人教版(2019)选择性必修一 第二章 机械振动 章末综合练
一、单选题
1.下列叙述中符合物理学史实的是( )
A.伽利略发现了单摆的周期公式
B.法拉第发现了电流的磁效应
C.库仑通过扭秤实验得出了电荷间相互作用的规律
D.牛顿通过斜面理想实验得出了维持运动不需要力的结论
2.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
3.在“探究单摆的周期与摆长的关系”的实验中,下列做法正确的是( )
A.为测量摆线长,必须使单摆处于水平拉直状态
B.单摆偏离平衡位置的角度必须严格控制在以内
C.当单摆经过最高点时开始计时,单摆完成30次全振动所用的时间t,用作为单摆的振动周期
D.当单摆经过平衡位置时开始计时,单摆完成30次全振动所用的时间t,用作为单摆的振动周期
4.物体做简谐运动,通过A点时的速度为v,经过4s后物体第一次以相同的速度通过B点,再经过2s后物体紧接着又通过B点,已知物体在6s内经过的路程为6cm。则物体运动的周期和振幅分别为( )
A.4s,6cm B.12s,3cm
C.8s,12cm D.8s,3cm
5.用单摆测定重力加速度,根据的原理是( )
A.由g=看出,T一定时,g与l成正比
B.由于单摆的振动周期T和摆长l可用实验测定,利用g=可算出当地的重力加速度
C.由g=看出,l一定时,g与T2成反比
D.同一地区单摆的周期不变,不同地区的重力加速度与周期的平方成反比
6.如图1所示,弹簧振子在竖直方向做简谐振动。以其平衡位置为坐标原点,竖直方向上为正方向建立坐标轴,振子的位移x随时间t的变化如图2所示,下列说法正确的是( )
A.振子的振幅为4cm B.在0-4s内振子做了4次全振动
C.t=1s时,振子的速度为正的最大值 D.t=1s时,振子动能最小
7.一弹簧振子做简谐运动,O为平衡位置,当t=0时刻,振子经过O点,t=0.4s时,第一次到达M点,t=0.5s时振子第二次到达M点,则弹簧振子的周期可能为( )
A.0.6s B.1.2s C.2.0s D.2.6s
8.某弹簧振子在0~5s内的振动图像如图所示。下列说法正确的是( )
A.振子的振动周期为2s,振幅为8cm
B.第2s末,振子的加速度为正向的最大值
C.从第1s末到第2s末,振子在做加速运动
D.第2s末,振子的速度为正向的最大值
9.如图所示为同一地点的两个单摆甲、乙的振动图象,下列说法正确的是( )
A.甲单摆的摆长大于乙单摆的摆长 B.甲摆的机械能比乙摆的大
C.在t=0.5 s时有正向最大加速度的是乙摆 D.由图象可以求出当地的重力加速度
10.一只单摆,在第一个星球表面上的振动周期为,在第二个星球表面上的振动周期为。若这两个星球的质量之比,半径之比,则等于( )
A. B. C. D.
11.在科学研究中,科学家常将未知现象同已知现象进行比较,找出其共同点,进一步推测未知现象的特性和规律。法国物理学家库仑在研究异种电荷的吸引问题时,曾将扭秤的振动周期与电荷间距离的关系类比单摆的振动周期与摆球到地心距离的关系。已知单摆摆长为l,引力常量为G,地球的质量为M。摆球到地心的距离为r,则单摆振动周期T与距离r的关系式为( )
A. B.
C. D.
12.有两个同学利用假期分别去参观北京大学和南京大学的物理实验室,各自在那里利用先进的系统较准确地探究了“单摆的周期与摆长的关系”,他们通过校园网交换实验数据,并由计算机绘制了图象,如图甲所示;另外,在南京大学做探究的同学还利用计算机绘制了、两个摆球的振动图象(如图乙所示),则下列说法正确的是( )
A.去北京大学的同学所测实验结果对应图甲中的A线
B.由图乙可知,两单摆摆长之比
C.在时,球正沿轴负方向运动
D.在时,球正沿轴正方向运动
二、填空题
13.判断下列说法的正误:
(1)周期、频率是表征物体做简谐运动快慢程度的物理量。( )
(2)振幅等于振子运动轨迹的长度。( )
(3)弹簧振子每次经过平衡位置时,位移为零、动能最大。( )
14.回复力
(1)定义:使振动物体回到______的力.
(2)方向:总是指向______.
(3)表达式:F=______.
