上海市丰华高中2019-2020学年物理沪科版选修3-4：1.3探究摆钟的工作原理 课时训练（含解析）

1.2探究摆钟的工作原理
1．2013年6月，我国宇航员在天宫一号空间站中进行我国首次太空授课活动，展示了许多在地面上无法实现的实验现象．假如要在空间站再次进行授课活动，下列我们曾在实验室中进行的实验，若移到空间站也能够实现操作的有（ ）
A．利用托盘天平测质量
B．利用弹簧测力计测拉力
C．利用自由落体验证机械能守恒定律
D．测定单摆做简谐运动的周期
2．关于单摆，下列说法中正确的是（　　）
A．单摆摆球所受的合外力指向平衡位置
B．摆球经过平衡位置时加速度为零
C．摆球运动到平衡位置时，所受回复力等于零
D．摆角很小时，摆球所受合力的大小跟摆球相对平衡位置的位移大小成正比
3．如图所示，长为l的轻绳上端固定在O点，下端系一小球，在O点正下方处的P点固定一小钉子。现将小球拉至A点，使细线与竖直方向间夹角很小，然后由静止释放小球，小球在竖直平面内运动。点B（图中未标出）是小球能够到达的左方最高位置，重力加速度为g，不计空气阻力，下列说法正确的是（　　）
A．点B在点A下方
B．点B在点A上方
C．小球摆动的周期为
D．小球摆动的周期为
4．甲、乙两单摆振动图象如图所示，则（ ）
A．甲的振幅小 B．乙的摆长短
C．ta时刻甲的摆角大 D．tb时刻两摆球速度相同
5．在“用单摆测定重力加速度”的实验中，实验时用拉力传感器测得摆线的拉力大小F随时间t变化的图象如图所示，则该单摆的周期为（　　）
A．t B．2t C．3t D．4t
6．两个相同的单摆静止于平衡位置，使摆球分别以水平初速、()在竖直平面内做小角度摆动，它们的频率与振幅分别为和，则
A．， B．，
C．， D．，
7．单摆振动时的回复力是（ ）
A．悬线对摆球的拉力
B．摆球所受的重力
C．摆球重力在垂直于悬线方向上的分力
D．摆球所受重力和悬线对摆球拉力的合力
8．当摆角很小时（<100），单摆的振动是简谐运动，此时单摆振动的回复力是（ ）
A．摆球重力与摆线拉力的合力
B．摆线拉力沿圆弧切线方向的分力
C．摆球重力、摆线拉力及摆球所受向心力的合力
D．摆球重力沿圆弧切线方向的分力
9．做简谐运动的物体，当它离开平衡位置后，总是要受到一个指向平衡位置的力的作用，我们把这个力称之为回复力；这个力可以由某一个力提供，也可以几个力的合力提供或者是由某个力的分力提供；单摆是一种常见的简谐运动，关于单摆做简谐运动时的回复力，以下说法正确的是：
A．单摆受到一个回复力的作用
B．单摆的回复力是重力和摆线的拉力的合力提供的
C．单摆的回复力是重力沿圆弧切线方向的分力提供的
D．单摆的回复力是重力沿圆弧半径方向的分力提供的
10．关于单摆下列说法正确的是 ( )
A．摆球运动的回复力是摆线张力和重力的合力
B．摆球经过轨迹上的同一点速度是相同的
C．摆球经过轨迹上的同一点加速度是相同的
D．摆球经过平衡位置受力是平衡的
11．关于单摆振动过程中的受力，下列正确的说法是（ ）
A．重力和摆线对摆球拉力的合力总是指向悬点
B．回复力是重力和摆线对摆球拉力的合力
C．回复力是重力沿切线方向的分力；重力的另一分力小于或等于摆线拉力
D．回复力是重力沿切线方向的分力；重力的另一分力与摆线拉力平衡
12．如图所示为一单摆的摆动图象，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
13．如图甲是演示简谐运动图像的装置，当盛沙漏斗下面的薄木板N被匀速拉出时，摆动着的漏斗中漏出的沙在板上形成的曲线显示出摆的位移随时间变化的关系，板上的直线OO1代表时间轴。?图乙是两个摆中的沙在各自木板上形成的曲线，若板?和板?拉动的速度?和?的关系为，则板?，?上曲线所代表的振动周期?和?的关系为_________
14．甲、乙二位同学分别使用下面左图所示的同一套装置，观察单摆做简谐运动时的振动图象，已知二人实验时所用的摆长相同，落在木板上的细砂分别形成的曲线如图中右图所示．关于两图线不同的原因是_________________________________________．
15．某一单摆在小角度自由摆动时的振动图像如图所示．根据数据估算出它的摆长为______m，摆动的最大偏角正弦值约为_______．
16．某实验小组拟用如图1所示装置研究滑块的运动．实验器材有滑块、钩码、纸带、米尺、带滑轮的木板，以及由漏斗和细线组成的单摆等．实验中，滑块在钩码作用下拖动纸带做匀加速直线运动，同时单摆在垂直于纸带运动方向摆动，漏斗漏出的有色液体在纸带上留下的痕迹记录了漏斗在不同时刻的位置．
①在图2中，从_____纸带可看出滑块的加速度和速度方向一致．
