2.1简谐运动 同步训练（Word版含答案）

2.1简谐运动
一、选择题（共15题）
1．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
2．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
3．下列说法正确的是（　　）
A．弹簧振子的周期与振子质量无关
B．电子表的液晶显示是利用了光的偏振
C．医生检查身体用的“B超”是根据电磁波的多普勒效应
D．任何LC振荡回路都能产生可见光
4．若物体做简谐运动，则下列说法中正确的是 (　　)
A．若位移为负值，则速度一定为正值，加速度也一定为正值
B．物体通过平衡位置时，所受合力为零，回复力为零，处于平衡状态
C．物体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
D．物体的位移增大时，动能增加，势能减少
5．质点P以O点为平衡位置竖直向上作简谐运动，同时质点Q也从O点被竖直上抛，它们恰好同时到达最高点，且高度相同，在此过程中，两质点的瞬时速度vP与vQ的关系应该是（　　）
A．vP＞vQ
B．先vP＞vQ，后vP＜vQ，最后vP=vQ
C．vP＜vQ
D．先vP＜vQ，后vP＞vQ，最后vP=vQ
6．弹簧上端固定在O点，下端连接一小球，组成一个振动系统，如图所示.用手向下拉一小段距离后释放小球，小球便上下振动起来.下列说法正确的是（ ）
A．球的最低点为平衡位置
B．弹簧原长时的位置为平衡位置
C．球速为零的位置为平衡位置
D．球原来静止的位置为平衡位置
7．以下说法中正确的是（　　）
A．做简谐振动的物体，经过同一位置时，速度一定相同
B．麦克斯韦提出电磁场理论并预言电磁波的存在，以后由赫兹用实验证实了电磁波的存在
C．在受迫振动中，驱动力的频率一定等于物体的固有频率
D．多普勒效应实质上是由于波源和观察者之间有相对运动而使波的频率发生了变化
8．简谐运动是下列哪一种运动（　　）
A．匀速直线运动
B．匀加速直线运动
C．匀变速运动
D．变加速运动
9．下列说法正确的是 （ ）
A．做圆周运动的物体，其加速度一定指向圆心
B．只要系统所受外力之和为零，则系统的动量守恒，系统的机械能也守恒
C．在地球上同一位置，沿不同方向抛出物体,不计空气阻力，物体的速度变化率相同
D．做简谐运动的质点先后通过同一点，回复力、速度、加速度、位移一定相同
10．物体产生机械振动的条件是（　　）
A．有方向不变、大小不变的力作用在物体上
B．有方向不变、大小变化的力作用在物体上
C．有方向变化、大小不变的力作用在物体上
D．有始终指向平衡位置的回复力作用在物体上
11．弹簧振子的质量为，弹簧劲度系数为，在振子上放一质量为m的木块，使两者一起振动，如图。木块的回复力是振子对木块的摩擦力，也满足，是弹簧的伸长（或压缩）量，那么为
A． B． C． D．
12．关于简谐振动，以下说法哪一个是错误的（　　）
A．若振子完成若干次全振动，则其路程正比于全振动的次数
B．振子受到的回复力始终正比于位移
C．每次振子经过同一地点时的速度必相同
D．每次振子经过同一地点时的加速度必相同
13．下列说法中正确的是_______。
A．游泳时耳朵在水中听到的音乐与在岸上听到的是一样的，说明机械波从一种介质进入另一种介质时频率并不改变
B．光导纤维传递信息是利用了光的干涉原理
C．做简谐运动的物体每次通过同一位置时，其速度一定相同，但加速度不一定相同
D．在同一均匀介质中，经过一个周期的时间，波传播的距离为一个波长
E．在做“利用单摆测重力加速度”的实验中，摆线上端悬点未固定，振动中出现松动，使摆线长度增加了，测得的重力加速度值偏小
14．如图，把一个有小孔的小球连接在弹簧的一端，弹簧的另一端固定，小球套在光滑的杆上，能够自由滑动，弹簧的质量与小球相比可以忽略，小球运动时空气阻力很小，也可以忽略。系统静止时小球位于O点，现将小球向右移动距离A后由静止释放，小球做周期为T的简谐运动，下列说法正确的是（　　）
A．若某过程中小球的位移大小为A，则该过程经历的时间一定为
B．若某过程中小球的路程为A，则该过程经历的时间一定为
C．若某过程中小球的路程为2A，则该过程经历的时间一定为
D．若某过程中小球的位移大小为2A，则该过程经历的时间至少为
E．若某过程经历的时间为，则该过程中弹簧弹力做的功一定为零
15．如图（a），轻质弹簧下端固定在水平地面上，上端连接一轻质薄板。一物块从其正上方某处由静止下落，落至薄板上后和薄板始终粘连。物块从开始下落到最低点的过程中，位移-时间（x-t）图像如图（b）所示，其中t1为物块刚接触薄板的时刻，t2为物块运动到最低点的时刻。弹簧形变在弹性限度内空气阻力不计。则（　　）
A．t2时刻物块的加速度大小比重力加速度小
B．t1~时间内，有一时刻物块所受合外力的功率为零
C．t1~t2时间内，物块所受合外力冲量的方向先竖直向下后竖直向上
D．图（b）中OA段曲线为抛物线的一部分，AB段曲线为正弦曲线的一部分
二、填空题
16．回复力是根据力的_______命名的.弹簧振子是一个典型的简谐运动模型，它的回复力是由_____提供的.
