【全程方略 】高中物理 第一章 机械振动阶段质量检测（含解析）教科版选修34(1).doc

【全程方略 】2013年高中物理第一章 机械振动阶段质量检测（含解析）教科版选修3-4一、选择题(本大题共10小题，每小题4分，共40分.每小题至少一个选项符合题意)1.自由摆动的秋千，摆动的振幅越来越小，下列说法正确的是( )a.机械能守恒b.总能量守恒，机械能减小c.能量正在消失d.只有动能和势能的转化2.(2012成都高二检测)做简谐运动的弹簧振子在某段时间内速度越来越大，则这段时间内( )a.振子的速度与位移同向b.振子的速度与位移反向c.振子的位移越来越大d.振子的机械能越来越大3.如图甲所示，一弹簧振子在ab间做简谐运动，o为平衡位置，如图乙是振子做简谐运动时的位移时间图像，则关于振子的加速度随时间的变化规律，下列四个图像中正确的是( )4.(2012烟台高二检测)如图所示是一做简谐运动物体的振动图像，由图像可知物体速度最大的时刻是( )a.t1b.t2c.t3d.t45.一个做简谐运动的质点的振动图像如图所示，在t1、t2、t3、t4各时刻中，该质点所受的回复力的瞬时功率为零的是( )a.t1b.t2c.t3d.t46.(2012临沂高二检测)如图所示，质量为m的物体a放置在质量为m的物体b上，b与弹簧相连，它们一起在光滑水平面上做简谐运动，振动过程中a、b之间无相对运动，设弹簧的劲度系数为k.当物体离开平衡位置的位移为x时，a、b间摩擦力的大小等于( )a.0b.kxc. d.7.一单摆做小角度摆动，其振动图像如图所示，以下说法正确的是( )a.t1时刻摆球速度最大，悬线对它的拉力最小b.t2时刻摆球速度为零，悬线对它的拉力最小c.t3时刻摆球速度为零，悬线对它的拉力最大d.t4时刻摆球速度最大，悬线对它的拉力最大8.如图所示，一质点做简谐运动，先后以相同的速度依次通过m、n两点，历时1 s，质点通过n点后再经过1 s又第2次通过n点，在这2 s内质点通过的总路程为12 cm.则质点的振动周期和振幅分别为( )a.3 s,6 cm b.4 s,6 cmc.4 s,9 cm d.2 s,8 cm9.一平台沿竖直方向做简谐运动，一物体置于振动平台上随平台一起运动.当振动平台处于什么位置时,物体对平台的正压力最大( )a.当振动平台运动到最高点时b.当振动平台向下运动过振动中心点时c.当振动平台运动到最低点时d.当振动平台向上运动过振动中心点时10.如图所示为两个单摆的振动图像，若两单摆所在位置的重力加速度相同，则它们的( )a.摆球质量相等b.振幅相等c.摆长相等d.摆球同时改变速度方向二、实验题(本大题共2小题，共15分)11.(8分)(1)某同学在探究影响单摆周期的因素时有如下操作，请判断是否恰当(选填“是”或“否”).把单摆从平衡位置拉开约5 释放：_；在摆球经过最低点时启动秒表计时：_；用秒表记录摆球一次全振动的时间作为周期：_.(2)该同学改进测量方法后，得到的部分测量数据如表.数据组编号摆长/mm摆球质量/g周期/s1999.332.22.02999.316.52.03799.232.21.84799.216.51.85501.132.21.46501.116.51.4用螺旋测微器测量其中一个摆球直径的示数如图所示.该摆球的直径为_mm.根据表中数据可以初步判断单摆周期随_的增大而增大.12.(7分)某同学在用单摆测定重力加速度的实验中，测量5种不同摆长情况下单摆的振动周期，记录表格如下：摆长l/m0.50.80.91.01.2周期t/s1.421.791.902.002.20t2/s22.023.203.614.004.84以l为横坐标，t 2为纵坐标，作出t 2-l图像，并利用此图线求出重力加速度g=_m/s2.三、计算题(本大题共4小题，共45分，要有必要的文字说明和解题步骤，有数值计算的要注明单位)13.