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文档简介
分值:100分时间:75分钟
一、单选题(每小题3分,共18分)
1.下列物理量中不能反映物体的固有属性的是()
A.密度B.速度C.质量D.电量
【答案】B
【解析】
【详解】ABCD.物体的固有属性是物质所固有的性质,与外界其他因素无关。质量、密度和电量等就是物
体的固有属性,而速度是物体相对参考系来说的,同一物体,对于不同的参考系,物体的速度可能不一样,
也就是说物体速度与参考系有关,所以速度不是物体的固有属性,故B正确,ACD错误。
故选B。
2.如图,一弹簧上端固定,下端栓接一质量为m的物体,物体受到推力FN作用保持静止,弹簧处于压缩
状态。现撤去FN,在物体向下运动至最低点的过程中,弹簧的弹力大小F和物体的加速度大小a随物体位
移x变化的关系图像可能正确的是()
A.B.
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C.D.
【答案】D
【解析】
【详解】ACD.撤去推力后物体做简谐运动,当物体运动到最低点时F和a竖直向上且达到最大值,根据
简谐运动的对称性可知此时a的大小与释放物体时a的大小相同,故AC错误,D正确;
B.F与x为一次函数关系,图线不可能为曲线,故B错误。
故选D。
3.一根粗细均匀的绳子,右端固定,S点上下振动,产生向右传播的机械波,某时刻的波形如图所示。下
列说法中正确的是()
A.波源振动的频率逐渐增大
B.波的传播速度逐渐减小
C.各处的波长相等
D.此时刻质点P的速度方向向上
【答案】A
【解析】
【详解】ABC.波向右传播,由波形图可知,由振源振动形成的机械波的波长逐渐减小,由于同一种介质
中的波速不变,根据
可知波源振动的频率变大,选项A正确,BC错误;
D.波向右传播,由波形图可知,此时刻质点P的速度方向向下,选项D错误。
故选A。
4.如图所示,质量为m的物块放置在质量为M的木板上,木板与弹簧相连,它们一起在光滑水平面上做简
谐运动,周期为T,振动过程中m、M之间无相对运动,设弹簧的劲度系数为k,物块和木板之间的动摩擦
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因数为μ,则下列说法正确的是()
A.研究木板的运动,弹簧弹力充当了木板做简谐运动的回复力
B.若Δt=,则在t时刻和(t+Δt)时刻弹簧的长度一定相同
C.若t时刻和(t+Δt)时刻物块受到的摩擦力大小相等,方向相反,则Δt一定等于的整数倍
D.当整体离开平衡位置的位移为x时,物块与木板间的摩擦力大小等于kx
【答案】D
【解析】
【详解】A.研究木板运动,弹簧弹力与m对M的摩擦力的合力充当了木板做简谐运动的回复力,选项
A错误;
B.若Δt=,则在t时刻和(t+Δt)时刻弹簧的形变量相同,但是弹簧长度不一定相同,选项B错误;
C.若t时刻和(t+Δt)时刻物块受到的摩擦力大小相等,方向相反,则两个时刻物块的位移大小相等,方
向相反,位于相对平衡位置对称的位置上,但Δt不一定等于的整数倍,选项C错误;
D.当整体离开平衡位置的位移为x时,则整体的加速度
则物块与木板间的摩擦力大小
选项D正确。
故选D。
5.惠更斯发现“单摆做简谐运动的周期与重力加速度的二次方根成反比”。为了通过实验验证这一结论,
某同学创设了“重力加速度”可以人为调节的实验环境。如图1所示,在水平地面上固定一倾角可调的光滑
斜面,把摆线固定于斜面上的点,使摆线平行于斜面。拉开摆球至A点,静止释放后,摆球在之间
做简谐运动,摆角为。摆球摆动过程中,力传感器测出摆线的拉力随时间变化的关系如图2所示,其中
、、均已知。下列说法正确的是()
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A.单摆次全振动的时间为
B.单摆从A点摆至点所需的时间为
C.多次改变摆角,只要得出就可以验证该结论成立
D.多次改变摆角,只要得出就可以验证该结论成立
【答案】C
【解析】
【详解】AB.单摆在运动过程中,A、C两位置摆线的拉力最小,根据图2可知,相邻两个摆线拉力最小
的位置的时间间隔为半个周期,可知,单摆次全振动的时间为
故AB错误;
CD.根据单摆周期公式有
可知,多次改变斜面倾角,只要得出就可以验证该结论成立,故C正确,D错误。
故选C。
6.波源位于坐标原点的一列简谐横波,经向右传播到达P点,此时波源处于Q点。已知这列波振
幅,P、Q两点坐标分别为(5m,0)和(0,1.5cm),则()
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A.该波的频率为
B.该波波源起振方向向下
C.波源Q向右运动需要
D.该波中的质点,在周期内所走最短路程为
【答案】D
【解析】
【详解】B.介质中所有质点的起振方向均相同,根据同侧法可知,质点P的起振方向向上,则该波波源起
振方向向上,故B错误;
A.波经向右传播到达P点,则波速为
一个完整的正弦波形的波动方程为
当纵坐标恰好等于振幅的一半时,距离原点最近的平衡位置解得
可知,将上述函数对应的波形向左平移得到图示波形,可知
