高二物理粤教版（2019）选择性必修一 2.1简谐运动 课时作业（含解析）

2.1简谐运动
一、单选题
1．关于弹簧振子的运动，下列说法中正确的是（　　）
A．匀速直线运动 B．匀减速直线运动
C．匀加速直线运动 D．变速直线运动
2．有一弹簧振子做简谐运动，则（　　）
A．加速度最大时，速度最大
B．速度最大时，位移最大
C．位移最大时，回复力最大
D．回复力最大时，加速度不一定最大
3．简谐振动属于（　　）
A．匀变速直线运动 B．匀速直线运动 C．曲线运动 D．变速运动
4．物体做下列运动时，加速度和速度方向的关系表述正确的是（　　）
A．简谐运动中加速度与速度始终同向
B．竖直上抛运动中加速度与速度始终同向
C．匀速圆周运动中加速度方向与速度方向始终垂直
D．自由落体运动中加速度与速度方向可以相同、也可以相反
5．以下运动中，加速度大小和方向都发生变化的是（　　）
A．自由落体运动 B．简谐运动
C．匀速圆周运动 D．平抛运动
6．简谐运动是下列哪一种运动（　　）
A．匀变速运动 B．变加速运动 C．匀速运动 D．匀加速运动
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．质点做简谐运动，下列说法正确的是（　　）
A．它受到的回复力始终不为零
B．速度方向总是跟位移方向相反
C．位移越大则回复力越大
D．简谐运动是匀变速运动
9．如图所示，将一轻弹簧竖直固定在水平地面上，质量为m的小球从弹簧上端由静止释放，小球沿竖直方向向下运动的过程中，弹簧始终保持在弹性限度内，重力加速度为g，下列说法正确的是（　　）
A．当小球速度为零时，小球的加速度大小大于g
B．小球的加速度随位移均匀变化
C．小球的重力势能与弹簧的弹性势能之和保持不变
D．小球、地球组成的系统机械能守恒
10．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
11．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，它的平衡位置为O，在A、B间振动，如图所示，下列结论正确的是(　　)
A．小球在O位置时，动能最大，加速度最小
B．小球在A、B位置时，动能最大，加速度最大
C．小球从A经O到B的过程中，回复力一直做正功
D．小球从A经O到B的过程中，回复力一直做负功
12．如图所示，弹簧下面挂一质量为m的物体，物体在竖直方向上做振幅为A的简谐运动，当物体振动到最高点时，弹簧正好处于原长，弹簧在弹性限度内，则物体在振动过程中
A．弹簧的弹性势能和物体动能总和不变
B．物体在最低点时的加速度大小应为2g
C．物体在最低点时所受弹簧的弹力大小应为mg
D．弹簧的最大弹性势能等于2mgA
二、多选题
13．如图所示为一单摆的振动图像，则(　　)
A．t1和t3时刻摆线的拉力等大
B．t1和t3时刻摆球速度相等
C．t3时刻摆球速度正在减小
D．t4时刻摆线的拉力正在减小
E．t5时刻摆球加速度正在减小
14．某一质点作简谐运动，其位移x随时间t变化的图象如图所示，下列说法中正确的是（　　）
A．振幅为2cm B．振动周期为4s
C．t=3s时质点的速度为0 D．t=2s时质点的加速度最大
15．下列说法不正确的是（ ）
A．用透明的标准样板和单色光检查平面的平整度是利用了光的偏振
B．如果做振动的质点所受的合外力总是指向平衡位置，质点的运动就是简谐运动
C．波在传播的过程中，介质质点将沿波的传播方向做匀速运动
D．变化的电场周围不一定产生变化的磁场
E．狭义相对论认为：在惯性参照系中，光速与光源、观察者间的相对运动无关
三、解答题
16．如图所示的装置，把小球向右拉开一段距离后释放，可以观察到小球左右运动了一段时间，最终停止运动。
（1）小球的运动具有什么特点？为什么小球最终停止运动？
（2）在横杆上涂上一层润滑油，重复刚才的实验，观察到的结果与第一次实验有何不同？
（3）猜想：如果小球受到的阻力忽略不计，弹簧的质量比小球的质量小得多，也忽略不计，实验结果如何？
17．如图所示，光滑槽的半径R远大于小球运动的弧长，现有一个小球（可视为质点），由静止释放，小球在往复运动过程中能量是如何转化的？请定性分析小球的回复力。
参考答案：
1．D
【详解】ABC．简谐运动物体的速度随时间作周期性变化，平衡位置速度最大，最大位移处速度为零，故ABC错误；
D．简谐运动的回复力和加速度随时间作周期性变化，是变加速运动，故D正确。
故选D。
2．C
【详解】C．根据回复力公式可知，位移最大时，回复力最大，故C正确；
D．根据牛顿第二定律可得，回复力最大，加速度最大，故D错误；
AB．加速度最大时，位移最大，速度最小，故AB错误；
故选C。
3．D
【详解】ABD． 简谐振动的回复力特征是
根据牛顿第二定律得其加速度
简谐运动中，质点相对于平衡位置的位移x是周期性变化的，则其加速度随时间也是周期性变化的，速度也是周期性变化的，故D正确AB错误。
C.弹簧振子在水平方向上所做的简谐运动不是曲线运动，故C错误 故选D。
4．C
【详解】A．简谐运动中，当振子做加速运动时，加速度和速度方向相同，当做减速运动时，加速度个速度方向相反。故A错误；
B．竖直上抛运动中，上升阶段，加速度与速度方向相反。故B错误；
C．匀速圆周运动中加速度方向与速度方向始终垂直，只改变物体的速度方向。故C正确；
D．自由落体运动中加速度与速度方向相同，均为竖直向下。故D错误。
故选C。