(11分)一水平弹簧振子做简谐运动,其位移和时间关系如图所示.(1)求t=0.2510-2 s时的位移.(2)在t=1.510-2 s到t=210-2 s的时间内,质点的位移、回复力、速度、动能、势能如何变化?(3)从t=0到t=8.510-2 s的时间内,质点的路程、位移各为多大?14.(11分)如图所示，有一秒摆(周期为2 s的单摆)，悬点为o，在o点正下方m处有一钉子，从平衡位置向左摆时由于钉子的阻碍改变了摆的长度，从平衡位置向右摆时又变为原摆的长度，其振动图像如图所示.g取9.86 m/s2，求：(1)秒摆摆长.(2)用改变后的摆的摆长做成的单摆的周期是多大？摆长是多长？(3)原题中摆的周期多大？写出此摆的周期表达式(注明各个物理量符号的意义).悬点离钉子的距离多长？15.(11分)如图所示，一块涂有炭黑的玻璃板，质量为2 kg，在拉力f的作用下，由静止开始竖直向上做匀加速运动.一个装有水平振针的振动频率为5 hz的固定电动音叉在玻璃板上画出了图示曲线，量得oa1 cm，ob4 cm，oc9 cm，求外力f的大小.(g取10 m/s2)16.(12分)如图所示，一个竖直弹簧连着一个质量为m的薄板，板上放一木块，木块质量为m.现使整个装置在竖直方向上做简谐运动，振幅为a.(1)若要求在整个过程中木块m恰好不脱离薄板，则弹簧的劲度系数k应为多少？(2)求出木块和薄板在弹簧最短时，木块对薄板的压力.答案解析1.【解析】选b.对于阻尼振动来说，机械能不断转化为内能，但总能量是守恒的.2.【解析】选b.做简谐运动的弹簧振子,速度越来越大说明振子正向平衡位置运动,振子的位移是由平衡位置指向振子所在的位置,总是背向平衡位置,因此速度的方向与位移的方向相反,故a错,b对;振子正向平衡位置运动,则振子的位移越来越小,故c错;系统的机械能是守恒的,故d错.3.【解析】选c.根据简谐运动的运动特点知，因x随t成正弦函数变化，a又与x方向相反，所以c选项正确.4.【解析】选b.根据简谐运动的特点可知，振动的物体在平衡位置时速度最大，振动物体的位移为零，此时对应题图中的t2时刻，b对.5.【解析】选a、c.t1时刻质点的速率为零，回复力的瞬时功率为零；t2、t4时刻，质点的回复力、速率均不等于零，瞬时功率也不等于零;t3时刻，质点的回复力为零，回复力的瞬时功率为零，故应选a、c.【变式备选】(2012沈阳高二检测)如图所示，虚线和实线分别为甲、乙两个弹簧振子做简谐运动的图像.已知甲、乙两个振子质量相等，则( )a.甲、乙两振子的振幅分别为2 cm、1 cmb.甲、乙两个振子的相位差总为c.前2秒内甲、乙两振子的加速度均为正值d.第2秒末甲的速度最大，乙的加速度最大【解析】选a、d.两振子的振幅a甲2 cm，a乙1 cm，a对；两振子的频率不相等，相位差为一变量，b错；前2 s内，甲的加速度为负值，乙的加速度为正值，c错；第2 s末甲在平衡位置，速度最大，乙在最大位移处加速度最大，d对.6.【解析】选d.对a、b整体：kx=(m+m)a,对a：ff=ma，由上述两式得：ff=,故只有d正确.7.【解析】选d.由振动图像可看出，t1时刻和t3时刻小球偏离平衡位置的位移最大，此时其速度为零，悬线对它的拉力最小，故a、c错；t2和t4时刻，小球位于平衡位置，其速度最大，悬线的拉力最大，故b错，d对.8.【解析】选b.因质点通过m、n两点时速度相同，说明m、n两点关于平衡位置对称，由时间的对称性可知，质点由n到最大位移与由m到最大位移的时间相等，即t10.5 s，则tmn2t12 s，即t4 s，由过程的对称性可知：质点在这2 s内通过的路程恰为2a，即2a12 cm，a6 cm，故b正确.9.【解析】选c.物体随平台在竖直方向振动过程中,仅受两个力作用:重力、平台的支持力.由这两个力的合力作为振动的回复力，并产生始终指向平衡位置的加速度.物体在最高点a和最低点b时，所受回复力和加速度的大小相等，方向均指向o点，如图所示.