人教版（2022新版）高中物理能力提高练习　机械振动word版含解析

1.做简谐振动的物体,当它每次经过同一位置时,可能不同的物理量是 ()A.位移B.速度C.加速度D.回复力【解题指南】解答本题时应注意理解以下两点:(1)做简谐振动的物体,当它经过同一位置时,速度方向可能不同。(2)回复力F=-kx,加速度a=-kmx【解析】选B。做简谐振动的物体,当它每次经过同一位置时,位移x相同,回复力相同,加速度相同,可能不同的物理量是速度,选项B正确。2.(多选)(2022·江苏高考)一单摆做简谐运动,在偏角增大的过程中,摆球的 ()A.位移增大B.速度增大C.回复力增大 D.机械能增大【解析】选A、C。由简谐运动的特点可知,当偏角增大,摆球偏离平衡位置的位移增大,故A正确;当偏角增大,动能转化为重力势能,所以速度减小,故B错误;由回复力F=-kx可知,位移增大,回复力增大,故C正确;单摆做简谐运动过程中只有重力做功,所以机械能守恒,故D错误。3.一个质点沿直线ab在平衡位置O附近做简谐运动。若从质点经O点时开始计时,经过5s质点第一次经过M点(如图所示);再继续运动,又经过2s它第二次经过M点;则该质点第三次经过M点还需要的时间是 ()ssss【解题指南】质点开始运动的方向可能先向右,也可能先向左,画出质点的运动过程示意图,确定振动周期,再求出质点第三次到达M点还需要经过的时间可能值。【解析】选A。若质点开始运动的方向先向左,再向M点运动,运动路线如图1所示。质点从O到a再到b的时间为34T=5s+12×2s=6s,得到振动的周期为T=8s,质点第三次通过M点需要经过的时间为t=T-2s=8s-2s=6若质点开始运动的方向向右直接向M点运动,如图2,则:14T=5s+12×2s=6振动的周期为T=24s,质点第三次通过M点需要经过的时间为:t=T-2s=24s-2s=22s。由以上分析可知,A正确,B、C、D错误。4.为了交通安全,常在公路上设置如图所示的减速带,减速带使路面稍微拱起以达到车辆减速的目的。一排等间距设置的减速带,可有效降低车速,称为洗衣板效应。如果某路面上的减速带的间距为1.5m,一辆固有频率为2Hz的汽车匀速驶过这排减速带,A.当汽车以5m/s的速度行驶时,其振动频率为2B.当汽车以3mC.当汽车以3mD.汽车速度越大,颠簸的就越厉害【解题指南】当汽车的固有频率等于减速带产生的驱动力频率时,汽车会发生共振,振动最强烈。【解析】选C。当汽车以5m/s的速度行驶时,其振动周期为:T=lv=1.频率为:f=1T=10.3Hz=Hz由T=1f可知,汽车的固有周期为T=12s,则汽车的速度v=lT=1.50.5m/s=3m/s;即当速度为3m5.一质点做简谐运动,其位移x与时间t的关系曲线如图所示,由图可知:在t=4s时,质点的 ()A.速度为零,加速度为负的最大值B.速度为负的最大值,加速度为零C.速度为零,加速度为正的最大值D.速度为正的最大值,加速度为零【解析】选A。在t=4s时,质点的位移为正向最大,质点的速度为零,由a=-kxm知,质点的加速度方向总是与位移方向相反,大小与位移大小成正比,则加速度为负向最大,故选A6.如图所示,光滑槽半径远大于小球运动的弧长,今有两个小球同时由图示位置从静止释放,则它们第一次相遇的地点是 ()点 点左侧点右侧 D.无法确定【解析】选A。两个小球同时由图示位置从静止释放后,由于光滑槽半径远大于小球运动的弧长,它们都做简谐运动,等效摆长都是槽的半径R,则它们的周期相同,都为T=2πRg,到达槽底部的时间都是t=T4,则两球在O点相遇。故选7.(多选)(2022·丽江模拟)下列说法正确的是 ()A.在同一地点,单摆做简谐运动的周期的平方与其摆长成正比B.弹簧振子做简谐运动时,振动系统的势能与动能之和保持不变C.在同一地点,当摆长不变时,摆球质量越大,单摆做简谐运动的周期越小D.系统做稳定的受迫振动时,系统振动的频率等于周期性驱动力的频率E.已知弹簧振子初始时刻的位置及其振动周期,就可知振子在任意时刻运动速度的方向【解析】选A、B、D。在同一地点,重力加速度g为定值,根据单摆周期公式T=2πLg可知,周期的平方与摆长成正比,故选项A正确;弹簧振子做简谐运动时,只有动能和势能参与转化,根据机械能守恒定律可知,振动系统的势能与动能之和保持不变,故选项B正确;根据单摆周期公式T=2πLg可知,单摆的周期与质量无关,故选项C错误;当系统做稳定的受迫振动时,系统振动的频率等于周期性驱动力的频率,故选项D正确;若弹簧振子初始时刻在波峰或波谷位置,知道周期后,可以确定任意时刻运动速度的方向,若弹簧振子初始时刻不在波峰或波谷位置,则无法确定,故选项8.(多选)(2022·青岛模拟)铺设铁轨时,每两根钢轨接缝处都必须留有一定的间隙,匀速运行的列车经过轨端接缝处时,车轮就会受到一次冲击。由于每一根钢轨长度相等,所以这个冲击力是周期性的,列车受到周期性的冲击做受迫振动。普通钢轨长为12.6m,列车固有振动周期为 ()A.