17．一弹簧振子在水平面内做简谐运动，其表达式为x=10sin(10πt +π）cm，该弹簧振子周期T=______s．从=0时刻开始，经过______，弹簧振子第一次具有正向最大加速度．弹簧振子在第一个周期内，从______ s 到______ s沿正方向运动且弹性势能逐渐增大．
18．下列说法正确的是________.
A．电磁波是横波，可以观察到其偏振现象
B．当一列声波从空气中传入水中时波长一定会变长
C．物体做受迫振动时，驱动力频率越高，受迫振动的物体振幅越大
D．横波在传播过程中，波峰上的质点运动到相邻的波峰所用的时间为一个周期
E.做简谐运动的物体，其速度和加速度两物理量随时间的变化规律均符合正余弦函数变化规律
19．质点在做简谐运动的过程中，经过______位置，加速度最大；经过________位置，速度最大.在回复力、加速度、速度这些量中，随位移增大而增大的量是_______，而随位移增大而减小的量是_________.
三、综合题
20．一小球做简谐运动，相继经过图所示的位置。试根据图示，判断小球在此振动过程中的位移、回复力、加速度、速度、动能和弹簧的弹性势能分别是如何变化的，填入表中。
小球简谐运动情况记录表
小球位置 O→B B→O O→C C→O
位移x
回复力F
加速度a
速度v
动能Ek
弹性势能Ep
将你的结论与其他同学的结论进行比较，找出以上各物理量分别在小球运动至何处时最大，何处时最小。
21．中国著名科幻作家刘慈欣在其作品《人间大炮》中展现了前人所提出的“地心隧道”设想，即开通一条穿过地心的笔直隧道，如图所示．下面是《人间大炮》中的一段文字：
沈华北的本意是想把话题从政治上引开去，他成功了，贝加纳来了兴趣：“沈，你的思维方式总是与众不同……让我们看看：我跳进去（指跳进地心隧道）后会一直加速，虽然我的加速度会随坠落深度的增加而减小，但确实会一直加速到地心，通过地心时我的速度达到最大值，加速度为零；然后开始减速上升，这种减速度的值会随着上升而不断增加，当到达地球的另一面阿根廷的地面时，我的速度正好为零．如果我想回中国，只需从那面再跳下去就行了，如果我愿意，可以在南北半球之间做永恒的简谐振动，嗯，妙极了，可是旅行时间……”假设地球质量分布均匀地球半径为R，地表附近重力加速度为g，物体从隧道口由静止释放，不计空气阻力，请完成以下问题
（1）指出物体做简谐运动的平衡位置．（不需证明）
（2）已知均匀球壳对壳内物体引力为零，请证明物体在地心隧道中的运动为简谐运动．
（3）做简谐运动的物体回复力为F=-kx，其周期为，其中m为物体的质量，请求出物体从隧道一端静止释放后到达另一端需要多少分钟．（地球半径R=6400km，地表重力加速为g=10m/s2，π=3.14，最终结果请保留一位小数）
22．如图，长度的木板静止于光滑水平面上，左端与固定在墙面上的水平轻弹簧相连，弹簧的劲度系数；木板左端放有一质量的小物块（可视为质点），质量的足够长木板与等高，静止于水平面上的右侧，距离右侧处固定有挡板。某时刻小物块以速度向右开始运动，向右运动到最远时恰好与相遇但不相撞，在某次到达最远处时，物块刚好离开滑到上，此过程中物块的速度始终大于木板的速度，与挡板碰撞时无机械能损失，物块与、之间的动摩擦因数均为。不计空气阻力，。
(1)证明：物块在木板上滑动过程中，做简谐运动；
(2)若与碰撞前物块和已达共速，求满足的最小值；
(3)在与发生第5次碰撞后将撤走，求的最终速度。
23．把图中倾角为的光滑斜面上的小球沿斜面拉下一段距离，然后松开。假设空气阻力可忽略不计，试证明小球的运动是简谐运动。
试卷第1页，共3页
参考答案：
1．C
【详解】
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。
2．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。
3．B
【详解】
A．弹簧振子的周期公式为与弹簧的劲度系数和振子的质量均有关，故A错误；
B．液晶显示是利用了光的偏振现象，故B正确；
C． 医生检查身体用的“B超”是利用超声波的反射原理制成的，故C错误；
D． 任何LC振荡回路都能产生无线电波，并不是可见光，故D错误。
故选B。
