高二物理（粤教版2019）选择性必修一第二章《机械振动》素养形成性达标训练卷（含解析）

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第二章 机械振--素养形成性达标训练卷
(考试时间：75分钟 满分：100分)
注意事项：
1．答卷前，考生务必将自己的姓名、准考证号等填写在答题卡和试卷指定位置上。
2．回答选择题时，选出每小题答案后，用铅笔把答题卡上对应题目的答案标号涂黑。如需改动，用橡皮擦干净后，再选涂其他答案标号。回答非选择题时，将答案写在答题卡上。写在本试卷上无效。
3．考试结束后，将本试卷和答题卡一并交回
第Ⅰ卷 选择题
一．选择题（本题共10小题，共46分，在每小题给出的四个选项中，1~7题只有一项符合题目要求，每小题4分，8~10题有多项符合题目要求，全部选对得6分，选对但不全的得3分，有选错或不答得0分。）
1．（23-24高二上·全国·课后作业）简谐运动是下列哪一种运动（ ）
A．匀变速运动 B．匀速直线运动
C．非匀变速运动 D．匀加速直线运动
2．（23-24高二下·浙江湖州·期末）一个单摆在地面上做受迫振动，其振幅与驱动力频率的关系如图所示，下列说法正确的是（　　）
A．此单摆的固有周期约为4s
B．此单摆的摆长约为2m
C．若摆长增大，单摆的固有频率减小
D．若摆长增大，曲线的峰将向右移动
3．（23-24高二下·河北邢台·阶段练习）如图所示，质量均为m的物块甲、乙静止于倾角的固定光滑斜面上，二者间用平行于斜面的轻质弹簧相连，乙紧靠在垂直于斜面的挡板上。缓慢使甲压缩弹簧到某位置后撤去外力，此后甲在斜面上做简谐运动，乙恰好不能脱离挡板。弹簧的劲度系数为k，重力加速度大小为g，则甲的振幅为（ ）
A． B． C． D．
4．（23-24高二下·广东惠州·期中）如图所示，光滑水平面上的弹簧振子以O点为平衡位置在B、C两点间做简谐运动，取向左为正方向，则振子从O点运动到B点的过程中（　　）
A．位移不断增大
B．加速度不断减小
C．位移方向与加速度方向始终相同
D．速度增大，弹性势能增大
5．（23-24高二上·浙江·阶段练习）图甲中的弹簧振子竖直放置，将小球从平衡位置往下拉至某一位置后释放，小球在平衡位置附近上下振动，弹簧在弹性限度内；图乙中小球由静止释放后可绕固定点来回摆动。忽略一切阻力，则下列说法正确的是（　　）
A．图甲中的小球在运动过程中机械能守恒
B．图乙中的小球一定做简谐运动
C．图乙中的小球在经过最低点时合力为零
D．图甲中的小球的回复力方向与位移方向始终相反
6．（22-23高三上·江苏南京·阶段练习）为了提高松树上松果的采摘率和工作效率，工程技术人员利用松果的惯性发明了用打击杆、振动器使松果落下的两种装量。如图甲、乙所示。则（　　）
A．针对不同树木，落果效果最好的振动频率可能不同
B．随着振动器频率的增加，树干振动的幅度一定增大
C．打击杆对不同粗细树干打击结束后，树干的振动频率相同
D．振动器稳定工作后，不同粗细树干的振动频率不同
7．（23-24高二下·山东青岛·期末）如图甲，一只小鸟飞到树枝上休息，从它与树枝接触之后的一段时间内，其上下振动的图像如图乙，速度取向下为正。以下说法正确的是（　　）
A．时刻小鸟速度向下达到最大，树枝对其弹力达到最大
B．时刻小鸟处于最低位置
C．时刻小鸟处于静止状态，所受合力为零
D．时刻小鸟处在最高点
8．（22-23高二下·广东佛山·期中）我国古代有一种利用共振原理的古琴调弦技术，将一小纸人放在需要调整音准的弦上，然后拨动另一个音调准确的古琴上对应的琴弦，小纸人跳动越明显代表音调越准确，调准音调后，下列说法正确的是（　　）
