，小球、地球组成的系统的机械能不守恒，故D错误。
故选B。
12．D
【详解】
由图知，第1s内振子远离平衡位置的向正的最大位移方向运动，位移与速度方向相同．故A错误．质点振在第2s末回到平衡位置，位移是0．故B错误．质点第2s末的位移是0，第3s末振子相对于平衡位置的位移是负的最大．故C错误．由图可得，第1s内和第2s内振子相对于平衡位置的位移方向相同，第1s内远离平衡位置运动，第2s内向着平衡位置运动，所以瞬时速度方向相反．故D正确．
13．AC
【详解】
AB．物体经过平衡位置向正方向运动，先后经过P、Q两点，故位移增大，速度减小，A正确，B错误；
CD．物体从正方向最大位移处向负方向运动，先后经过M、N两点，且N点在平衡位置另一侧，故从位移先减小后增大，C正确，D错误。
故选AC。
14．BC
【详解】
AB．钢球在竖直方向做简谐运动，平衡位置为重力和弹簧弹力相等的位置，即钢球原来静止的位置为平衡位置，故A错误，B正确；
CD．振子的位移为相对平衡位置的位移，且以竖直向下为正方向，钢球振动到距原静止位置下方3cm时的位移为3cm；钢球振动到原静止位置上方2cm处时的位移为-2cm，故C正确，D错误。
故选BC。
15．BD
【详解】
理想弹簧振子中弹簧的质量可以忽略，小球体积忽略不计，可视为质点，不计摩擦阻力，小球一旦振动起来将不会停下来，而小球振动时，弹簧不能超出弹性限度。
故选BD。
16．（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
【详解】
略
17．
【详解】
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
一、选择题
1．物体做简谐运动时，下列叙述正确的是（ ）
A．物体到达平衡位置时，合力一定为零
B．平衡位置就是回复力为零的位置
C．每次通过同一位置时，位移、速度和加速度一定相同
D．简谐运动的图像表示质点振动的轨迹
2．下列运动可以看成机械振动的是
A．秋风中树叶下落
B．声带发声
C．音叉被移动
D．火车沿斜坡行驶
3．如图所示，竖直轻质弹性绳上端固定，原长状态时下端在P点。现取来一块带有小孔的薄板，使小孔处在P点，并将绳下端穿过小孔悬挂一个质量为m的小球，小球静止时位于O点。现将小球拉至与O点等高的A点静止释放，B为A点的对称点，不计一切阻力且弹性绳始终遵循胡克定律。则关于小球释放之后的运动，下列说法正确的是（ ）
A．小球将沿直线在A、B之间来回运动
B．小球将沿曲线在A、B之间来回运动
C．小球经过P点正下方时绳子拉力大于mg
D．小球的运动不是简谐运动
4．装有砂粒的试管竖直静浮于水面，如图所示，将试管竖直提起少许，然后由静止释放并开始计时，在一定时间内试管在竖直方向近似做简谐运动，若取竖直向上为正方向，则以下描述试管振动的图像中可能正确的是（ ）
A． B．
C． D．
5．某弹簧振子沿x轴的简谐运动图像如图所示，下列描述正确的是（ ）
A．时，振子的速度为零
B．时，振子的速度为负，但不是最大值
C．时，振子的速度为负的最大值
D．时，振子的速度为正，但不是最大值
6．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
7．图为一质点做简谐运动的位移随时间变化的图像，由图可知，在t=4 s时刻，质点的 （ ）
A．速度为零，位移为正的最大值
B．速度为零，位移为负的最大值
C．加速度为正的最大值，位移为零
D．加速度为负的最大值，位移为零
8．简谐运动是下列哪一种运动（ ）
A．匀变速运动 B．变加速运动 C．匀速运动 D．匀加速运动
9．弹簧振子在振动过程中
A．速度最大时，加速度为零
B．速度最大时，加速度也最大
C．速度减小时，加速度也减小
D．速度与加速度的方向始终相反