4．C
【详解】
试题分析：一弹簧振子作简谐运动，若位移为负值，则速度不一定为正值，加速度一定为正值、振子通过平衡位置时，速度为零，加速度最小、振子每次通过平衡位置时，加速度相同，速度不一定相同因为方向可能相反．位移增大时，恢复力做负功，动能减小，势能增大，ABD错；故选C
5．D
【详解】
质点P以O点为平衡位置竖直向上作简谐运动，质点Q也从O点被竖直上抛，作出v－t图象，发现有以下两种情况：
由于v－t图象与时间轴包围的面积表示位移，故情况一显然不满足，情况二满足，所以先vP＜vQ，后vP＞vQ，最后vP＝vQ
故选D。
6．D
【详解】
平衡位置是振动系统不振动时，振子处于平衡状态时所处的位置，小球静止时其所受的重力大小与弹簧的弹力大小相等，即
即小球原来静止的位置为平衡位置，故D正确，ABC错误。
故选D。
7．B
【详解】
A．做简谐振动的物体经过同一位置时，速度有两种可能的方向，所以速度不一定相同，故A错误；
B．麦克斯韦提出电磁场理论并预言电磁波的存在，后来赫兹用实验证实了电磁波的存在，故B正确；
C．在受迫振动中，驱动力的频率一定等于物体振动频率，当等于固有频率时，出现共振现象，故C错误；
D．多普勒效应实质上是观察者和波源之间发生了相对运动，从而使观察者接收到的波的频率发生了变化，故D错误。
故选B。
8．D
【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D正确，ABC错误．
9．C
【详解】
A.做匀速圆周运动的物体，加速度指向圆心，变速圆周运动有切向加速度改变速度大小，故A选项错误；
B.合外力为零，动量守恒，但如果系统内存在相互作用的滑动摩擦力，会伴随着摩擦生热，机械能不守恒，故B选项错误；
C.速度变化率等于加速度，不计空气阻力，抛体运动只受重力，加速度为重力加速度，同一地点，重力加速度相同，故C选项正确；
D.简谐运动的质点先后通过同一点，速度方向不同，故D选项错误．
10．D
【详解】
振动需要回复力，回复力应该始终指向平衡位置，故其方向是变化的；回复力大小可以变化，也可以不变化，如果是简谐运动，回复力F=-kx，与位移成正比，不断变化；
故选D。
11．B
【详解】
整体做简谐运动，则对整体有
木块做简谐运动，则对木块有
故
由于木块加速度与整体加速度相同，故
故
故选B。
12．C
【详解】
A．若振子完成若干次全振动，一次全振动的路程为，其路程正比于全振动的次数，故A正确；
B．振子受到的回复力
可知振子受到的回复力始终正比于位移，故B正确；
CD．振子经过同一位置时，加速度一定相同，速度大小相等，但方向不一定相同，故C错误，D正确。
本题选错误项，故选C。
13．ADE
【详解】
A． 游泳时耳朵在水中听到的音乐与在岸上听到的是一样的，说明机械波从一种介质进入另一种介质时频率并不改变，频率由波源决定，故A正确；
B． 光导纤维传递信息是利用了光的全反射原理；故B错误；
C． 做简谐运动的物体每次通过同一位置时，到平衡位置的距离相等，故回复力不变，那么加速度相同；但是，前后两次经过同一位置时，根据振动方向可知：速度大小相同，方向相反，故C错误；
D． 在同一均匀介质中，经过一个周期的时间，波传播的距离为一个波长，故D正确；
E．根据得：
在做“利用单摆测重力加速度”的实验中，摆线上端悬点未固定，振动中出现松动，使摆线长度增加了，知摆长的测量值偏小，导致重力加速度的测量值偏小，故E正确。
故选ADE。
14．CDE
【详解】
AB．弹簧振子振动过程中从平衡位置或最大位移处开始的时间内，振子的位移大小或路程才等于振幅A，否则都不等于A，故AB错误；
CE．根据振动的对称性，不论从何位置起，只要经过，振子的路程一定等于2A，位置与初位置关于平衡位置对称，速度与初速度等大反向，该过程中弹簧弹力做的功一定为零，故CE正确；
D．若某过程中小球的位移大小为2A，经历的时间可能为，也可能为多个周期再加，故D正确。
故选CDE。
15．BCD
【详解】
C．对物体在运动过程中受力分析：在未接触薄板之前即t1之前，物体只受重力，物体做自由落体运动，x-t图像为抛物线，在接触薄板之后即t1之后，开始时物体受的向下的重力大于向上的弹力，则合力竖直向下，由于弹力增大重力不变，所以物体向下做加速度变小的加速运动，之后物体受的重力小于弹力，则合力竖直向上，物体向下做加速度增加的减速运动，则t1~t2时间内，物块所受合外力冲量的方向先竖直向下后竖直向上，故C正确；
