人教版选择性必修一 2.2 简谐振动专题(含答案)

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名称 人教版选择性必修一 2.2 简谐振动专题(含答案)
格式 zip
文件大小 1.8MB
资源类型 教案
版本资源 人教版(2019)
科目 物理
更新时间 2022-11-30 21:06:07

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文档简介

人教版选择性必修一第二章简谐振动专题(含答案)
学校:___________姓名:___________班级:___________考号:___________
一、单选题(本大题共10小题,共60.0分)
1. 质点运动的位移与时间的关系如图所示,其中不属于机械振动的是( )
A. B. C. D.
2. 一列沿轴正方向传播的简谐横波,某时刻的波形如图所示.为介质中的一个质点,从该时刻开始的一段极短时间内,对的速度和加速度的描述中,正确的是( )
A. 大小不变,方向沿轴正方向 B. 逐渐减小,方向沿轴正方向
C. 逐渐变大,方向斜向右下方 D. 逐渐变小,方向沿轴正方向
3. 把一个小球套在光滑细杆上,球与轻弹簧相连组成弹簧振子,小球沿杆在水平方向做简谐运动,它围绕平衡位置在、间振动,如图所示。下列结论正确的是( )
A. 小球在位置时,动能最大,加速度最小
B. 小球在、位置时,加速度最大,速度也最大
C. 小球从经到的过程中,速度一直增加
D. 小球从到的过程中,弹簧的弹性势能不断增加
4. 在水平方向上做简谐运动的质点,其振动图象如图所示.若取向右为正方向,则质点的位移向左且速度向右的时间段是( )
A. 到内 B. 到内 C. 到内 D. 到内
5. 弹簧振子做简谐运动,为平衡位置,当它经过点时开始时时,经过,第一次到达点,再经过第二次到达点,则弹簧振子的周期可能为( )
A. B. C. D.
6. 如图甲所示为以点为平衡位置,在、两点间做简谐运动的弹簧振子,图乙为这个弹簧振子的振动图像,由图可知下列说法中正确的是( )
A. 在时,弹簧振子的加速度为正向最大
B. 在与两个时刻,弹簧振子的速度相同
C. 从到时间内,弹簧振子做加速度增大的减速运动
D. 在时,弹簧振子有最小的位移
7. 如图甲所示,弹簧振子以点为平衡位置,在、两点之间做简谐运动.取向右为正方向,振动物体的位移随时间的变化如图乙所示,则由图可知( )
A. 时,振动物体的加速度方向向左
B. 时,振动物体的速度方向向右
C. 在到时间内,振动物体的动能逐渐减小
D. 在到时间内,振动物体通过的路程是
8. 一振子做简谐运动的振幅是,频率为,它从平衡位置开始振动,内位移的大小和路程分别是:( )
A. 、 B. 、 C. 、 D. 、.
9. 如图所示,弹簧振子在振动过程中,振子从到历时,振子经、两点时速度相同,若它从再回到的最短时间为,则该振子的振动频率为( )
A. B. C. D.
10. 水平方向振动的弹簧振子做简谐运动的周期为,振幅为,则下列说法正确的是( )
A. 若在时间内,弹簧的弹力对振子做的功为,则一定是的整数倍
B. 若在时间内,振子运动的位移为,则一定大于
C. 若在时间内,要使振子在时刻的速度等于其在时刻的速度,则一定是的整数倍
D. 若在时间内,振子运动的路程为,则可能小于
二、计算题(本大题共3小题,共40.0分)
11. 如图所示,轻弹簧的下端系着、两球,,,系统静止时弹簧伸长,未超出弹性限度.若剪断、间细绳,则在竖直方向做简谐运动.取,求:
的振幅多大?
球的最大加速度多大?
12. 物体做简谐运动,通过点时的速度为,经过后物体第一次以相同速度通过点,再经过物体紧接着又通过点,已知物体在内所走过的总路程为,则该简谐运动的周期和振幅分别是多大?
一质量为,长度为,横截面积为的木棒,竖直置于足够深得水中静止,然后用手缓慢将木棒顶部压向水面,放开木棒,水的密度为试:已知固有周期为
证明木棒在放手后所做的是简谐运动不考虑水的粘滞阻力
设振动在水面上形成的波的波长为,求水面波传播的速度为多大?
13.
答案和解析
1.【答案】
【解析】
【分析】
本题考查机械能振动的性质,要注意明确其定义,知道物体在某一位置附近的往复运动称为机械振动.
物体在平衡位置附近的往复运动称为机械振动,根据图象可明确哪些为机械振动.
【解答】
根据机械能振动的定义可知,均在某一平衡位置附近往复振动,故ABD均为机械振动;而中的物体没有往复振动过程,故ABD正确,C错误。
本题选择不属于机械振动的;故选:。