A．拨动其他音调的琴弦，小纸人跳动不明显
B．敲击对应音调的音叉，也可以让小纸人跳动明显
C．拨动对应音调的琴弦力量越大，小纸人跳动幅度越大
D．调弦过程中琴弦的机械能将全部转化为纸人的机械能
9．（23-24高二上·重庆黔江·阶段练习）如图所示为获取弹簧振子的位移—时间图像的一种方法，改变纸带运动的速度，下列说法正确的是（ ）
A．图示时刻，振子正经过平衡位置向右运动
B．如果纸带不动，作出的振动图像是一段线段
C．如果纸带不动，作出的振动图像仍然是正弦函数曲线
D．若纸带运动的速度不恒定，则纸带上描出的仍然是简谐运动的正弦函数图像
10．（23-24高二下·湖南娄底·期末）如图1所示，质量相等的小球和点光源，分别用相同的弹簧竖直悬挂于同一水平杆上，间距为l，竖直悬挂的观测屏与小球水平间距为2l，小球和光源做小振幅运动时，在观测屏上可观测小球影子的运动。以竖直向上为正方向，小球和光源的振动图像如图2所示，则（　　）
A．时刻小球向下运动 B．时刻小球与影子相位差为π
C．时刻光源的加速度向上 D．时刻影子的位移为5A
第Ⅱ卷 非选择题
二、非选择题
11．（6分）（2023高二下·天津·期中）如图所示，在“探究单摆周期与摆长的关系”的实验中：
（1）用毫米刻度尺量出悬点到摆球的线长为l，用游标卡尺测出摆球直径为d，则单摆的摆长为 ；
（2）某同学根据实验数据作出的图像如图所示。造成图像不过坐标点的原因可能是 。
A．摆长测量偏大 B．摆长测量偏小
C．周期测量偏大 D．周期测量偏小
12．（9分）（23-24高二下·广东汕头·阶段练习）在“用单摆测量重力加速度”的实验中：
（1）下面叙述正确的是 （选填选项前的字母）
A．和长度不同的同种细线，选用的细线做摆线；
B．直径为的塑料球和铁球，选用铁球做摆球；
C． 如图甲、乙，摆线上端的两种悬挂方式，选甲方式悬挂；
D．当单摆经过平衡位置时开始计时，50次经过平衡位置后停止计时，用此时间除以50做为单摆振动的周期
（2）若用游标卡尺测得小球的直径 mm
（3）某同学用一个铁锁代替小球做实验。只改变摆线的长度，测量了摆线长度分别为和时单摆的周期和，则可得重力加速度 （用测出的物理量表示）；该同学测量了多组实验数据做出了图像，该图像对应下面的 图。
A． B．
C． D．
13．（8分）（23-24高二下·河南漯河·阶段练习）如图所示，在竖直的光滑套管中有一根劲度系数k=800N/m、长30cm的轻弹簧。现让质量m=4kg的物块P与弹簧上端轻轻接触并静止释放，则物块P将在套管中做简谐运动。取平衡位置为重力势能零点，弹簧处于原长时弹性势能为零，（g=10m/s2）。求：
（1）物块P振动加速度的最大值am和振幅A；
（2）弹簧的最大弹力Fm和振动系统的最大势能Epm。
14．（13分）（22-23高二下·北京海淀·期中）单摆是我们研究简谐运动中常用的模型。已知某单摆的摆长为，摆球质量为，当地重力加速度为。将此摆球在所在的竖直平面内向拉离平衡位置一个小角度，自由释放。
（1）在很小时，（其中为小球的位移），由此写出单摆回复力与位移的关系式，并说明为何单摆可视为简谐运动；
（2）简谐运动的周期公式（其中k是回复力与位移的比例系数，为系统的质量），结合（1）推导出单摆的周期公式；
15.（18分）（23-24高二上·江苏南京·阶段练习）如图甲所示，轻质弹簧下端固定在水平地面上，上端连接一轻质薄板。一质量为的物块从其正上方某处由静止下落，下落落至薄板上后和薄板始终粘连，下落到最低位置，下落到最低位置过程中加速度随位置变化的图像如图乙所示。弹簧形变始终在弹性限度内，空气阻力不计，（取10，取）求：