②用该方法测量滑块加速度的误差主要来源有：_________、
________________（写出2个即可）．
参考答案
1．B
【解析】
天宫一号空间站围绕地球做匀速圆周运动，所受到的万有引力充当了向心力，天宫一号空间站中的物体均处在完全失重状态，所以靠重力作用的实验均不能成功，故只有B选项正确。
故选B．
2．C
【解析】
A．根据回复力的特点可知摆球受到的回复力方向总是指向平衡位置，但合力并不总是指向平衡位置，故A错误；
B．摆球经过平衡位置时，由于做圆周运动，故存在向心加速度，故B错误；
C．摆球运动到平衡位置时，回复力等于零，故C正确；
D．摆角很小时，摆球所受回复力的大小跟摆球对平衡位置的位移大小成正比，而不是合力的大小跟摆球对平衡位置的位移大小成正比，故D错误。
故选C。
3．D
【解析】
AB．小球摆动过程中，只有重力做功，机械能守恒，可知两侧最高点动能均为零，故重力势能也相等，故最大高度相同，即点B与点A等高，故AB错误；
CD．小球从最低点到A点再到最低点的时间为
小球从最低点到B点再到最低点的时间为
则小球的周期为
故C错误，D正确。
故选D。
4．C
【解析】
A．由题目图可知，甲的振幅大，故A错误；
B．由图知，甲单摆的周期为
乙单摆的周期为
T乙=tb
则
T甲：T乙=2：3
由单摆周期公式得：甲、乙两单摆的摆长之比
故B错误；
C．ta时刻甲、乙两单摆的位移相等，由于甲的摆长短，则甲的摆角大，故C正确；
D．tb时刻甲、乙两摆球均通过平衡位置，速度方向相反，则速度不同，故D错误。
故选C。
5．D
【解析】
单摆经过最低点时，速度最大，据牛顿第二定律知，单摆经过最低点时摆线的拉力最大；从最低点到再次到达最低点所需时间等于半个周期，所以据图象得，该单摆的周期为4t，故D项正确，ABC三项错误。
6．C
【解析】
单摆做简谐运动，频率、周期取决于装置本身，振幅取决于能量。因两单摆相同，则固有频率、周期相同，而即，所以，C正确。
7．C
【解析】
摆球振动时的回复力不是所受重力和摆线作用于摆球的拉力的合力，也不是所受重力和沿圆弧运动时的向心力的合力，也不是摆球的拉力沿水平方向的分力，而是摆球所受重力沿圆弧切线方向的分力．故C正确，ABD错误．
【点睛】
回复力可以是合外力，其不单纯是指某一个力．它是根据力的作用效果“总是要把物体拉回到平衡位置”命名的；回复力不是一种特殊性质的力．但回复力也不一定就是合外力．
8．D
【解析】摆球的回复力不是所受重力和摆线作用于摆球的拉力的合力，也不是所受重力和沿圆弧运动时的向心力的合力，也不是摆球的拉力沿水平方向的分力，而是摆球所受重力沿圆弧切线方向的分力，D正确；ABC错误；
故选D。
9．C
【解析】
当单摆的摆角较小时，单摆的运动可以看成简谐运动，回复力由重力沿摆球运动轨迹切向的分力提供，C正确；
10．C
【解析】
摆球运动的回复力是重力沿切线方向的分量，选项A错误；摆球经过轨迹上的同一点速度大小是相同的，但是方向可能不同，选项B错误；摆球经过轨迹上的同一点加速度是相同的，选项C正确；摆球经过平衡位置时有向心加速度，则受力不是平衡的，选项D错误．
11．C
【解析】
单摆周期公式；简谐运动的回复力和能量。单摆在运动过程中的回复力是重力沿圆弧方向上切向分力。对于单摆，在平衡位置，回复力为0，合力不为0。
【详解】
单摆在运动过程中的回复力是重力沿圆弧方向上切向分力。拉力和重力的另一分力的合力提供圆周运动的向心力，即重力的另一分力小于或等于摆线拉力。重力和摆线对摆球拉力的合力只是在平衡位置指向悬点，C正确，ABD错误。
故选C。
12．AD
【解析】
由题图可知，和时刻的摆球的位移相等，根据对称性可知单摆振动的速度大小相等，故绳子拉力相等，故A正确；时刻摆球在负的最大位移处，速度为零，时刻摆球向平衡位置运动，所以和时刻摆球速度不相等，故B错误；时刻质点正靠近平衡位置，速度正在增大，故C错误；时刻正远离平衡位置，速度逐渐减小，绳子拉力减小，故D正确．
13．T1=4T2
【解析】设板长为L，则：；?，根据题意，有：v2=2v1，故T1=4T2.
14．板匀速运动的速度不同
【解析】
单摆的摆动具有等时性，甲图时间2T，乙图时间为2.75T；根据v=x/t，甲的速度大，即V甲＞V乙；则两图线不同的原因是：两次拉动木板的速度不同（V甲＞V乙）．
15．1 0.04
【解析】
[1]由振动图像可知，单摆的周期为2s,根据，可得：
；
[2]单摆的振幅为4cm，则摆动的最大偏角正弦值约为
．
16．B 摆长变化 漏斗重心变化、液体痕迹偏粗、阻力变化等
【解析】
①[1]．A纸带做匀速直线运动，B纸带做加速，C纸带做减速，所以选B．
②[2][3]．摆长变化，漏斗重心变化、液体痕迹偏粗、阻力变化等．