2.3摆钟的物理原理基础巩固（Word版含答案）

2.3摆钟的物理原理基础巩固2021—2022学年高中物理沪教版（2019）选择性必修第一册
一、选择题（共15题）
1．下列关于单摆的说法，正确的是(　 　)
A．单摆摆球经过平衡位置时加速度为零
B．单摆摆球的回复力是摆球重力沿圆弧切线方向的分力
C．单摆摆球的回复力等于摆球所受的合力
D．单摆摆球从平衡位置运动到正向最大位移处的位移为A(A为振幅)，从正向最大位移处运动到平衡位置时的位移为－A
2．单摆振动时的回复力是（ ）
A．悬线对摆球的拉力
B．摆球所受的重力
C．摆球重力在垂直于悬线方向上的分力
D．摆球所受重力和悬线对摆球拉力的合力
3．对于单摆的运动，以下说法中正确的是（　　）
A．单摆运动时，摆球受到的向心力大小处处相等
B．单摆运动的回复力就是摆球受到的合力
C．摆球经过平衡位置时所受回复力为零
D．摆球经过平衡位置时加速度为零
4．如图所示，单摆摆球的质量为m，做简谐振动的周期为T，摆球从最大位移A处由静止开始释放，运动到最低点B时的速度大小为v．则摆球从A运动到B的过程中，下列说法正确的是
A．摆球重力做功为
B．摆球受到的合力的平均功率为
C．摆球运动到B点时重力的瞬时功率为
D．摆球受到的合力提供圆周运动的向心力
5．图甲是沙摆装置，细沙均匀漏出，同时匀速拉动纸板．图乙是细沙在纸板上形成的曲线，其粗细不均匀，主要是因为沙漏从最高点摆动到最低点的过程中，（ ）
A．加速度逐渐变小
B．位移逐渐变小
C．速度逐渐变大
D．回复力逐渐变大
6．在盛沙的漏斗下面放一木板，让漏斗左右摆动起来，同时其中细沙匀速流出，经历一段时间后，观察木板上沙子的堆积情况，则沙堆的剖面应是下图中的（　　）
A． B．
C． D．
7．关于单摆，下列认识中正确的是（　　）
A．一根线系着一个球悬挂起来，这样的装置就是单摆
B．可以看成单摆的装置中，细线的伸缩和质量忽略不计，线长比小球直径大得多
C．单摆的振动总是简谐运动
D．两个单摆只要结构相同，它们的振动步调便相同
8．单摆的振动图像，根据此振动图像不能确定的物理量是（　　）
A．摆长 B．回复力 C．频率 D．摆角
9．如图所示的单摆，摆长为l=40cm，摆球在t=0时刻从右侧最高点释放做简谐振动，则当t=1s时，小球的运动情况是( )
A．向右加速 B．向右减速 C．向左加速 D．向左减速
10．如图甲所示是演示简谐运动图像的装置，它由一根较长的细线和较小的沙漏组成。当沙漏摆动时，漏斗中的细沙均匀流出，同时匀速拉出沙漏正下方的木板，漏出的细沙在板上会形成一条曲线，这条曲线可以理解为沙漏摆动的振动图像。图乙是同一个沙漏分别在两块木板上形成的曲线（图中的虚线），已知P、Q分别是木板1上的两点，木板1、2的移动速度分别为v1、v2，则（　　）
A．P处堆积的细沙与Q处一样多
B．P处堆积的细沙比Q处少
C．v1∶v2=3∶4
D．v1∶v2=4∶3
11．一个单摆振动到达平衡位置时，则（　　）
A．速度最小，势能最小，摆线张力最大
B．速度最大，势能最小，摆线张力最小
C．速度最小，势能最大，摆线张力最小
D．速度最大，势能最小，摆线张力最大
12．下列机械能一定减少的情况是（ ）
A．雨点在空中下落 B．汽车沿斜坡向上减速行驶
C．小铁球做单摆简谐振动 D．热气球匀速向上运动
13．质量相同的甲、乙两小球用细线系于同一根水平杆上，两小球做简谐运动的图像如图所示，则（　　）
A．两小球经过平衡位置时速度一样大
B．运动过程中最大加速度甲的大
C．两小球摆动过程中最大摆角乙的大
D．运动过程中甲的机械能小于乙的机械能
14．图中O点为单摆的固定是点，现将摆球（可视为质点）拉至A点，此附细线处于张紧状态，释放摆球，摆球将在竖直平面内的A、C之间来回摆动，B点为运动中的最低位置，则在摆动过程中（　　）
A．摆球在A点和C点处，速度为零，位移也为零
B．摆球在A点和C点处，速度为零，回复力也为零
C．摆球在B点处，重力势能最小，加速度也为零
D．摆球在B点处，动能最大，细线拉力也最大
15．某单摆在竖直平面内做小摆角振动，周期为2 s。如果从摆球向右运动通过平衡位置时开始计时，在t=1.4 s至t=1.5 s的过程中，摆球的（　　）
A．速度向右在增大，加速度向右在减小
B．速度向左在增大，加速度向左在增大
C．速度向左在减小，加速度向右在增大
D．速度向右在减小，加速度向左在减小
二、填空题（共4题）
16．细线的上端固定、下端拴一个小球，如果线的质量______小球的质量，小球的直径______细线的长度，这样的一个物理模型称为______。摆角不超过______时，单摆的振动可以看作是简谐振动。