15.判断下列说法的正误。
(1)受迫振动的频率与振动系统的固有频率无关。( )
(2)驱动力频率越大,振幅越大。( )
(3)共振只有害处没有好处。( )
(4)做受迫振动的物体一定会发生共振。( )
(5)阻尼振动的频率随振幅的减小而不断减小。( )
16.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。
17.一个质点经过平衡位置O,在A、B间做简谐运动,如图甲所示,它的振动图象如图乙所示,设向右为正方向,则:
(1)OB=___________cm。
(2)第0.2s末质点的速度方向是___________,加速度的大小为___________。
(3)第0.4s末质点的加速度方向是___________。
(4)第0.7s时,质点位置在___________点与___________点之间。
(5)质点振动的周期T=___________s。
(6)在4s内完成___________次全振动。
三、解答题
18.如图所示,图甲是一个单摆振动的情形,O是它的平衡位置,B、C是摆球所能到达的最远位置。设摆球向右运动为正方向,图乙是这个单摆的振动图像,根据图像回答:
(1)单摆振动的频率是多大?
(2)开始时刻摆球在何位置?
(3)若当地的重力加速度为9.86 m/s2,则这个摆的摆长是多少?
19.如图所示,某质点做简谐运动的图像上有a、b、c、d、e、f六个点,其中:
(1)与a位移相同的点有哪些?
(2)与b速度相同的点有哪些?
(3)质点离平衡位置的最大距离为多大?
20.两木块A、B质量分别为m、2m,用劲度系数为k的轻弹簧连在一起,放在水平地面上,如图所示,用外力将木块A压下一段距离静止,释放后A在竖直方向做简谐运动,在A振动过程中,木块B刚好未离开地面。重力加速度为g,求:
(1)木块A的最大加速度值;
(2)B给地面的最大压力值。
21.一弹簧振子如图甲所示,取水平向右为振子偏离平衡位置的位移的正方向,得到如图乙所示的振动图像。
(1)求弹簧振子的振动方程;
(2)求时,振子偏离平衡位置的位移x;
(3)经测量,振子的质量为0.4kg,弹簧的劲度系数为,求振子的最大回复力F与最大加速度a。
22.将在地球上校准的摆钟拿到月球上去,若此钟在月球记录的时间是1h,那么实际上的时间应是h。(月球表面的重力加速度是地球表面的)。若要把此摆钟调准,应将摆长L0调节为多少?
试卷第1页,共3页
试卷第1页,共3页
参考答案:
1.C
【详解】
A.伽利略发现了单摆的等时性,惠更斯得出了单摆的周期公式,A错误。
B.奥斯特发现了电生磁,法拉第发现了电磁感应现象,B错误。
C.库仑首先通过扭秤实验得出了电荷间相互作用的规律,C正确。
D.伽利略通过斜面理想实验得出了维持运动不需要力的结论,D错误。
故选C。
2.B
【详解】
由图知,单摆的周期
由单摆的周期公式
得摆长
摆角
而摆球所受的回复力
由于摆球的质量m未知,所以无法确定其回复力。
故选B。
3.D
【详解】
A.测量摆线长,必须使单摆处于竖直状态,故A错误;
B.单摆偏离平衡位置的角度一般控制在以内,但也可以稍微超过5°,故B错误;
CD.应当单摆经过平衡位置时开始计时,这时摆球速度最大计时误差最小,单摆完成30次全振动所用的时间t,则用作为单摆的振动周期,故C错误,D正确。
故选D。
4.B
【详解】
由简谐振动的规律可知,因为过A、B点速度相等,AB两点一定关于平衡位置O对称,即从O到B的时间为2s,从B到速度为零的位置为1s,故
则
T=12s
因为从A点开始到再次回到B点为半个周期,其路程为6cm,则
2A=6cm
得
A=3cm
故选B。
5.B
【详解】
ACD.重力加速度g是由所处的地理位置的情况来决定的,与摆长和周期的大小无关,故ACD错误;
B.根据单摆的周期公式
可得
可知测出单摆的周期和摆长,可以求出当地的重力加速度,故B正确。
故选B。
6.C
【详解】
AB.由振动图像可知,该弹簧振子的振幅为
A=2cm
周期为
T=2s
在0-4s内振子做了2次全振动,选项AB错误;
CD.t=1s时,振子在平衡位置,向y轴正向运动,速度最大,动能最大,选项C正确,D错误。
故选C。
7.A
【详解】
做出示意图如图,若从O点开始向右振子按下面路线振动,则振子的振动周期为
如图,若从O点开始向左振子按下面路线振动,M1为M点关于平衡位置O的对称位置。
则振子的振动周期为
BCD错误,A正确。
故选A。
8.B
【详解】
