高中物理机械振动专题习题-普通用卷.docx

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高中物理机械振动专题习题

中等难度,附详细解析(请先作为试题在对答案看解析)

一、单选题(本大题共8小题,共32.0分)

1.如图所示,斜面体M的底面粗糙,斜面光滑,放在粗糙水平面上,弹簧的一端固定在墙面上,另一端与放在斜面上的物块m相连,弹簧的轴线与斜面平行.若物块在斜面上做简谐运动,斜面保持静止,则地面对斜面体的摩擦力f与时间t的关系图象应是图中的(  )

A. B.

C. D.

2.关于简谐运动下列说法中正确的是(  )

A.物体的位移减小时,速度减小,加速度变小

B.物体离开平衡位置的位移方向总是与加速度方向相反,与速度方向相同

C.物体通过平衡位置时,合力不一定为零

D.物体刚从平衡位置离开时,速度方向与位移方向相同

3.弹簧振子作简谐运动,t1时刻速度为v,t2时刻也为v,且方向相同.已知(t2−t1)小于周期T,则(t2−t1)(  )

A.可能大于四分之一周期 B.一定小于四分之一周期

C.一定小于二分之一周期 D.可能等于二分之一周期

4.关于简谐运动的下述各物理量,说法正确的是(  )

A.振幅是由平衡位置指向最大位移处的矢量

B.周期和频率的乘积为一常量

C.振幅越大,周期越长

D.振幅越小,频率越大

5.如图1是一个弹簧振子的示意图,O是它的平衡位置,振子在B、C之间做简谐运动,规定以向右为正方向.图2是它的速度v移随时间t变化的图象.下面的说法中正确的是(  )

A.t=2s时刻,它的位置在O点左侧4cm处

B.t=3s时刻,它的速度方向向左,大小为2m/s

C.t=4s时刻,它的加速度为方向向右的最大值

D.振子在一个周期内通过的路程是16cm

6.如图,甲、乙两个单摆的悬点在同一水平天花板上,两摆球拉到同一水平高度,并用一根细线水平相连,以水平地板为参考面.平衡时,甲、乙两摆线与竖直方向的夹角分别为θ1和θ2,且θ1>θ2.当细线突然断开后,两摆球都做简谐运动,则(  )

A.甲、乙两摆的周期相等 B.甲、乙两摆的振幅相等

C.甲的机械能小于乙的机械能 D.甲的最大速度小于乙的最大速度

7.关于单摆,下列说法正确的是(  )

A.摆球做匀速圆周运动 B.摆动到最低点时加速度为零

C.速度变化的周期等于振动周期 D.振动的频率与振幅有关

8.在图中的几个相同的单摆在不同的条件下摆动,从左到右周期依次为T1、T2、T3.关于它们的周期关系,判断正确的是(  )

A.T1>T2>T3 B.T1T2=T3 D.T1

二、多选题(本大题共8小题,共32.0分)

9.简谐振动的特点是(  )

A.回复力和位移成正比且方向相反 B.加速度和位移成正比且方向相反

C.速度和位移成正比且方向相反 D.振幅随时间作周期性变化

10.一水平弹簧振子做简谐运动,周期为T,则(  )

A.若△t=T,则t时刻和(t+△t)时刻振子运动的加速度一定大小相等

B.若△t=T2,则t时刻和(t+△t)时刻弹簧的形变量一定相等

C.若t时刻和(t+△t)时刻振子运动位移的大小相等,方向相反,则△t一定等于T2的奇数倍

D.若t时刻和(t+△t)时刻振子运动速度的大小相等,方向相同,则△t一定等于T2的整数倍

11.利用传感器和计算机可以测量快速变化的力.如图是用这种方法获得的弹性绳中拉力随时间的变化图线.实验时,把小球举高到绳子的悬点O处,然后让小球自由下落.从此图线所提供的信息,判断以下说法中正确的是(  )

A.t1时刻小球速度最大 B.t2时刻绳子最长

C.t3时刻小球动能最小 D.t3与t4时刻小球速度大小相同

12.作简谐运动的物体每次通过平衡位置时(  )

