2.1简谐运动 同步练习（Word版含解析）

鲁科版 （2019）选择性必修一 2.1 简谐运动 同步练习
一、单选题
1．如图所示，下列振动系统不可看成弹簧振子的是（ ）
A．如图甲所示，竖直悬挂的轻弹簧及小铅球组成的系统
B．如图乙所示，放在光滑斜面上的铁块及轻弹簧组成的系统
C．如图丙所示，光滑水平面上，两根轻弹簧系住一个小球组成的系统
D．蹦极运动中的人与弹性绳组成的系统
2．关于简谐运动的回复力，以下说法正确的是（　　）
A．简谐运动的回复力一定是合力
B．简谐运动公式F＝－kx中k是弹簧的劲度系数，x是弹簧的长度
C．做简谐运动的物体的加速度方向与位移方向总是相反
D．做简谐运动的物体每次经过平衡位置合力一定为零
3．如图所示，弹簧振子在光滑水平杆上的A、B之间做往复运动，O为平衡位置，下列说法正确的是（　　）
A．弹簧振子运动过程中受重力、支持力、弹簧弹力和回复力作用
B．振子由O向B运动过程中，回复力的方向指向平衡位置
C．振子由A向O运动过程中，回复力逐渐增大
D．小球在往复运动过程中机械能守恒
4．如图所示，弹簧下端悬挂一个钢球，上端固定，它们组成一个振动系统．用手把钢球向上托起一段距离，然后释放，钢球便上下振动．如果钢球做简谐运动，则（　　）
A．弹簧对钢球的弹力是钢球做简谐运动的回复力
B．弹簧弹力为零时钢球处于平衡位置
C．钢球位于最高点和最低点时加速度大小相等
D．钢球的动能与弹簧的弹性势能之和保持不变
5．下列运动中不属于机械振动的是（ ）
A．树枝在风的作用下运动 B．竖直向上抛出的物体的运动
C．说话时声带的运动 D．爆炸声引起窗扇的运动
6．如图所示，甲质点在x1轴上做简谐运动，O1为其平衡位置，A1、B1为其所能达到的最远处。乙质点沿x2轴从A2点开始做初速度为零的匀加速直线运动。已知A1O1=A2O2，甲、乙两质点分别经过O1、O2时速率相等，设甲质点从A1运动到O1的时间为t1，乙质点从A2运动到O2的时间为t2，则（　　）
A．t1=t2 B．t1>t2
C．t17．某同学疫情期间停课不停学，在家用水杯来研究简谐运动。如图所示，放有小铁块的水杯静止浮于水面上，现将水杯沿竖直方向提起少许，由静止释放并开始计时，在初始的一段时间内水杯在竖直方向的运动近似为简谐运动。取竖直向上为正方向，下面关于水杯的v-t、x-t图像正确的是（　　）
A． B．
C． D．
8．关于简谐振动，以下说法中正确的是
A．回复力总是指向平衡位置；
B．加速度和速度的方向总是跟位移方向相反；
C．加速度和速度的方向总是跟位移方向相同；
D．做简谐振动的物体，向平衡位置运动，加速度越来越小，速度也越来越小.
9．简谐运动属于下列运动中的
A．匀速直线运动 B．匀加速直线运动
C．匀变速直线运动 D．变加速运动
10．一做简谐运动的弹簧振子，其质量为m，最大速率为v0。若从某时刻算起，在半个周期内，合外力（　　）
A．做功一定为0 B．做功一定不为0
C．做功一定是mv02 D．做功可能是0到mv02之间的某一个值
11．如图所示为某个弹簧振子做简谐运动的振动图像，由图像可知（　　）
A．在0.1s时，振子的动能最小
B．在0.2s时，振子具有最大势能
C．在0.35s时，振子加速度方向为正方向
D．在0.4s时，位移为零，所以振动能量为零
12．如图所示，有一根用绝缘材料制成的劲度系数为k的轻弹簧，左端固定，右端与小球连接。小球质量 为m，带电量为+q。开始时小球静止在光滑绝缘水平面上，施加水平向右的匀强电场E后小球开始做简谐运动。小球经过O时加速度为零，A、B为小球能够到达的最大位移处。在小球做简谐运动过程中，下列判断正确的是（ ）
A．小球的速度为零时，弹簧伸长量是
B．小球和弹簧系统的机械能守恒
C．小球做简谐运动的振幅是
D．小球由O到B过程中，弹力做功的绝对值大于电场力做功的绝对值
13．下列说法正确的是 ( )
A．如果质点所受的力与它偏离平衡位置的位移大小的平方根成正比且总是指向平衡位置，质点的运动就是简谐运动
B．库仑通过油滴实验测出了基本电荷的数值
C．向人体发射频率已知的超声波，超声波被血管中的血流反射后又被仪器接收，测出反射波的频率变化就能知道血流的速度，这种方法的原理是“多普勒效应”