ABD．在t1~t2时间内有一临界点，即重力与弹力大小相等的点，此时合力为零，在该段物体以临界点为平衡位置做简谐运动，AB段曲线为正弦曲线的一部分，但因为A点物体速度不为零，B点速度为零，所以临界点的位置更靠近A点，物体所受合力为零的点在t1~时间内，该段时间内一定有一时刻物块所受合外力的功率为零，B点加速度大于A点加速度，而A点加速度为g，所以t2时刻的加速度大小大于g，故A错误，BD正确。
故选BCD。
16． 效果 弹簧的弹力
【详解】
回复力是按效果命名的力，回复力可以是某个力，也可以是几个力的合力，还可以是某个力的分力；
弹簧振子的回复力是由弹簧的弹力提供的。
17． 0.2 0.05 0.10 0.15
【详解】
由振动方程可知圆频率：
故该弹簧振子的振动周期：
T===0.2s；
其振动图象如下图所示:
经四分之一周期，即0.05s，位移为负向最大，具有正向最大加速度；
从二分之一周期，即0.10s，到四分之三周期，即0.15s，的这段时间内，弹簧振子由平衡位置向正向最大位移运动，动能逐渐减小，弹性势能逐渐增大．
18．ABE
【详解】
电磁波是横波，可以观察到其偏振现象，选项A正确；当一列声波从空气中传入水中时，波速变大，周期不变，则波长一定会变长，选项B正确；物体做受迫振动时，当驱动力频率越接近于物体的固有频率时，受迫振动的物体振幅越大，选项C错误；横波在传播过程中，质点不随波迁移，选项D错误；做简谐运动的物体，其速度和加速度两物理量随时间的变化规律均符合正余弦函数变化规律，选项E正确；故选ABE.
19． 最大位移 平衡 回复力、加速度 速度
【详解】
质点在做简谐运动的过程中，经过最大位移位置，加速度最大；经过平衡位置，速度最大.在回复力、加速度、速度这些量中，随位移增大而增大的量是回复力、加速度，而随位移增大而减小的量是速度；
20．
小球位置 0→B B→0 0→C C→0
位移x 变大 变小 变大 变小
回复力F 变大 变小 变大 变小
加速度a 变大 变小 变大 变小
速度v 变小 变大 变小 变大
动能Ek 变小 变大 变小 变大
弹性势能Ep 变大 变小 变大 变小
到达平衡位置O时，位移x、回复力F、加速度a、弹性势能Ep最小，速度v、动能Ek最大；
到达最大位移B或C时，位移x、回复力F、加速度a、弹性势能Ep最大，速度v、动能Ek最小。
21．（1）地心为物体做简谐运动的平衡位置（2）地表：以地心为位移起点，设某时刻位移为x，如图所示，此处为万有引力提供回复力，由于均匀球壳对壳内物体引力为零，则有： ，整理可得：，为常数，即该物体运动为简谐运动（3）41.9分钟
【详解】
（1）地心为物体做简谐运动的平衡位置
（2）在地球表面万有引力等于重力：
地球的质量为：
以地心为位移起点，设某时刻位移为x，如图所示，此处为万有引力提供回复力，由于均匀球壳对壳内物体引力为零，则有：
整理可得：，为常数，即该物体运动为简谐运动
（3）由得，该物体做简诸运动周期为：
物体从隧道口一端静止释放后到达另一端所用的时间为半个周期，则：
代入数据可得：t=41.9分钟
22．(1)见解析；(2)；(3)
【详解】
(1)木板受到的合外力，取向右为正方向
令，则有
即在弹簧伸长时处于平衡位置，在该位置附近做简谐运动
(2)可知木板做简谐运动的振幅
对物块从开始运动至滑离木板，根据动能定理则有
解得
物块在长木板滑动，根据动量守恒定律则有
解得
对长木板，根据动能定理则有
解得
(3)与第一次碰撞后到第二次碰撞前，根据动量守恒定律则有
解得
与第二次碰撞后到第三次碰撞前，根据动量守恒定律则有
解得
与第五次碰撞后到物块与共速运动
即最终以的速度匀速向右运动
23．F= kx，小球的运动是简谐运动
【详解】
证明：设小球处于平衡位置时弹簧伸长x0，则有
mgsinθ=kx0
小球由平衡位置被拉伸x时，受到的合力为F，则有
F=k（x+x0） mgsinθ
解得
F=kx
F与x的方向相反，所以有
F= kx
小球的运动是简谐运动。
答案第1页，共2页