A.振幅是位移的最大值的大小,故振幅8cm,而周期是完成一次全振动的时间,振动周期为4s,故A错误;
B.第2s末振子的位移是负向最大,由
可得加速度为正向的最大值,故B正确;
C.从第1s末到第2s末振子的速度指向最大位移处,加速度指向平衡位置,所以在做减速运动,故C错误
D.第2s末,振子运动到负向最大位移处,速度为零,故D错误。
故选B。
9.C
【详解】
A.由题图可知,两单摆的周期相同,同一地点重力加速度g相同,由单摆的周期公式可知,甲、乙两单摆的摆长相等,选项A错误;
B.尽管甲摆的振幅比乙摆大,两摆的摆长相等,但由于两摆的质量未知,故无法比较机械能的大小,选项B错误;
C.在t=0.5 s时,甲摆经过平衡位置,摆动的加速度为零,而乙摆的位移为负的最大,则乙摆具有正向最大加速度,选项C正确;
D.由单摆的周期公式得
由于不知道单摆的摆长,所以不能求得重力加速度,选项D错误。
故选C。
10.A
【详解】
由单摆的周期公式可知
故
再由
可得
可知
故选A。
11.B
【详解】
设到地心的距离为r处的重力加速度为g,由万有引力近似等于重力可知
故r处重力加速度为
由单摆周期公式可得
故选B。
12.B
【详解】
A.根据得
知图象的斜率越大,则重力加速度越小,因为南京当地的重力加速度小于北京,去北大的同学所测实验结果对应的图线的斜率小,应该是B图线,故A错误;
B.由振动图线知,两单摆的周期比为
根据知两单摆摆长之比
故B正确;
C.由振动图象得,在时,球在负方向最大位移处,速度为零,向y轴正方向运动,故C错误;
D.由振动图象得,在时,b球沿y轴负方向运动,故D错误。
故选B。
13. 正确 错误 正确
【详解】
(1)[1]周期、频率是表征物体做简谐运动快慢程度的物理量,该说法正确。
(2)[2]振幅等于振子偏离平衡位置的最大距离,题中说法错误。
(3)[3]弹簧振子每次经过平衡位置时,位移为零、动能最大,该说法正确。
14. 平衡位置 平衡位置 -kx.
【详解】
略
15. 正确 错误 错误 错误 错误
【详解】
略
16. 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。
17. 5 O→A 0 A→O O B 0.8 5
【详解】
(1)[1]从图象上可以看出振幅是5cm,所以
OB=5cm
(2)[2]根据正方向的规定及振动图象可知,质点从位置B开始计时,第0.2s末,质点回到平衡位置O,向负方向运动,所以此时速度方向从O指向A,位移为零;
[3]由
F=-kx
可知回复力为
F=0
所以加速度
a=0
(3)[4]第0.4s末质点到达A点,位移为负,回复力F应为正,此时加速度方向由A指向O;
(4)[5][6]第0.7s时,质点从平衡位置向B位置运动,则质点在O点和B点之间;
(5)[7]根据图象可知,振动周期为
T=0.8s
(6)[8]在4s内完成全振动的次数为
18.(1)1.25 Hz;(2)在B点;(3)0.16 m
【详解】
(1)由单摆振动图像得T=0.8s,故频率为
f==1.25Hz
(2)开始时刻摆球在负方向最大位移处,故开始时刻摆球在B点。
(3)根据公式T=2π可得
19.(1)b、e、f三点;(2)c、f;(3)2cm
【详解】
(1)简谐运动的位移为从平衡位置指向振子的有向线段,a点对应的位移为+1m,故与a点位移相同的点有b、e、f三点;
(2)与b速度相同的点有c、f,速度沿负方向;
(3)质点离平衡位置的最大距离为2cm。
20.(1)3g;(2)6mg
【详解】
(1)由于A做简谐运动,在最高点和最低点加速度最大,在最高点时,木块B刚好对地面的压力为零,此时弹簧弹力
对A物体,根据牛顿第二定律可得
木块A的最大加速度
(2)由对称性可知在最低点的加速度向上
对A受力分析由
对B受力分析由
由牛顿第三定律得
21.(1);(2);(3);
【详解】
(1)根据图像可知周期
振幅
初相位为,则振动方程为
(2)将代入振动方程,解得
(3)弹簧的最大回复力
根据牛顿第二定律得最大加速度
22.
【详解】
对于一个确定的摆钟,其内部结构决定了它每摆动一个周期记录的时间是一定的.每摆动一个周期,在钟表上的记录时间为一定值,此定值与实际所用时间不一定相等.设在地球上校准的摆钟周期为T0,月球摆钟记录时间为t0,摆钟全振动次数为N,实际时间为t1,月球上摆钟周期为T1,则
由公式
则有
===
所求实际时间为
t1=·t0=t0
要把该摆钟调准,需将摆长调为。
答案第1页,共2页
答案第1页,共2页