D．电场中，电势随着场强大小的减小逐渐降低
14．做简谐运动的物体，在不同时刻通过同一确定位置时可能不相同的物理量是( )
A．加速度 B．动能 C．速度 D．位移
15．如图所示，倾角为、长度有限的光滑斜面固定在水平面上，一根劲度系数为的轻质弹簧下端固定于斜面底部，上端压一个质量为的小物块，与弹簧间不拴接，开始时处于静止状态。现有另一个质量为的小物块从斜面上某处由静止释放，与发生正碰后立即粘在一起成为组合体。已知弹簧的弹性势能与其形变量的关系为，重力加速度为，弹簧始终未超出弹性限度。下列说法正确的是（　　）
A．被弹簧反弹后恰好可以回到的释放点
B．整个过程中、和弹簧组成的系统机械能守恒
C．当的释放点到的距离为时，恰好不会与弹簧分离
D．要使能在斜面上做完整的简谐运动，的释放点到的距离至少为
二、填空题
16．如图所示，一个弹簧振子沿x轴在B、O、C间做简谐运动，O为平衡位置，当振子从B点向O点向右运动过程中，弹簧振子的速度在________，弹簧振子的加速度为________（填“增加”“减少”或“不变”）。
17．物体（或物体的一部分）在某一___________位置两侧所做的往复运动，叫机械振动.
18．做简谐振动的物体，当它每次经过同一位置时，速度___________（填“可能”或“一定”）不同，加速度___________（填“可能”或“一定”）相同。
19．机械振动：物体或者___________在一个位置附近所做的___________运动，叫做机械振动。
三、解答题
20．如图甲所示，一根轻质弹簧上端固定在天花板上，下端挂一小球（可视为质点），弹簧处于原长时小球位于点．将小球从点由静止释放，小球沿竖直方向在之间做往复运动，如图乙所示．小球运动过程中弹簧始终处于弹性限度内．不计空气阻力，重力加速度为．
（1）证明小球的振动是简谐振动；
（2）已知弹簧劲度系数为．以点为坐标原点，竖直向下为轴正方向，建立一维坐标系，如图乙所示．
a．请在图丙中画出小球从运动到的过程中，弹簧弹力的大小随相对于点的位移变化的图象．根据图象求：小球从运动到任意位置的过程中弹力所做的功，以及小球在此位置时弹簧的弹性势能；
b．已知小球质量为，小球在运动的过程中，小球、弹簧和地球组成的物体系统机械能守恒．求小球经过中点时瞬时速度的大小．
21．一根弹簧的上端固定，下端系一小球，将小球向下拉一点距离后放手，小球便上下振动起来。试证明这个小球在做简谐运动。（提示：使小球振动的回复力是小球所受到的重力和弹簧弹力的合力）
22．学习了简谐运动的规律之后，请你谈一谈为什么最好用气垫导轨来做如图所示的实验。
23．劲度为k的轻弹簧上端固定一只质量为m的小球，向下压小球后释放，使小球开始作简谐运动。该过程弹簧对水平面的最大压力是1.6mg。求：
（1）小球作简谐运动的振幅A是多大？
（2）当小球运动到最高点时，小球对弹簧的弹力大小和方向如何？
24．如图甲所示，一个三角形物块固定在水平桌面上，其光滑斜面的倾角为θ=30°，物体A的质量为mA=0.5 kg，物体B的质量为mB=1.0 kg（A、B均可视为质点），物体A、B并列在斜面上且压着一劲度系数为k=125 N/m的轻弹簧，弹簧的下端固定，上端拴在A物体上，物体A、B处于静止状态。（g取10 m/s2）
（1）求此时弹簧的压缩量是多少；
（2）将物体B迅速移开，物体A将做周期为0.4 s的简谐运动，若以沿斜面向上的方向为正方向，请在图乙所给的坐标系中作出物体A相对平衡位置的位移随时间的变化曲线图，并在图中标出振幅；
（3）将物体B迅速移开，试证明物体A在斜面上做简谐运动。
试卷第1页，共3页
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参考答案：
1．D
【详解】
ABC．根据弹簧振子的理想化条件：弹簧振子是一个不考虑摩擦阻力，不考虑弹簧的质量，不考虑振子的大小和形状的理想化的物理模型， ABC正确；
D．人受空气的阻力不可忽略，且人不能看成质点，故该系统不可看成弹簧振子，D错误。
故选D。
2．C
【详解】
A．根据简谐运动的定义可知，物体做简谐运动时，回复力为