2.【答案】
【解析】
【分析】
根据波的传播方向确定质点的振动方向,从而确定速度的变化情况;又,可以求出加速度的变化情况,加速度方向与与回复力方向一致,总是指向平衡位置,由此分析解题即可。
只要掌握了质点的振动方向和波的传播方向之间的关系,就能知道质点的运动方向,从而确定质点的位移的变化情况,进而确定速度和加速度的变化趋势。
【解答】
由题图可得,波沿轴正方向传播,根据微平移法,在该时刻质点的运动方向向上,正向平衡位置靠近,质点的速度逐渐变大,故AB错误;
由于加速度,故随位移逐渐减小,加速度逐渐变小,加速度方向与回复力方向一致,总是指向平衡位置,故沿轴正方向,故C错误,D正确。
故选D。

3.【答案】
【解析】
【分析】
本题主要考查弹簧振子的运动过程,明确简谐运动的特点是解决问题的关键。振子经过平衡位置时,速度最大,动能最大, 回复力为零,加速度为零;振子在最大位移处时,速度为零,加速度最大;振子从最大位移处经过平衡位置向最大位移处运动时,速度先增大后减小;振子从最大位移处向平衡位置运动的过程中,弹簧的形变量减小,则弹性势能不断减小。
【解答】
A.振子经过平衡位置时,速度最大,位移为零,所以经过平衡位置动能最大,回复力为零,加速度为零,故A正确;
B.在、位置时,速度为零,位移最大,回复力最大,加速度最大,故B错误;
C.由于回复力指向平衡位置,所以振子从经到的过程中,回复力先做正功,后做负功,速度先增大后减小,故C错误;
D.小球从到的过程中,弹簧的形变量减小,则弹性势能不断减小,故D错误。
4.【答案】
【解析】
【分析】
假设向右的方向为正方向,则物体的位移向左,应为负值;根据位移图象的斜率等于速度分析速度的方向。
本题考查了简谐运动的图像;物体振动的位移表示物体离开平衡位置的位移,直接能读出物体的位置,根据斜率可直接分析出速度的方向。
【解答】
据题意,假设向右的方向为正方向,则物体的位移向左,位移应为负值,即时间段在内;
根据位移图象的斜率等于速度,可知速度向右,为正值,应在内,故D正确,ABC错误。
故选D。
5.【答案】
【解析】
【分析】
弹簧振子的周期是振子完成一次全振动的时间,分析振子振动的过程,考虑通过点双向性,确定周期。
本题关键要抓住振子开始振动的方向有两种,可能经过两种路线完成一次全振动,即考虑双向性。
【解答】
作出示意图如图,
若从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,若从点开始向左振子按下面路线振动,
令从到的时间为,则有:
则可解得:
则振子的振动周期为:,故B正确,ACD错误。
6.【答案】
【解析】
【分析】
本题考查了振动图像、弹簧振子;要能结合图象进行分析,基础题;由图象直接读出周期和振幅,根据振子的位置分析其速度和加速度大小,振子处于平衡位置时速度最大,在最大位移处时,加速度最大。
【解答】
A.在时,弹簧振子的位移为正向最大,加速度为负向最大,故A错误;
B.由图可知,在与两个时刻,弹簧振子偏离平衡位置的位移一样,速度大小相同,方向相反,故B错误;
C.从到时间内,弹簧振子的位移增大,加速度增大,速度减小,所以弹簧振子做加速度增大的减速运动,故C正确;
D.在时,弹簧振子的位移为负方向最大,故D错误。
故选C。