(1)下落到最低位置的加速度；
(2)若弹簧振子的周期公式为，求物块做简谐运动时的周期；
(3)下落到最低点开始计时，用正弦函数表示出振动方程（向下为正方向）。
答案和解析
参考答案：
题号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
答案 C C B A D A B ABC AB AD
1．C
【详解】简谐运动的x-t图像是一条正弦曲线，其图像的斜率既不是定值，且随t也并非均匀变化，所以简谐运动是非匀变速运动，故C正确，ABD错误。
故选C。
2．C
【详解】AB．由图可知，单摆的固有频率约为，则单摆的固有周期约为
由单摆周期公式可得，此单摆的摆长约为，故AB错误；
CD．若摆长增大，单摆固有周期变大，单摆的固有频率减小，曲线的峰将向左移动，故C正确，D错误。
故选C。
3．B
【详解】甲在平衡位置时弹簧的压缩量为
甲在最高点时弹簧伸长量
则甲的振幅
故选B。
4．A
【详解】振子从O点运动到B点的过程是远离平衡位置，故位移增大，回复力增大，加速度增大，位移方向与加速度方向相反，速度减小，弹性势能增大。
故选A。
5．D
【详解】A．图甲中的小球在运动过程中机械能不守恒，小球和弹簧组成的系统机械能守恒，A错误；
B．图乙中的小球在摆角小于时，可认为小球做简谐运动，B错误；
C．图乙中的小球在经过最低点时由于速度不为0 ，合力等于向心力，不为0，C错误；
D．图甲中的小球的回复力方向始终指向平衡位置，而位移的方向始终背离平衡位置，所以回复力方向始终与位移方向相反，D正确。
故选D。
6．A
【详解】A．根据共振的条件，当振动器的频率等于树木的固有频率时产生共振，此时落果效果最好，而不同的树木的固有频率不同，针对不同树木，落果效果最好的振动频率可能不同，故A正确；
B．当振动器的振动频率等于树木的固有频率时产生共振，此时树干的振幅最大，则随着振动器频率的增加，树干振动的幅度不一定增大，故B错误；
C．打击结束后，树干做阻尼振动，阻尼振动的频率小于树干的固有频率，振动过程中频率不变，粗细不同的树干，固有频率不同，则打击结束后，粗细不同的树干频率可能不同，故C错误；
D．树干在振动器的振动下做受迫振动，则稳定后，不同粗细树干的振动频率始终与振动器的振动频率相同，故D错误。
故选A。
7．B
【详解】A．时刻小鸟的速度最大，此时小鸟受力平衡，即所受弹力等于重力，此后小鸟向下做减速运动，树枝对其弹力逐渐增大，故时刻，树枝对其弹力未达到最大，故A错误；
BC．时间内，小鸟向下运动，时刻小鸟的速度为0，这一瞬间停止了向下的运动，即将向上运动，小鸟处于最低位置。根据简谐运动的特征可知，此时加速度方向向上，达到最大值，根据牛顿第二定律可知树枝对小鸟弹力与小鸟重力的合力提供加速度，故弹力大于重力，且弹力最大，小鸟处于超重状态，所受合力不为零，故B正确，C错误；
D．时刻小鸟向上运动到了最大速度后向上做减速运动，故此时在平衡位置处，不是最高点，故D错误。
故选B。
8．ABC
【详解】A．小纸人跳动明显，表明小纸人所在弦发生了共振，振幅最大，古琴上对应的琴弦与小纸人所在弦的固有频率相等，而拨动其他音调的琴弦，由于频率与小纸人所在弦的固有频率不相等，没有发生共振，小纸人跳动不明显，A正确；
B．敲击对应音调的音叉，其振动频率等于小纸人所在弦的固有频率，小纸人所在弦的发生共振，纸人跳动明显，B正确；
C．拨动对应音调的琴弦力量越大，对应的能量越大，小纸人跳动幅度越大，C正确；