A.位移为零,动能为零 B.动能最大,势能最小

C.速率最大,振动加速度为零 D.速率最大,回复力不一定为零

13.甲乙两位同学分别使用图1所示的同一套装置观察单摆作简谐运动时的振动图象,已知二人实验时所用的单摆的摆长相同,落在木板上的细砂分别形成的曲线如图2所示,下面关于两图线的说法中正确的是(  )

A.甲图表示砂摆摆动的幅度较大,乙图摆动的幅度较小

B.甲图表示砂摆摆动的周期较大,乙图摆动的周期较小

C.二人拉木板的速度不同,甲、乙木板的速度关系v甲=2v乙

D.二人拉木板的速度不同,甲、乙木板的速度关系v乙=2v甲

14.弹簧振子在光滑水平面上振动,其位移时间图象如图所示,则下列说法正确的是(  )

A.10秒内振子的路程为2m B.动能变化的周期为2.0s

C.在t=0.5s时,弹簧的弹力最大 D.在t=1.0s时,振子的速度反向

E.振动方程是x=0.10sinπt(m)

15.质点作简谐运动的图象如图所示,则该质点(  )

A.在0.01至0.03 s内,速度与加速度先反方向后同方向,且速度是先减小后增大,加速度是先增大后减小

B.在0.015 s时,速度和加速度都为−x方向

C.在每1 s内,回复力的瞬时功率有100次为零

D.在第八个0.01 s内,速度与位移方向相同,且都在不断增大

16.如图所示,物体A与滑块B一起在光滑水平面上做简谐运动,A、B之间无相对滑动,已知轻质弹簧的劲度系数为k,A、B的质量分别为m和M,下列说法正确的是(  )

A.物体A的回复力是由滑块B对物体A的摩擦力提供

B.滑块B的回复力是由弹簧的弹力提供

C.物体A与滑块B(看成一个振子)的回复力大小跟位移大小之比为k

D.物体A的回复力大小跟位移大小之比为k

E.若A、B之间的最大静摩擦因数为μ,则A、B间无相对滑动的最大振幅为μ(m+M)gk

答案和解析

【答案】

1.C 2.C 3.A 4.B 5.C 6.C 7.C

8.C 9.AB 10.AB 11.BD 12.BC 13.AC 14.ACE

15.AC 16.ACE

【解析】

1.解:

设斜面的倾角为θ.

物块在光滑的斜面上做简谐运动,对斜面的压力N1等于物块重力垂直于斜面的分力,

  即N1=mgcosθ.

以斜面体为研究对象,作出力图如图.

 地面对斜面体的摩擦力f=N1sinθ=mgsinθcosθ

因为m,θ不变,所以f不随时间变化.

故选:

C

物块在光滑的斜面上做简谐运动,对斜面的压力N1等于物块重力垂直于斜面的分力.斜面体处于静止,分析受力,作出力图,由平衡条件分析地面对斜面体的摩擦力f与时间t的关系.

本题关键抓住物块对斜面的压力不变,不要被物块做简谐运动迷惑

2.解:

A、位移减小时,加速度a=−kxm也减小,物体靠近平衡位置,是加速,故速度增大,故A错误;

   B、加速度a=−kxm,负号表示加速度方向与位移方向总相反;离开时是减速,故加速度与速度方向相反;故B错误;

C、物体通过平衡位置时,回复力为零,但合力不一定为零;如单摆会受到向心力;故C正确;

D、从平衡位置离开时,物体做减速运动,速度的方向一位移方向不一定相同;故D错误;

故选:

C

物体做简谐运动,回复力的方向总是指向平衡位置,根据牛顿第二定律分析加速度方向.简谐运动的质点位移−时间图象是正弦曲线.速度方向有时与位移方向相反,有时与位移方向相同.离开平衡位置时,速度和位移同向,返回时,速度和位移反向.

本题考查对描述简谐运动的物理量:

速度、加速度、位移特点的理解和掌握程度.关键抓住位移的起点是平衡位置.

3.解:

t1时刻速度为v,t2时刻也为v,且方向相同.则有这两位置关于平衡位置对称.由于(t2−t1)小于周期T,

A、当这位置靠近最大位置附近,且t1时刻速度方向指向平衡位置时,则有(t2−t1)大于四分之一周期,故A正确;

B、当这位置靠近平衡位置附近,且t1时刻速度方向指向平衡位置时,则有(t2−t1)小于四分之一周期,但不是一定故B错误;

C、当这位置靠近平衡位置附近,且t1时刻速度方向指向最大位置时,则有(t2−t1)大于二分之一周期,故C错误;

D、当这位置靠近平衡位置附近,且t1时刻速度方向指向最大位置时,则有(t2−t1)大于二分之一周期,不可能等于二分之一周期,故D错误;

故选:

A.