7.【答案】
【解析】
【分析】
本题考查弹簧振子的运动过程。弹簧振子做简谐运动,振子的加速度方向与位移方向总是相反,总是指向平衡位置;根据图象结合运动过程分析振子的速度方向;根据位移大小的变化,判断动能的变化;从图中读出其振动周期,根据时间与周期的关系求振子通过的路程。
【解答】
A.由题图乙可知,时,振动物体远离平衡位置向右运动,根据可知,回复力方向向左,故加速度方向向左,故A正确;
B.时,振动物体衡位置向左运动,故振动物体的速度方向向左,故B错误;
C.在到时间内,振动物体向平衡位置运动,速度逐渐增大,动能逐渐增大,故C错误;
D.由图乙知,振幅,周期,则在到时间内,振动物体通过的路程是,故D错误。
8.【答案】
【解析】
【分析】
由频率求出周期,振子在一个周期内通过的路程是四个振幅。
本题解题的关键是掌握简谐运动的周期性。
【解答】
振子振动的周期为;
时间,由于从平衡位置开始振动,所以在内振子通过的路程为:

经过,振子到达最大位移处,其位移大小为:,故C正确,ABD错误。
故选C。
9.【答案】
【解析】
【分析】
振子完成一次全振动的时间等于一个周期.根据周期的定义,确定出振子的周期,求出频率。
本题要抓住简谐运动的对称性,确定振子完成一次全振动的时间,得到周期,求出频率。
【解答】
由于振子在、两点的速度相同,则、两点关于点是对称的,所以到点的时间为,而从再回到的最短时间为,则从再回到的最短时间为,所以从到最大位移处的最短时间为,因此振子的振动周期为,那么振子的振动频率为。
故选:。
10.【答案】
【解析】
【分析】
本题也可以通过作振子的位移图象进行分析,要抓住振子简谐运动的周期性和对称性。
【解答】
A、若在时间内,弹簧的弹力对振子做的功为,两个时刻振子可能经过关于平衡位置对称的位置,所以不一定是的整数倍,故A错误;
B、若在时间内,振子运动的位移为,两个时刻振子经过同一位置,所以可能小于,故B错误;
C、若在时间内,要使振子在时刻速度等于其在时刻速度,可能是的整数倍,也可能振子经过关于平衡位置对称的位置,则不是的整数倍,故C错误;
D、若在时间内,若不是从平衡位置计时,则经过,振子运动的路程可能大于,也可能小于,所以振子运动的路程为,则可能小于,故D正确。
故选:。
11.【答案】解:开始静止时:,解得:
只挂球并静止时弹簧伸长量:
则:
故振幅:
剪断细绳瞬间,受弹力最大,合力最大,加速度最大,
根据牛顿第二定律得:
则:
答:的振幅为;
球的最大加速度为.
【解析】振幅等于离开平衡位置的最大距离,剪断细线后,求出平衡位置时弹簧的伸长量,从而得出的振幅;
在最低点时,加速度最大,根据牛顿第二定律求出球的最大加速度.
本题主要考查了简谐运动、共点力平衡和牛顿第二定律的综合运用,知道振幅等于离开平衡位置的最大距离,知道小球在最低点时加速度大小最大.
12.【答案】解:物体通过点和点时的速度大小相等,、两点一定关于平衡位置对称.依题意作出物体的振动路径草图如图甲、乙所示:
在图甲中物体从向右运动到,即图中从运动到,时间为,从运动到,又经过,从到共经历了,
即,,。
在图乙中,物体从先向左运动,当物体第一次以相同的速度通过点时,即图中从运动到时,时间为,从运动到,又经过,同样、两点关于点对称,从图中可以看出从运动到共经历了,
即,,,。
答:,或,。

【解析】本题考查了简谐运动的基本概念,掌握简谐运动的特点是解题的关键。
简谐运动的质点,先后以相同的速度通过、两点,则可判定这两点关于平衡位置对称。若物体直接从向运动,从到再到的时间可能为半个周期;物体也可能从向最大位移处再运动到,时间也可能为一个半周期。
13.【答案】解:如图
对受力分析,开始时静止,由得:

用手下压距离,则所受合力为:


所以有:
即木棒所受合外力与位移成正比,方向与位移方向相反,所以木棒做的是简谐运动.
由和得:


答:
证明略.
水面波传播的速度为.
【解析】简谐运动的特征是,分析木棒的受力情况,其合力提供回复力,结合浮力公式分析回复力与位移的关系来证明.
先求出木棒的振动周期,再求波速.
解决本题的关键要正确分析木棒的受力情况,知道木棒所受的合力提供回复力,抓住简谐运动的特征来证明.
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