17．单摆做简谐振动时回复力是由摆球__________的分力提供．用单摆测重力加速度实验中，尽量做到摆线要细，弹性要小，质量要轻，其质量要_________摆球质量．
18．单摆的回复力
（1）回复力的来源：摆球的重力沿____________方向的分力。
（2）回复力的特点：在摆角很小时，摆球所受的回复力与它偏离平衡位置的位移成____________，方向总指向____________，即F=-x。从回复力特点可以判断单摆做简谐运动。
19．（1）某实验小组拟用如图1所示装置研究滑块的运动，实验器材有滑块、钩码、纸带、米尺、带滑轮的木板，以及由漏斗和细线组成的单摆等．实验中，滑块在钩码作用下拖动纸带做匀加速直线运动，同时单摆垂直于纸带运动方向摆动，漏斗漏出的有色液体在纸带带下留下的痕迹记录了漏斗在不同时刻的位置．
①在图2中，从______________纸带可看出滑块的加速度和速度方向一致．
②用该方法测量滑块加速度的误差主要来源有：________、________（写出2个即可）．
（2）某研究性学习小组设计了图3所示的电路，用来研究稀盐水溶液的电阻率与浓度的关系．图中E为直流电源，K为开关，K1为单刀双掷开关，V为电压表，A为多量程电流表，R为滑动变阻器，Rx为待测稀盐水溶液液柱．
①实验时，闭合K之前将R的滑片P置于___________（填“C”或“D”）端；当用电流表外接法测量Rx的阻值时，K1应置于位置___________（填“1”或“2”）．
②在一定条件下，用电流表内、外接法得到Rx的电阻率随浓度变化的两条曲线如图所示（不计由于通电导致的化学变化）．实验中Rx的通电面积为20 cm2，长度为20 cm，用内接法测量Rx的阻值是3500Ω，则其电阻率为________Ω·m，由图中对应曲线_______
（填“1”或“2”）可得此时溶液浓度约为________%（结果保留2位有效数字）．
三、综合题（共4题）
20．甲、乙两位同学分别使用图1所示的同一套装置观察单摆作简谐运动时的振动图象，已知二人实验时所用的单摆的摆长相同，落在木板上的细砂分别形成的曲线如图2所示，请分析说明为什么甲、乙两位同学得到的振动图象是不同的．
21．物理学中，力与运动关系密切，而力的空间积累效果——做功，又是能量转化的量度。因此我们研究某些运动时，可以先分析研究对象的受力特点，进而分析其能量问题。已知重力加速度为，且在下列情境中，均不计空气阻力。
（1）劲度系数为的轻质弹簧上端固定，下端连一可视为质点的小物块，若以小物块的平衡位置为坐标原点，以竖直向下为正方向建立坐标轴，如图所示，用表示小物块由平衡位置向下发生的位移。求小物块的合力与的关系式，并据此说明小物块的运动是否为简谐运动；
（2）系统的总势能为重力势能与弹性势能之和。请你结合小物块的受力特点和求解变力功的基本方法，以平衡位置为系统总势能的零势能参考点，推到小物块振动位移为时系统总势能的表达式。
（3）如图所示为理想单摆，摆角最够小，可认为是简写运动。其平衡位置记为点。若已知摆球的质量为，摆长为，在偏角很小时，摆球对于点的位移的大小与角对应的弧长、弦长都近似相等，即近似满足：。请推导得出小球在任意位置处的回复力与位移的比例常数的表达式。
22．如图，将一倾角为的斜面体（斜面光滑且足够长）固定在水平地面上，一劲度系数为、自然长度为的轻弹簧的上端固定在斜面上，下端与质量为的小滑块连接且弹簧与斜面平行。用外力控制小滑块使弹簧压缩了时将小滑块由静止开始释放，重力加速度为g。
（1） 求小滑块做简谐运动的振幅A；
（2） 若沿斜面向下为正方向且小滑块在斜面上简谐运动的周期为，小滑块沿斜面向下运动经过平衡位置时开始计时，请写出小滑块振动过程中位移随时间变化的函数关系式。
（3） 求小滑块的最大加速度am和弹簧的最大长度Lm。
23．如图所示,一块涂有炭黑的玻璃板,质量为2kg,在拉力F的作用下,在t=0时由静止开始竖直向上做匀加速运动．一个装有水平振针的振动频率为5Hz的固定电动音叉在玻璃板上画出了图示曲线,量得OA=1.5cm,BC=3.5cm．求自玻璃板开始运动,经过多长时间才开始接通电动音叉的电源 接通电源时,玻璃板的速度是多大 (g取10m/s2)
参考答案
1．B
2．C
3．C
4．A
5．C
6．B
7．B
8．B
9．B
10．C
11．D
12．A
13．B
14．D
15．C
16．远小于 远小于 单摆 5°
17．重力沿圆弧切线； 远小于
18．圆弧切线 正比 平衡位置
19．（1）①B
②摆长测量、漏斗重心变化、液体痕迹偏粗、阻力变化……
（2）①D；1
②35；1；0.011到0.014间的数据
20．两次拉动木板的速度不同（v甲＞v乙）．
21．(1) 小物块的运动是简谐运动(2)(3)推导见解析，
22．（1）；（2）；（3），
23．0.1s；0.1m/s