根据牛顿第二定律得：在最高点，mg-na=ma,在最低点，nb-mg=ma,平衡位置no-mg=0,所以nbnona，故可判断答案c正确.10.【解析】选c.由x-t图像可知，两单摆振动周期相等，由知，两单摆摆长必相等，c对；由x-t图像知，两单摆的振动位移并不是同时达到最大值，故速度方向不同时改变，d错；由x-t图像知，两单摆的振幅不相等，b错；单摆的质量与周期无关，故无法比较两摆球的质量，a错.11.【解析】(1)单摆在最大摆角不超过5 时可看作是简谐运动.摆球经过最低点时速度最大，滞留的时间最短，计时误差最小.为减小测量周期时的误差，应测单摆完成30次50次全振动所用的时间来求出周期.(2)螺旋测微器上的固定刻度读数为20.5 mm，可动部分的读数约为18.50.01 mm，则测量结果为20.5 mm+18.50.01 mm=20.685 mm.分析表中数据可以看出，摆长不变时周期不变，摆长变化时周期才发生变化.答案：(1)是是否(2)20.685(20.68320.687均可) 摆长12.【解析】在图中的坐标系中，依据表格中记录的数据，描出各点，画出t2 -l图像如图所示，则图像的斜率大约为k=4.0,再根据可得，t2=l，所以图像的斜率k=,重力加速度.答案：图像见解析9.86(在9.849.88之间都对)13.【解析】(1)由题图可知，t=210-2 s,横坐标t=0.2510-2 s时,所对应的纵坐标x=-acost=-2cos1000.2510-2 cm-1.414 cm. (4分)(2)在t=1.510-2 s到t=210-2 s的时间内,位移、回复力(振动加速度)、势能都增大,速度、动能都减小(机械能不变). (4分)(3)因振动是变速运动,因此只能利用其周期性求解.即一个周期内通过的路程为4个振幅,本题中t=8.510-2 s=t,所以通过的路程为4a=17a=172 cm=34 cm,经个周期振子回到平衡位置,位移为零. (3分)答案：(1)-1.414 cm(2)见解析(3)34 cm014.【解析】(1)因为秒摆的周期t0=2 s，由 (2分)得，秒摆摆长l= =1 m. (2分)(2)由振动图像知，改变摆长后用此摆长做成的单摆，半个周期是0.5 s，因此t1=20.5 s=1 s，则改变后的摆长l = =0.25 m. (3分)(3)由振动图像知，摆的周期t=1.5 s，周期表达式t=+，其中t为摆的周期，l为秒摆原摆长，l为被钉子阻挡后的摆长. (2分)悬点离钉子的距离为om=l- l =1 m-0.25 m=0.75 m. (2分)答案：见解析15.【解题指南】解决本题要明确两个问题：(1)toa、tab、tbc三段时间相等,并且等于半个周期. (2)bc-ab=ab-oa=2 cm，说明连续相等的时间内位移之差是个常数，因此玻璃板在做匀加速直线运动.【解析】在力f作用下，玻璃板向上加速，图示oc间曲线所反映出的是振动的音叉振动位移随时间变化的规律，其中直线oc代表音叉振动1.5个周期内玻璃板运动的位移，而oa、ab、bc间对应的时间均为0.5个周期，即.故可利用匀加速直线运动的规律连续相等时间内的位移差等于恒量来求加速度.设玻璃板竖直向上的加速度为a，则有：sbasaoat2 (4分)其中t0.1 s (2分)由牛顿第二定律得fmgma (3分)联立可求得f24 n. (2分)答案：24 n16.【解析】(1)木块恰好不脱离薄板，说明弹簧振子向上运动到弹簧原长处，速度恰为零，即弹簧在平衡位置时形变量为a，则有：ka(mm)g，. (6分)(2)由简谐运动的对称性知，在弹簧最短时，物体的加速度与在最高点的加速度等大、反向，即在最低点，木块与薄板的加速度ag，方向向上.对木块有：nmgma (4分)即nmgmg，n2 mg.由牛顿第三定律知木块对薄板的压力为2 mg. (2分)答案