10．水平方向的弹簧振子做简谐运动，某段时间内加速度增大，则该段时间内（ ）
A．速度增大，位移增大 B．速度减小，位移增大
C．速度增大，位移减小 D．速度减小，位移减小
11．如图所示，将一轻弹簧竖直固定在水平地面上，质量为m的小球从弹簧上端由静止释放，小球沿竖直方向向下运动的过程中，弹簧始终保持在弹性限度内，重力加速度为g，下列说法正确的是（ ）
A．当小球速度为零时，小球的加速度大小大于g
B．小球的加速度随位移均匀变化
C．小球的重力势能与弹簧的弹性势能之和保持不变
D．小球、地球组成的系统机械能守恒
12．某弹簧振子的振动图象如图所示．根据图象判断，下列说法正确的是( )
A．第1 s内振子相对于平衡位置的位移与速度方向相反
B．第2 s末振子相对于平衡位置的位移为－20 cm
C．第2 s末和第3 s末振子相对于平衡位置的位移均相同，但瞬时速度方向相反
D．第1 s内和第2 s内振子相对于平衡位置的位移方向相同，瞬时速度方向相反
13．如图所示为某物体做简谐运动的图像，下列说法中正确的是（ ）
A．由位移在增大 B．由速度在增大
C．由位移是先减小后增大 D．由位移始终减小
14．如图所示，弹簧下端悬挂一钢球，上端固定，它们组成一个振动的系统．用手把钢球向上托起一段距离，然后释放，钢球便上下振动起来，若以竖直向下为正方向，下列说法正确的是( )
A．钢球的最低处为平衡位置
B．钢球原来静止时的位置为平衡位置
C．钢球振动到距原静止位置下方3 cm处时位移为3 cm
D．钢球振动到距原静止位置上方2 cm处时位移为2 cm
15．下列关于弹簧振子的说法中，正确的是（ ）
A．任意的弹簧和任意的小球都可以构成弹簧振子
B．弹簧振子中小球的振动范围不能超出弹簧的弹性限度
C．弹簧振子中小球的体积不能忽略
D．弹簧振子的小球一旦振动起来就不能停下
二、解答题
16．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？
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．B
【详解】
AB．当物体运动到平衡位置时，其位移为零，根据F=-kx可知，物体的回复力为零，但合外力不一定为零，例如单摆运动中的小球到达最低点时，其合力竖直向上，不等于零，故A错误，B正确；
C．物体每次经过同一位置时，速度方向不一定相同，则速度不一定相同，故C错误；
D．简谐运动的图象不表示质点振动的轨迹，例如水平的弹簧振子中的振子，其运动轨迹是直线，但是简谐运动的图象是曲线，故D错误。
故选：B。
2．B
【详解】
根据机械振动的定义：物体在平衡位置附近所做的往复运动，叫做机械振动，通常简称为振动。
A．秋风中树叶落下不是在其平衡位置附近作往复运动。故A不符合题意。
B．声带带的振动发出声音是在其平衡位置附近的振动。故B符合题意。
CD．音叉被移动、火车沿斜坡行驶都是单方向的运动，不是在其平衡位置附近的振动。故CD不符合题意。
3．A
【详解】
设PO=h，则
设某时刻弹性绳与竖直方向的夹角为θ，此时球离开O点的距离为x,则弹力的竖直分量
可知合力方向水平，小球将沿直线在A、B之间来回运动；小球受大小为
满足简谐振动的F=-kx的特征，则球的运动是简谐振动；小球经过P点正下方时绳子拉力等于mg。
故选A。
4．D
【详解】
试管在竖直方向上做简谐运动，平衡位置是在重力与浮力相平衡的位置，取竖直向上为正方向，开始计时时向上提起的距离，就是其偏离平衡位置的位移，在平衡位置上方为正向最大位移，之后位移—时间关系图像是余弦曲线。
故选D。
5．A
【详解】
AC．由题图可知，和时振子在最大位移处，速度为零，故选项A正确，C错误；
BD．和时振子在平衡位置，速度分别为负向最大值和正向最大值，故BD错误。
故选A。
6．B
【详解】
