2.3摆钟的物理原理 同步练习（Word版含答案）

2.3摆钟的物理原理同步练习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）
1．一单摆的摆长为40cm，摆球在t=0时刻正从平衡位置向左运动，（g取10m/s2），则在t=1s时摆球的运动情况是（ ）
A．正向左做减速运动，加速度正在增大 B．正向左做加速运动，加速度正在减小
C．正向右做减速运动，加速度正在增大 D．正向右做加速运动，加速度正在减小
2．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
3．物体做简谐运动时，下列叙述正确的是（　　）
A．平衡位置就是回复力为零的位置
B．处于平衡位置的物体，一定处于平衡状态
C．做简谐运动物体受到的合力与位移大小成正比，方向相反
D．单摆摆角超过5°也可以看成简谐振动
4．关于单摆振动过程中的受力，下列正确的说法是（ ）
A．重力和摆线对摆球拉力的合力总是指向悬点
B．回复力是重力和摆线对摆球拉力的合力
C．回复力是重力沿切线方向的分力；重力的另一分力小于或等于摆线拉力
D．回复力是重力沿切线方向的分力；重力的另一分力与摆线拉力平衡
5．如图所示是描绘沙摆振动图象的实验装置和木板上留下的实验结果。沙摆的运动可看做简谐运动。若沙摆摆长为1m，木板的长度是，取，那么下列说法中正确的是（　　）
A．该沙摆的周期为
B．该沙摆的频率为
C．这次实验匀速抽动木板的速度为0.1m/s
D．这次实验匀速抽动木板的速度为0.2m/s
6．甲、乙两个单摆的振动图象如图所示．根据振动图象可以断定（ ）
A．甲、乙两单摆振动的频率之比是2:3
B．甲、乙两单摆摆长之比是4:9
C．甲摆的振动能量大于乙摆的振动能量
D．乙摆的振动能量大于甲摆的振动能量
7．一单摆做简谐运动，在偏角增大的过程中，摆球的（　　）
A．位移不变 B．速度增大 C．回复力增大 D．机械能增大
8．图中O点为单摆的固定悬点，现将摆球（可视为质点）拉至A点，此时细线处于张紧状态，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（　　）
A．摆球在A点和C点处，速度为零，合力也为零
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，速度最大，回复力也最大
D．摆球在B点处，速度最大，向心力也最大
9．以下物体的运动过程中，加速度大小和方向都发生变化的是（　　）
A．自由落体运动 B．竖直上抛运动
C．匀速圆周运动 D．单摆
10．关于单摆，下列说法中正确的是（　　）
A．摆球受到的回复力方向总是指向平衡位置
B．摆球受到的回复力是它的合力
C．摆球经过平衡位置时，所受的合力为零
D．摆角很小时，摆球受的合力的大小跟摆球对平衡位置的位移大小成正比
11．某小组利用频闪照相的方法研究单摆的运动过程，即用在同一张底片上多次曝光的方法，在远处从与单摆摆动平面垂直的视角拍摄单摆在摆动过程中的多个位置的照片。从摆球离开左侧最高点A时开始，每隔相同时间曝光一次，得到了一张记录摆球从A位置由静止运动到右侧最高点B的照片，如图所示，其中摆球运动到最低点O时摆线被一把刻度尺挡住。对照片进行分析可知（　　）
A．摆球在A点所受的合力等于在B点所受的合力
B．在O点附近摆球影像相邻位置的间隔较大，说明在O点附近摆球的速率较大
C．摆球经过O点前后瞬间摆线上的拉力大小不变
D．从A点到O点的过程中，重力对摆球做功的功率不断变大
12．摆长为L的单摆做简谐运动，若从某时刻开始计时（即取），当振动至时，摆球恰具有负向最大速度，则单摆的振动图象是下图中的（　　）
A． B． C． D．
13．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
14．2013年6月，我国宇航员在天宫一号空间站中进行我国首次太空授课活动，展示了许多在地面上无法实现的实验现象．假如要在空间站再次进行授课活动，下列我们曾在实验室中进行的实验，若移到空间站也能够实现操作的有（ ）
A．利用托盘天平测质量
B．利用弹簧测力计测拉力
C．利用自由落体验证机械能守恒定律
D．测定单摆做简谐运动的周期
15．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
二、填空题（共4题）
16．单摆的摆长为l，摆球的质量为m，在最高点时摆线与竖直方向成角，此时摆球所受的合力为_______，摆球所受向心力大小为________.