D．调弦过程中琴弦的振动导致其它弦也发生受迫振动，因此调弦过程中琴弦的机械能只有部分转化为纸人的机械能，D错误。
故选ABC。
9．AB
【详解】A．由振动图像可以看出，图示时刻振子正由平衡位置向右运动，故A正确；
B．当纸带不动时，描出的只是振子在平衡位置两侧往复运动的轨迹，即一段线段，故B正确；
CD．只有当纸带匀速运动时，运动时间才与纸带运动的位移成正比，振动图像才是正弦或余弦函数曲线，故CD错误。
故选AB。
10．AD
【详解】A．时刻小球经过平衡位置向下运动，故A正确；
B．时刻小球在最低点，影子也在最低点，小球与影子相位差为零，故B错误；
C．时刻光源在最高点，回复力向下，由牛顿第二定律得加速度向下，故C错误；
D．时刻影子的位移为，影子距离光源所处的水平面的距离为，如图所示
由几何关系得
解得
时刻影子的位移
故D正确。
故选AD。
11． BC/CB
【详解】（1）[1]单摆的摆长指悬点到摆球球心的间距，可知
（2）[2]AB．若引起图像不过原点的原因在于摆长的测量，根据图像可知，当摆长为0时，周期不为0，为一个正值，可知，摆长测量值偏小，A错误，B正确；
CD．若引起图像不过原点的原因在于周期的测量，根据图像可知，当摆长为0时，周期不为0，为一个正值，可知，周期测量值偏大，C正确，D错误。
故选BC。
12． B 19.90 B
【详解】（1）[1]A．和长度不同的同种细线，选用1m的细线做摆线，选项A错误；
B．直径为的塑料球和铁球，选用铁球做摆球，可减小阻力的影响，选项B正确；
C．如图甲、乙，摆线上端的两种悬挂方式，甲方式悬挂摆长会发生变化，应该选择乙的方式，选项C错误；
D．当单摆经过平衡位置时开始计时，50次经过平衡位置后停止计时，用此时间除以25做为单摆振动的周期，选项D错误。
故选B。
（2）[2]用游标卡尺测得小球的直径
19mm+0.05mm×18=19.90mm
（3）[3]根据
设铁锁的重心到悬挂点的距离为r，则可得
解得
[4]根据
可得
故选B。
13．（1），；（2），
【详解】（1）根据物块P在套管中做简谐运动可知放手时，物块P处在最高点，离开平衡位置的位移最大，加速度也最大。由于物块P在最高处只受重力，所以物块振动的最大加速度大小
物块在平衡位置时，有
由胡克定律得振幅
（2）根据简谐运动的对称性可知物块P在最低点对平衡位置的位移大小与最高点时偏离平衡位置的位移大小相等。弹簧被压缩的最大长度为
则弹簧的最大弹力
物块P和弹簧组成的系统机械能守恒，根据简谐振动中能量的关系得物块P在最高处时速度为零，动能为零，动能最小此时总势能最大（弹性势能为零，重力势能最大）；最低点处动能也为零，总势能也最大（重力势能最小，弹性势能最大），有
14．（1），见解析；（2）
【详解】（1）根据题意，当小球偏离平衡位置一个小角度时，对小球受力分析，如图所示
可知，重力沿圆弧切线方向的分力
充当回复力，设此时小球的位移为，由于很小，则有
又有与的方向相反，则
令，则有
说明单摆可视为简谐运动。
（2）由（1）分析可知，回复力与位移的比例系数
又有简谐运动的周期公式
联立解得，单摆的周期公式为
15．(1)，方向竖直向上
(2)
(3)
【详解】（1）设物块加速度为零时，物块的位移为，根据
可得
可知与坐标轴围成的面积等于速度平方的一半，则
解得
由图乙可知，下落到最低位置的加速度
方向竖直向上。
（2）物块位于平衡位置时有
物块做简谐运动时的周期
（3）物块做简谐运动时的振幅为
振动方程为
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