k是比例系数，x是物体相对平衡位置的位移，可知回复力不一定是合力，也可以是某个力的分力，故A错误；
B．物体做简谐运动时，回复力为F=-kx，k是比例系数，x是物体相对平衡位置的位移，不是弹簧的长度，故B错误；
C．回复力方向总是指向平衡位置，与位移方向相反，根据牛顿第二定律，加速度的方向与合外力的方向相同，所以做简谐运动的物体的加速度方向与位移方向总是相反，故C正确；
D．做简谐运动的物体每次经过平衡位置回复力一定为零，合力不一定为零，故D错误。
故选C。
3．B
【详解】
AB．回复力是根据效果命名的力，不是做简谐运动的物体受到的具体的力，它是由物体受到的具体的力所提供的，在题图情景中弹簧的弹力充当回复力，回复力总是指向平衡位置，故A错误，B正确；
C．回复力与位移的大小成正比，由A向O运动过程中位移的大小在减小，故此过程中回复力逐渐减小，故C错误；
D．弹簧振子在运动过程中机械能守恒，是弹簧与小球系统机械能守恒，小球机械能不守恒，故D错误。
故选B。
4．C
【详解】
回复力应该是振动方向上的合力，即重力和弹簧弹力的合力，故A错；当弹簧弹力为零时钢球受到重力不平衡，故B错；按照简谐运动的对称性可知在钢球位于最高点和最低点时加速度大小相等，方向相反，故C对；对于弹簧和钢球组成的系统来说机械能是守恒的，由于上下运动，重力势能的变化，所以不能说钢球的动能与弹簧的弹性势能之和保持不变，而是三种能量之和保持不变，故D错；
故选C
5．B
【详解】
物体（或物体的某一部分）在某一位置附近的往复运动称为机械振动，树枝的运动、声带的运动以及窗扇的运动均是在其平衡位置附近的振动，只有竖直向上抛出的物体的运动不是在其平衡位置附近的振动。
故选B。
6．C
【详解】
已知A1O1=A2O2，甲、乙两质点分别经过O1、O2时速率相等，结合题意，作出甲质点从A1到O1与乙质点从A2到O2过程的v-t图像，如图所示
容易得出
t1故选C。
7．D
【详解】
AB．将水杯沿竖直方向提起少许，由静止释放并开始计时，则水杯一开始的速度方向竖直向下；由于取竖直向上为正方向，所以开始一段时间内速度为负值，且绝对值由零开始逐渐增大，故AB错误；
CD．水杯由静止开始释放的位置，就是其简谐运动的最高点，所以0时刻水杯的位移为正向最大，随后逐渐减小，故C错误，D正确。
故选D。
8．A
【详解】
A．只有回复力满足的振动才是简谐运动，据此可知，恢复力总是指向平衡位置，A正确；
BC．根据简谐运动的特征得知，物体受到的回复力的方向和位移的方向相反，据牛顿第二定律得：加速度的方向与位移的方向相反，但速度的方向可能与位移的方向相同也可能相反，BC错误；
D．谐振动的加速度，可见加速度随位移的减小而减小，物体向平衡位置运动过程中位移越来越小，所以加速度越来越小，加速度方向和速度方向相同，所以速率越来越大，D错误．
故选A。
9．D
【详解】
A. 简谐运动的速度是变化的，不可能是匀速直线运动。故A错误。
BCD. 简谐运动的加速度随时间按正弦函数周期性变化，是变加速运动。故BC错误D正确。
10．A
【详解】
若从某时刻算起，在半个周期内，振子的速度与开始时等大反向，根据动能定理可知，动能的变化量为零，则合外力的功为零。
故选A。
11．B
【详解】
A．在0.1s时，振子位于平衡位置，动能最大，故A错误；
B．在0.2s时，振子位于负向最大位移处，具有最大势能，故B正确；
C．在0.35s时，振子加速度方向为负方向，故C错误；
D．在0.4s时，振子位于正向最大位移处，且振动能量不为零，故D错误。
故选B。
12．D
【详解】
A．当小球受到的弹力与电场力平衡时
小球所受回复力
所以小球做简谐运动，振幅
当小球速度为0时，弹簧伸长为零（A点时）或（B点时）。故A错误；
B．因为在运动过程中存在电场力对系统做功，所以不满足机械能守恒定律，系统机械能不守恒，故B错误；
C．根据选项A的分析，振幅
故C错误；
D．小球从O到B的过程中，设弹力做功，电场力做功，小球经过O点时的动能，根据动能定理得
故D正确。
故选D。
13．C
【详解】
A．质点做简谐运动的条件是
所以A错误
B．基本电荷的数值是密里根测出来的，B错误