17．一单摆做简谐运动，在偏角减小的过程中，摆球的回复力________（填“变大” “不变”或“变小”）。摆球的机械能_____（填“增大” “减小”或“不变”）。
18．一单摆做简谐运动，在偏角增大的过程中，摆球的回复力___________（填“变大”“不变”或“变小”）。摆球的机械能___________（填“增大”“减小”或“不变”）。
19．某学校的兴趣小组在实验室做单摆振动实验。如图甲所示为单摆在两点间振动的情形，点是平衡位置，图乙是这个单摆的振动图像，单摆振动的周期为，取摆球向右运动的方向为正方向，学校所在地的重力加速度为。若将此单摆移至悬停在某一高度的热气球载人舱中，做摆角小于的振动，测得周期为，已知地球半径为。
（1）根据图乙写出此单摆的振动方程。
（2）求此单摆的摆长。
（3）求该热气球此时离海平面的高度。
三、综合题（共4题）
20．如图所示，左图为一单摆，摆球质量为m，摆长为L，做小角度摆动，摆角为（），重力加速度为g，不计空气阻力，右图是某次小球从左端由禁止释放，摆球第一次由左向右通过平衡位置开始计时，位移x随时间t变化的图象，求：
（1）释放时小球的回复力；（用题目中所给字母表示）
（2）t=1.5s时小球的位置和0～1.5s内的路程。
21．如图，可视为质点的小球在光滑的圆弧面上振动，圆弧面所在圆周的半径远远大于圆弧的长度，试证明小球的运动可以视为简谐运动．
22．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)
23．物理学中，力与运动关系密切，而力的空间累积效果——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g，且在下列情境中，均不计空气阻力。
（1）劲度系数为k1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O，以竖直向下为正方向建立坐标轴Ox，如图所示，用x表示小物块由平衡位置向下发生的位移。
a.求小物块的合力F与x的关系式，并据此说明小物块的运动是否为简谐运动；
b.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，推导小物块振动位移为x时系统总势能EP的表达式。
（2）图所示为理想单摆，摆角θ足够小，可认为是简谐运动。其平衡位置记为O'点。
a.若已知摆球的质量为m，摆长为L，在偏角很小时，摆球对于O'点的位移x'的大小与θ角对应的弧长、弦长都近似相等，即近似满足：sinθ≈。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k2的表达式；
b.若仅知道单摆的振幅A，及小球所受回复力与位移的比例常数k2，求小球在振动位移为时的动能Ek（用A和k2表示）。
试卷第1页，共3页
参考答案：
1．B
2．C
3．A
4．C
5．D
6．B
7．C
8．D
9．D
10．A
11．B
12．D
13．D
14．B
15．C
16． 0
17． 变小 不变
18． 变大 不变
19．（1）；（2）0.16m；（3）
20．（1）；（2）最左端或初始位置，24cm
21．证明：设小球质量为m，圆弧的半径为R，小球相对平衡位置的位移为x．
小球的重力沿切线方向的分力是使小球沿圆弧振动的回复力
当半径远远大于圆弧的长度时，θ很小，小球位移的大小与θ角所对的弧长及θ角
所对的弦都近似相等，因而，
且位移方向与回复力方向相反，所以回复力为
所以小球的运动可以视为简谐运动．
22．0.1s；0.1m/s
23．（1）a.F=-k1x，是简谐运动，b.； （2）a.，b.
答案第1页，共2页