4.解:

A、据振幅的定义可知,振幅是标量,并非矢量,故A错误;

B、据周期和频率的关系可知,f=1T,所以周期和频率的乘积为1,故B正确;

CD、据简谐运动的特点可知,周期、频率都与振幅无关,故CD错误;

故选:

B

首先知道振幅、周期和频率的定义,据此分析;还需知道简谐运动的周期与振幅无关,据此求解即可.

本题考查简谐运动的特点,知道振幅、周期和频率的定义以及它们之间的关系公式;知道简谐运动的周期与振幅无关是解答的关键,基础题.

5.解:

根据v−t图知,振子速度为零时,处于最大位置处;速度最大时,处于平衡位置.

A、t=2s时刻,速度为负向最大,应处于平衡位置上,并不在位置O左侧,故A错误;

B、t=3s时刻,速度为负且减少,即向左运动,故B错误;

C、t=4s时刻,速度为零,速度方向即将为正,所以振子应在左侧最大位置处,即它的加速度方向向右且为最大值,故C正确;

D、由图不确定振幅,就不能求解振子在一个周期内通过的路程,故D错误.

故选:

C.

图1是一个弹簧振子的示意图,O是它的平衡位置,在B、C之间做简谐运动,规定以向右为正方向,根据v−t图分析结合弹簧振子模型分析即可.注意振子速度为零时,处于最大位置处;速度最大时,处于平衡位置.

明确弹簧振子的振动情况是解题关键,能借助图象分析各物理量的变化是解题的核心.

6.解:

A、根据几何关系得,甲的摆长大于乙的摆长,摆角大于乙的摆角,所以甲的振幅大于乙的振幅.根据T=2πlg知,甲摆的周期大于乙摆的周期.故AB错误.

C、两球开始处于平衡,设绳子拉力为T,根据共点力平衡知,m甲g=Ttanθ1,m乙g=Ttanθ2,则m甲

D、根据机械能守恒定律得,因为甲球下降的高度大,则甲摆球的最大速度大于乙摆球的最大速度.故D错误.

故选:

C

根据单摆的周期公式,通过摆长的大小比较周期的大小,通过机械能守恒定律比较摆球的最大速度

本题考查了单摆的周期公式,共点力平衡、机械能守恒定律等知识,综合性较强,需加强训练

7.解:

A、单摆在摆动中速度大小是变化的,不是匀速圆周运动,故A错误;

B、摆动到最低点时加速度为零,摆球受向上的合外力,故加速度竖直向上,故B错误;

C、速度变化的周期以及位移变化的周期均等于振动周期,故C正确;

D、振动的频率与振幅无关,只取决于摆长和当地的重力加速度,故D错误.

故选:

C.

明确单摆的性质,知道单摆的振动过程中的速度、加速度以及合外力的变化,同时明确单摆周期的公式T=2πLg.

本题考查单摆的性质,要注意重点掌握单摆的周期公式以及单摆的振动过程,要重点掌握单位的周期公式的理解和应用.

8.解:

根据周期公式T=2πLg,

单摆的周期与幅和摆球质量无关,与摆长和重力加速度有关;

(1)中重力平行斜面的分量mgsinθ沿切向分力提供回复力,

沿斜面的加速度为a=gsinθ,所以周期为T1=2πLgsinθ

(2)中带正电的摆球要受到天花板带正电的球的斥力,但是斥力与运动方向总是垂直,不影响回复力,所以单摆周期不变.

所以周期为T2=2πLg.

(3)中的周期为T3=2πLg,

故T1>T2=T3

故选:

C

单摆的周期与振幅和摆球质量无关,

单摆的周期与重力加速度有关,因为重力的分力提供回复力,根据周期公式T=2πLg分析即可.

本题关键根据单摆周期公式直接判断,记住公式就行,简单.

9.解:

A、简谐运动中的回复力F=−kx,即回复力与位移成正比,且方向相反,故A正确;

B、加速度与位移关系为:

a=−kxm,故加速度跟位移成正比;根据牛顿第二定律,加速度与回复力方向相同,故与位移方向相反,故B正确.