C．向人体发射频率已知的超声波，超声波被血管中的血流反射后又被仪器接收，测出反射波的频率变化就能知道血流的速度，这种方法的原理是“多普勒效应”，C正确
D．电势和电场强度的大小之间没有必然联系，D错误
14．C
【详解】
A. 根据a= ，每次通过同一位置时，加速度相同，故A错误；
B. 经过同一位置，势能相同，由于机械能一定，故动能也相同，故B错误；
C. 经过同一位置，可能离开平衡位置，也可能向平衡位置运动，故速度有两个可能的方向，故C正确；
D. 因为位移是初位置指向末位置的有向线段，末位置都为平衡位置，故位移相同，D错误
15．C
【详解】
AB．因、碰撞后粘在一起，属于完全非弹性碰撞，整个系统有机械能损失，组合体不可能回到的释放点，故AB错误；
C．静止时，根据平衡条件有
对由机械能守恒定律有
根据动量守恒定律有
从、碰撞结束到向上运动到最高点时弹簧恰好处于原长的过程中，对和弹簧组成的系统由机械能守恒定律有
联立解得
故C正确；
D．要使能在斜面上做完整的简谐运动，能运动到的最高点是弹簧恰好处于原长状态时弹簧顶端所在位置，根据C项中解析可知D错误。
故选C。
16． 增加 减少
【详解】
[1] 振子从B点向O点向右运动过程中，弹簧的弹性势能减少，振子的动能增加，速度增加；
[2]振子的加速度
随着向O点靠近，位移x在减小，振子的加速度减少。
17．中心
【详解】
[1]物体在某一中心位置附近所做的往复运动，叫做机械振动，通常简称为振动。
18． 可能 一定
【详解】
[1] 做简谐运动的物体，每次通过同一位置时，速度可能有两种方向，而速度是矢量，所以速度可能不同。
[2] 根据简谐运动的特征
物体每次通过同一位置时，位移一定相同，加速度也一定相同。
19． 物体的一部分 往复
【详解】
[1][2]机械振动：物体或者物体的一部分在一个位置附近所做的往复运动，叫做机械振动。
20．（1）见解析；（2） ；
【详解】
（1）证明：开始时弹簧形变量，规定向下为正方向，依据平衡关系， 之后，，以为平衡点，即原点， 故，故做简谐运动．
（2）a．图像如下图所示，图中的图线和轴围成的面积表示功的大小，所以弹力做功为．
由弹力做功与弹性势能的关系，解得，
b．小球由点到中点，根据动能定理，小球由点到点，根据机械能守恒定律．
解得：．
21．见解析
【详解】
设振子的平衡位置为O向下方向为正方向，此时弹簧已经有了一个伸长量h，设弹簧的劲度系数为k由平衡条件得
当振子向下偏离平衡位置的距离为x时，回复力即合外力为
代入得
可见小球所受合外力与它的位移的关系符合简谐运动的特点，这个小球在做简谐运动。
22．见解析
【详解】
气垫导轨摩擦阻力小、振幅衰减慢、实验现象易观察。
23．（1）；（2），方向向上
【详解】
（1）小球做简谐运动的平衡位置处，设弹簧压缩量为，由回复力为零可得
选小球和弹簧整体为研究对象，由弹簧对水平面的最大压力是1.6mg，可知此时小球处于超重状态，设向上的加速度为a，在最低点由牛顿第二定律得
解得
设此时弹簧压缩量为，则有
由简谐运动情景可得
联立解得
（2）设在最高点时小球对弹簧有压力，则小球受向上的支持力，由简谐运动的对称性可得在最高点，小球加速度仍为
且方向向下，取向下为正，对此时小球受力分析可得
联立可得
假设成立，小球对弹簧产生拉力，大小为0.4mg，方向向上。
24．（1）0.06 m；（2） ；（3）见解析
【详解】
（1）物体A、B在斜面上处于平衡状态，所受外力平衡，设压缩量为x，则有
（mA＋mB）gsin 30°=kx
解得
x=
（2）将物体B移开后，物体A做简谐运动过程，平衡位置弹簧的压缩量
x0=
所以A振动的振幅为
A=x-x0=0.04 m
已知系统的振动周期为T=0.4s，振动的位移随时间的变化关系曲线如图：
（3）设物体A在平衡位置时弹簧的压缩量为x0，则有
mAgsin θ=kx0
当物体A经过平衡位置下方的某一位置时，相对平衡位置的位移的大小为x，则
由以上两式得
F=kx
且位移的方向与F的方向相反,即物体A做简谐运动。
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