5．B
【详解】A．自由落体运动的加速度大小和方向都不变，为重力加速度，故A错误；
B．简谐运动的恢复力
合外力大小和方向发生变化，加速度大小和方向发生变化，故B正确；
C．匀速圆周运动的加速度大小不变，方向始终指向圆心，方向时刻变化，故C错误；
D．平抛运动的加速度大小和方向都不变，为重力加速度，故D错误；
故选B。
6．B
【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B正确。
故选B。
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．C
【详解】A．做简谐振动的质点，当回到平衡位置时它受到的回复力为零，选项A错误；
B．当质点远离平衡位置运动时，速度方向跟位移方向相同；当质点衡位置运动时，速度方向跟位移方向相反，选项B错误；
C．根据F=-kx可知，质点的位移越大则回复力越大，选项C正确；
D．简谐运动的加速度随位移不断变化，是非匀变速运动，选项D错误。
故选C。
9．B
【详解】A．无初速释放小球，在开始时小球的加速度大小等于重力加速度g的大小，根据简谐运动的对称性知小球运动到最低点时加速度大小也为重力加速度g的大小，方向竖直向上，故A错误；
B．小球从无初速度释放到重力与弹力相等的位置过程中，弹簧的弹力小于重力，合力向下，根据牛顿第二定律
可得
过平衡位置到速度为零的过程中，弹簧的弹力大于重力，合力向上，根据牛顿第二定律
解得
由此可知小球的加速度随位移均匀变化，故B正确；
C．小球从无初速度释到速度为零的过程中，弹簧的弹力先小于重力，合力向下，小球做加速运动，弹力逐渐增大，合力减小，加速度减小。后来弹簧的弹力大于重力，合力向上，小球做减速运动，随着弹力的增大，合力增大，加速度增大，所以，其速度先增大后减小，即小球的动能先增大后减小，因在下落过程中，小球与弹簧组成的系统机械能守恒，所以小球的重力势能与弹簧弹性势能之和先减小后增大，故C错误；
D．小球与弹簧接触后向下运动过程，除重力做功外，弹簧的弹力对小球做负功，小球机械能减小，小球、地球组成的系统的机械能不守恒，故D错误。
故选B。
10．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．
11．A
【详解】A．小球在平衡位置O点时动能最大，加速度为零，在A、B位置时，动能为零，加速度最大，因此A正确，B错误；
CD．小球衡位置时，回复力做正功；远离平衡位置时，回复力做负功．振动过程中总能量不变，因此CD选项不正确。
故选A。
12．D
【详解】A．系统机械能守恒，动能、重力势能、弹性势能总量不变，振动过程中重力势能一直变化，弹簧的弹性势能和物体动能总和一直变化，故A错误；
B．根据振动对称性，最低点与最高点关于平衡位置对称，最低点时弹簧形变量2A，弹力2kA，弹力与重力合力
方向向上，加速度为g向上，故B错误；
C．最低点时弹簧形变量2A，弹力2kA=2mg，故C错误；
D．振动最低点，弹簧的弹性势能最大，系统机械能守恒，重力势能转化为弹性势能，
故D正确．
13．ADE
【详解】（1）由图像可知，t1和t3时刻，摆球所处位置重合，绳子拉力等大，A正确；
（2）由图像可知，t1和t3两个时刻，摆球恰好经过同一位置，速度大小相等，方向相反，B错误；
（3）在t3时刻，摆球正向着平衡位置运动，速度正在增大，C错误；
（4）在t4时刻，摆球正在远离平衡位置，速度正在减小，绳子拉力正在减小，D正确；
（5）在t5时刻，摆球正在衡位置，回复力正在减小，加速度正在减小，E正确．
故本题正确答案选ADE．
14．ABC
【详解】A．根据振动图象可得振幅为2cm，故A正确；
B．根据图象可得振动周期为4s，故B正确；
C．在时，质点在正的最大位移处，此时质点的速度最小，为零，故C正确；
D．在时，质点经过平衡位置，根据得出此时质点的加速度最小，为零，故D错误；
故选ABC。
15．ABC
【分析】检查平面的平整度是利用了光的干涉；当满足F=-kx，即回复力与离开平衡位置的位移大小成正比，方向相反；波中的质点不随波迁移；变化有均匀变化与非均匀变化；光速不变原理，与光源、观察者间的相对运动无关，从而即可求解．
【详解】A．用透明的标准样板和单色光检查平面的平整度是利用了光的干涉，并不是光的偏振，故A错误，符合题意；
B．若回复力与离开平衡位置的位移大小成正比，方向相反的振动，才是简谐运动，故B错误，符合题意；
C．波在传播的过程中，质点不随波迁移，故C错误，符合题意；
D．非均匀变化的电场周围产生非均匀变化的磁场，而均匀变化的电场周围产生稳定的磁场，故D正确，不符合题意；
E．相对论认为：在任何参照系中，光速不变，与光源、观察者间的相对运动无关，故E正确，不符合题意；
故选ABC．
【点睛】此题考查光的干涉与偏振的区别，理解简谐运动的特点：回复力与位移是正比反向关系；注意质点不随波迁移；磁场的变化有非均匀变化与均匀变化之分．
16．（1）小球的运动具有往复性；小球因为受到阻力的作用最终停止运动；（2）小球往复运动的次数增多，运动时间变长；（3）小球将持续地做往复运动
【详解】略
17．见解析
【详解】设小球从A静止释放，如图
从，小球的重力势能转化为动能，从，动能转化为重力势能，从，小球的重力势能转化为动能，从，动能转化为重力势能，周而复始，其中小球在O点速度最大，在A、B点速度为零；
在运动过程中小球的回复力，由小球重力沿圆弧切线方向的分力提供。