C、速度随时间做周期性变化,与位移方向无关,故C错误;

D、振幅是振动过程中的最大位移,不会作周期性变化,故D错误;

故选:

AB.

简谐运动中的回复力F=−kx;加速度与位移关系为:

a=−kxm;据此判断回复力与加速度和位移之间的关系.

简谐运动是周期性运动,速度、位移、加速度、回复力均随着时间按照正弦规律变化,基础问题.

10.解:

A、若△t=T,由简谐振动的周期性可知,t时刻和(t+△t)时刻振子运动的各物理量都相同,所以加速度一定大小相等.故A正确.

   B、若△t=T2,在t时刻和(t+△t)时刻振子的位置一定关于平衡位置是对称点,弹簧沿水平方向做简谐振动,所以受到的弹簧的弹力的大小相等,所以两个时刻弹簧的形变量一定相等.故B正确.

   C、若t时刻和(t+△t)时刻振子运动位移的大小相等,方向相反;振子可能以相等的速度经过两点,也可能以方向相反飞速度经过两点,所以则△t不一定等于T2的奇数倍.故C错误.

   D、若t时刻和(t+△t)时刻振子运动速度的大小相等、方向相反,可能振子经过同一点,也可能经过关于平衡位置对称的两位置,△t不一定等于T2的整数倍.故D错误.

故选:

AB

弹簧振子做简谐运动,两个时刻位移相同,△t不一定等于T的整数倍.只有当位移、速度都相同时,△t才等于T的整数倍.振子运动速度的大小相等、方向相反,△t一定等于T2的整数倍.经过整数倍周期,加速度一定相同.经过△t=T2,弹簧的长度不一定相等.

本题考查对简谐运动物理量及其变化的理解程度,可通过过程分析理解掌握.简谐运动中速度与加速度的大小变化情况是相反.也可以作出振动图象进行分析.

11.解:

A、把小球举高到绳子的悬点O处,让小球自由下落,t1时刻绳子刚好绷紧,此时小球所受的重力大于绳子的拉力,小球向下做加速运动,当绳子的拉力大于重力时,小球才开始做减速运动,所以t1时刻小球速度不是最大.故A错误.

B、t2时刻绳子的拉力最大,小球运动到最低点,绳子也最长.故B正确.

C、t3时刻与t1时刻小球的速度大小相等,方向相反,小球动能不是最小,应是t2时刻小球动能最小.故C错误.

D、t3与t4时刻都与t1时刻小球速度大小相同.故D正确.

故选BD

把小球举高到绳子的悬点O处,让小球自由下落,t1与t4时刻绳子刚好绷紧,分析小球的运动情况,判断什么时刻小球的速度最大.当绳子的拉力最大时,小球运动到最低点,绳子也最长.

本题考查运用牛顿定律分析小球运动情况的能力,要注意绳子拉力的变化与弹簧的弹力类似.

12.解:

AB、振动质点的位移是指离开平衡位置的位移,故经过平衡位置时位移一定为零,速度最大,故动能最大,势能最小,故A错误,B正确;

CD、简谐运动中,在平衡位置,回复力F=−kx=0,故加速度a=Fm=0,速率是最大的,故C正确,D错误;

故选:

BC.

简谐运动的平衡位置是回复力为零的位置,速度最大,势能最小.

本题关键是明确简谐运动的运动特点,熟悉能量的转化情况,基础题.

13.解:

A、由图可知,甲的振动幅度较大,乙的幅度较小;故A正确;

B、两摆由于摆长相同,则由单摆的性质可知,两摆的周期相同;故B错误;

C、由图可知,甲的时间为2T,乙的时间为4T;则由v=xt可知,二人拉木板的速度不同,甲、乙木板的速度关系v甲=2v乙;故C正确,D错误;

故选:

AC.

由振幅的大小可明确砂摆的振动幅度;单摆的摆动具有等时性,甲图时间短,乙图时间长,根据v=xT判断速度大小关系.

本题考查单摆的性质,要注意明确单摆的周期取决于摆的长度和当地的重力加速度;与振幅等无关.