列车的危险速率为40B.列车过桥需要减速,是为了防止桥发生共振现象C.列车运行的振动频率和列车的固有频率总是相等的D.增加钢轨的长度有利于列车高速运行E.增加钢轨的长度不利于列车高速运行【解析】选A、B、D。列车在钢轨上运动时,受钢轨对它的冲击力作用做受迫振动,当列车固有振动频率等于钢轨对它的冲击力的频率时,列车振动的振幅最大,因v=lt=12.6m0.315s=40m/s,故A正确;列车过桥做减速运动,是为了使驱动力频率远小于桥梁固有频率,防止桥发生共振现象,B9.如图甲所示,将单摆的小球M从图中位置由静止释放,小球经过时间t第一次运动到O点正下方的A点。如图乙所示,一可视为质点的小球N从光滑斜面的最高点由静止释放,小球经过时间t运动到斜面的最底端B点。已知单摆的摆长与斜面的长度相同,均为L。试求斜面的倾角θ的正弦值?【解析】小球M做单摆运动,从开始运动到第一次到达最低点的时间:t=T又:T=2πL所以:t=π2·L小球N沿着光滑斜面做匀加速直线运动,受到重力与支持力作用,设斜面的倾角为θ,从静止开始匀加速运动的加速度a=gsinθ,位移:L=12at所以:t2=2La=联立得:sinθ=8答案:8【补偿训练】(2022·抚州模拟)如图所示,一根轻质弹簧的一端固定于竖直墙面上,另一端与物体C连接,C置于光滑的水平台上,弹簧处于水平状态。物体B通过轻绳跨过光滑的定滑轮与C相连,当C、B均处于静止状态时,绳左端与水平面的夹角θ=60°,当连接C、B的轻绳突然断开后,C做简谐运动,且当B落地时,C恰好将弹簧压缩至最短,已知两物体质量均为1kg,弹簧的劲度系数k=50N/m,g=10m(1)C在平台上运动的振幅A。(2)若已知C做简谐振动的周期为T,请写出B原来距地面高度h的表达式。【解析】(1)开始时B处于平衡状态,所以B受到的绳子的拉力与重力大小相等,方向相反,即:T=mg=1×10N=10N对C进行受力分析如图:其中在水平方向:F=Tcos60°=10×N=5N根据胡克定律,得:kA=F代入数据得:A=0.1(2)当弹簧压缩最短时,经历的时间为半周期的奇数倍,即:tC=(n+12)T又:tB=tB做自由落体运动,则:h=12g联立得:h=12g(n+12)2答案:(1)0.1m(2)h=12g(n+1210.(多选)在“用单摆测定当地重力加速度”的实验中,下列做法正确的是 ()A.应选择伸缩性小、尽可能长的细线做摆线B.用刻度尺测出细线的长度并记为摆长LC.在小偏角下让小球在竖直面内摆动D.测量摆球周期时,应选择摆球经最低点时开始计时,测量50次全振动的时间t,则单摆的周期T=tE.多次改变摆线的长度L,测量对应的周期T,作T2-L图象,得到图象的斜率值约为4【解析】选A、C、E。摆长等于摆线的长度加上摆球的半径,为减小误差应保证摆线的长短不变,选择伸缩性小、尽可能长的细线做摆线,故A正确;刻度尺测出细线的长度再加上小球的半径才是摆长,故B错误;单摆在摆角很小的情况下才做简谐运动,单摆的摆角不能太大,一般不超过5°,否则单摆将不做简谐运动,故C正确;当单摆经过平衡位置时速度最大,此时开始计时误差最小,但是要测量n次全振动的时间记为t,再由T=tn求周期,因此单摆的周期T=t50,故D错误;数据处理的时候,通常由线性关系比较判断结论,故作T2-L图象,依据周期公式T=2πLg,那么T2=4π2gL,因此图象的斜率值k=411.如图甲所示,弹簧振子以点O为平衡位置,在A、B两点之间做简谐运动。取向右为正方向,振子的位移x随时间t的变化如图乙所示,下列说法正确的是 ()=s时,振子在O点左侧10=s和t=s时,振子的速度相同=s和t=s时,振子的加速度相同D.从t=s到t=s,系统的势能逐渐增加【解析】选D。由图可知,该振动的振幅为12cm=0.12m,周期为s,所以:ω=2πT=2π。t=s时,振子的位移:x1=π×m=0.06m=6cm,故A错误;t=s时,振子的位移:x2m=π8m。t=s时,振子的位移:x3=π×3π8m可知,t=s和t=s时,振子的位移大小不同,所以速度的大小一定不相等,故B错误;t=s时,振子的位移:x4=π×=5π8m,t=s时,振子的位移:x5=π×7π8m,可知,t=s和t=s时,振子的位移大小不同,所以加速度的大小一定不相同,故C错误;由图乙可知,t=s到t=s时间内,振子的位移为正,正在逐渐增大,所以振子的势能逐渐增大,故12.取一根柔软的弹性绳,将绳的右端固定在竖直墙壁上,绳的左端自由,使绳处于水平伸直状态。从绳的端点开始用彩笔每隔0.50m标记一个点,依次记为A、B、C、D…如图所示。现用振动装置拉着绳子的端点A沿竖直方向做简谐运动,若A点起振方向向上,经s第一次到达正向最大位移,此时C点恰好开始起振(1)绳子形成的波是横波还是纵波?简要说明判断依据,并求波速为多大。(2)从A开始振动,经多长时间J点第一次向下达到最大位移?(3)画出当J点第一次向下达到最大位移时的波形图象。【解析】(1)绳子形成的波是横波。因为质点