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。
7．A
【详解】
在t=4 s时，质点的位移为正向最大，质点的速度为零，而加速度方向总是与位移方向相反，大小与位移大小成正比，则加速度为负向最大值。故A正确，BCD错误。
故选A。
8．B
【详解】
根据简谐运动的特征
可知物体的加速度大小和方向随位移的变化而变化，位移作周期性变化，加速度也作周期性变化，所以简谐运动是变加速运动，故B正确。
故选B。
9．A
【详解】
AB．速度最大时，弹簧振子处于平衡位置，回复力为零，加速度为零，故A正确，B错误；
C．弹簧振子由平衡位置向最大位移处运动过程中，速度减小，加速度增大，故C错误；
D．弹簧振子由位移最大处向平衡位置运动时，速度与加速度方向相同，故D错误。
故选A．
10．B
【详解】
水平方向的弹簧振子做简谐运动，在振动过程中，加速度数值越来越大，说明振子离开平衡位置，位移数值越来越大，速度越来越小，故B正确，ACD错误。
故选B。
11．B
【详解】
A．无初速释放小球，在开始时小球的加速度大小等于重力加速度g的大小，根据简谐运动的对称性知小球运动到最低点时加速度大小也为重力加速度g的大小，方向竖直向上，故A错误；
B．小球从无初速度释放到重力与弹力相等的位置过程中，弹簧的弹力小于重力，合力向下，根据牛顿第二定律
可得
过平衡位置到速度为零的过程中，弹簧的弹力大于重力，合力向上，根据牛顿第二定律
解得
由此可知小球的加速度随位移均匀变化，故B正确；
C．小球从无初速度释到速度为零的过程中，弹簧的弹力先小于重力，合力向下，小球做加速运动，弹力逐渐增大，合力减小，加速度减小。后来弹簧的弹力大于重力，合力向上，小球做减速运动，随着弹力的增大，合力增大，加速度增大，所以，其速度先增大后减小，即小球的动能先增大后减小，因在下落过程中，小球与弹簧组成的系统机械能守恒，所以小球的重力势能与弹簧弹性势能之和先减小后增大，故C错误；
D．小球与弹簧接触后向下运动过程，除重力做功外，弹簧的弹力对小球做负功，小球机械能减小，小球、地球组成的系统的机械能不守恒，故D错误。
故选B。
12．D
【详解】
由图知，第1s内振子远离平衡位置的向正的最大位移方向运动，位移与速度方向相同．故A错误．质点振在第2s末回到平衡位置，位移是0．故B错误．质点第2s末的位移是0，第3s末振子相对于平衡位置的位移是负的最大．故C错误．由图可得，第1s内和第2s内振子相对于平衡位置的位移方向相同，第1s内远离平衡位置运动，第2s内向着平衡位置运动，所以瞬时速度方向相反．故D正确．
13．AC
【详解】
AB．物体经过平衡位置向正方向运动，先后经过P、Q两点，故位移增大，速度减小，A正确，B错误；
CD．物体从正方向最大位移处向负方向运动，先后经过M、N两点，且N点在平衡位置另一侧，故从位移先减小后增大，C正确，D错误。
故选AC。
14．BC
【详解】
AB．钢球在竖直方向做简谐运动，平衡位置为重力和弹簧弹力相等的位置，即钢球原来静止的位置为平衡位置，故A错误，B正确；
CD．振子的位移为相对平衡位置的位移，且以竖直向下为正方向，钢球振动到距原静止位置下方3cm时的位移为3cm；钢球振动到原静止位置上方2cm处时的位移为-2cm，故C正确，D错误。
故选BC。
15．BD
【详解】
理想弹簧振子中弹簧的质量可以忽略，小球体积忽略不计，可视为质点，不计摩擦阻力，小球一旦振动起来将不会停下来，而小球振动时，弹簧不能超出弹性限度。
故选BD。
16．（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
【详解】
略
17．
【详解】
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