14.解:

A、根据振动图象可知周期T=2.0s,振幅A=10cm,t=10s=5T,一个周期通过的路程为4A,则10s内通过的路程为s=5×4A=20×10cm=200cm=2m,故A正确;

B、每次经过平衡位置动能最大,在最大位移处动能为0,在振子完成一个周期的时间内,动能完成2个周期的变化,故动能变化的周期为1s,故B错误;

C、t=0.5s时,振子处于最大位移处,弹簧的弹力最大,故C正确;

D、在t=0.5s到t=1.5s时间内振子沿x负方向运动,在t=0.1s时,振子的速度未反向,故D错误;

E、由振动图象知T=2.0s,角速度ω=2πT=2π2rad/s=πrad/s,振动方程x=0.10sinπt(m),故E正确;

故选:

ACE

由振动图象读出周期,一个周期振子通过的路程为4A,根据时间与周期的关系,求10s内振子的路程;动能是标量,处于平衡位置动能最大,处于最大位移处,动能为0,知振子一个全振动动能变化2个周期;根据振动图象的特点,判断振子的位置;振动方向可根据“上坡上振,下坡下振”来判断;根据x=Asinωt求振动方程

本题考查对振动图象的认识,注意速度的方向要根据位移的变化进行确定,也可把图象比喻成坡,运用“上坡上振,下坡下振”判断质点振动方向,能根据振动图象写出振动方程,难度不大,属于基础题.

15.解:

A、在0.01至0.03s内,质点由平衡位置运动到负向最大位移处,再回到平衡位置,速度先反方向后同方向,速度是先减小后增大,加速度是先增大后减小.故A正确.

B、在0.015s时,位移为负值,则加速度为正值,即加速度方向+x方向,速度沿−x方向.故B错误.

C、周期T=0.04s,时间t=1s=25T,质点在平衡位置时回复力为零,回复力的瞬时功率为零,在最大位移处速度为零,其瞬时功率也为零,一个周期内有四个时刻回复力的瞬时功率为零,所以在每1s内,回复力的瞬时功率有100次为零.故C正确.

D、在第八个0.01s内,相当于第一个周期内第四个0.01s内,速度与位移方向都沿+x方向,方向相同,速度在不断减小,位移不断增大.故D错误.

故选:

AC

根据质点的运动方向判断速度的正负,加速度的方向与位移相反,正负相反.加速度方向总是指向平衡位置,当质点离开平均位置时,速度与加速度反向,当质点靠近平衡位置时,速度与加速度同向.在每1s内,根据回复力为零或速度为零,确定回复力的瞬时功率为零的次数.在第八个0.01s内,相当于第一个周期内第四个0.01s内,由图象分析速度与位移方向关系及变化情况.

本题考查由振动图象读出位移、速度、加速度方向及其大小变化的能力.回复力的瞬时功率等于回复力与速度的乘积,一个周期内有四个时刻回复力的瞬时功率为零.

16.解:

A、A做简谐运动时回复力是由滑块B对物体A的摩擦力提供,故A正确.

B、物体B作简谐运动的回复力是弹簧的弹力和A对B的静摩擦力的合力提供,故B错误.

C、物体A与滑块B(看成一个振子)的回复力大小满足F=−kx,则回复力大小跟位移大小之比为k.故C正确.

D、设弹簧的形变量为x,根据牛顿第二定律得到整体的加速度为:

a=kxM+m

对A:

f=ma=kmM+mx,可见,作用在A上的静摩擦力大小f,即回复力大小与位移大小之比为:

kmM+m.故D错误;

E、据题知,物体间的最大摩擦力时,其振幅最大,设为A.以整体为研究对象有:

kA=(M+m)a

以A为研究对象,有牛顿第二定律得:

μmg=ma

联立解得:

A=μ(m+M)gk.故E正确.

故选:

ACE

A和B−起在光滑水平面上做简谐运动,物体A的回复力是由滑块B对物体A的摩擦力提供,滑块B的回复力是由弹簧的弹力和A对B的摩擦力的合力提供.回复力满足:

F=−kx.以A为研究对象,根据牛顿第二定律求出AB无相对滑动时最大加速度,再对整体,由牛顿第二定律求出最大振幅.

明确最大振幅时,物体间的摩擦力最大,灵活利用整体法和隔离法解题是关键.要知道简谐运动的基本特征是F=−kx,但k不一定是弹簧的劲度系数.

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