解得
根据
解得
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,
故A错误;
C.简谐横波,的质点各自平衡位置垂直于波的传播方向振动,质点并不随波迁移,即波源Q不会向右运
动,故C错误;
D.质点相对于平衡位置位移越大,质点运动速度越小,即质点在周期内位置始终在靠近波峰位置运动,
且远离平衡位置过程与靠近平衡位置过程具有对称关系,此时平均速度最小,运动路程最短,即左右对称
部分经历的时间均为,由于一个完整的正弦式波形的振动方程为
当时间时,解得
可知,该波中的质点,在周期内所走最短路程为
故D正确。
故选D。
二、多选题(每小题5分,共20分,双选题对而不全3分,三选题对1个得2分、对2个得
4分、全对得5分,错选不得分)
7.如图甲所示,一水平弹簧子以O点为平衡位置,在M,N两点间做简谐运动,以向右为x轴正方向,振
子的振动图像如图乙所示,已知弹簧的劲度系数为,下列说法正确的是()
A.时振子的速度与时的速度相同
B.振子在内的平均速度与在内的平均速度相同
C.时振子的回复力指向x轴正方向,大小为
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D.振子在内通过的路程为
【答案】CD
【解析】
【详解】A.由图可知时相比时,振子更靠近平衡位置,则时振子的速度大于
时的速度,故A错误;
B.振子在内的位移与内的位移大小相等、方向相反,则振子在内的平均速度
与在内的平均速度不同,选项B错误;
C.时振子的位移为
此时振子的回复力大小
方向沿x轴正方向,故C正确;
D.时振子的位移与时振子的位移对称,则时振子的位移是
则振子在内通过的路程为,故D正确。
故选CD。
8.下列说法中正确的是()
A.声源与观察者相互靠近时,观察者所接收的频率大于声源振动的实际频率
B.声波击碎玻璃杯实验原理是波的干涉
C.当水波通过障碍物时,若障碍物的尺寸与波长差不多,或比波长大的多时,将发生明显的衍射现象
D.单摆在周期性外力作用下做受迫振动,其振动周期与单摆的摆长无关
【答案】AD
【解析】
【详解】A.观察者相对于振源运动时,尽管振源频率不变,根据多普勒效应,观察者接收的频率发生了变
化,观察者靠近振源的过程中,接收的频率变大,反之接收的频率变小,A正确;
B.当声波频率等于玻璃杯的固有频率时玻璃杯振荡最剧烈,最容易被击碎,即声波击碎玻璃杯的实验原
理是共振,B错误;
C.当水波通过障碍物时,若障碍物的尺寸与波长差不多,或比波长小得多时,将发生明显的衍射现象,C
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错误;
D.单摆在周期性外力作用下做受迫振动,其振动周期由驱动力周期决定,与单摆的固有周期无关,故与单
摆的摆长无关,D正确。
故选AD。
9.如图所示,坐标原点O左右两边的介质不同,、为位于x轴上的两列波的波源,两波源同时起振,
形成两列波沿x轴分别传播到、两点时作为计时起点时刻,当时
的点刚好第一次处于波峰,则下列说法正确的是()
A.波源的周期为B.两列波在位置处相遇
C.两列波叠加后能形成稳定的干涉图样D.两列波在左右两边的介质中传播的速度之比为
【答案】ABD
【解析】
【详解】A.从图中可知时刻,处的点开始向上振动。当时刚好第一次处于波峰,
则有
所以波源的周期为,故A正确;
BD.从图像中可以看出两列波的波长相等,都是6m。相等时间内两列波传播的长度之比为
由波速公式
可得两列波在左右两边的介质中传播的速度之比为
因为波源的传播速度为
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所以波源的传播速度为
当波源传到点时所用时间为
此时波源传到的位置为
之后两列波的波速均为,所以相遇的位置在处,故BD正确;
C.两波源的波长均为6m,由于两边的介质不同,它们的波速不同,根据公式可知,两列波的频率
不同,故两列波叠加后不能形成稳定的干涉图样,故C错误。
故选ABD。
10.如图,质量为m的物块C放在水平地面上。一劲度系数为k的轻质弹簧底端与C锁定,上端与质量为
m的物块B锁定,一开始物块B与C处于静止状态。现让质量为2m的物块A在物块B正上方的某一高度
静止释放,物块A与B碰后粘在一起作周期为T的简谐运动。整个运动过程中,物块C恰好未离开地面。
已知弹簧始终在弹性限度内,碰撞时间极短,重力加速度为g。下列说法正确的是()
A.简谐运动的振幅为
B.地面受到的最大压力
C.简谐运动表达式为
D.碰后第一次回到碰撞位置所用的时间为
【答案】ABD
【解析】
【详解】A.由题意,当弹簧弹力等于组合体AB的重力时,组合体速度达最大,此时弹簧压缩量满足
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解得
当组合体AB向上运动到最高点时,物块C恰好未离开地面,弹簧的伸长量满足
解得
则简谐运动的振幅为,故A正确;
B.当组合体AB运动到最高点时,做简谐振动的加速度达最大,根据牛顿第二定律可得
解得
根据简谐振动的对称性可得,当组合体AB运动到最低点时,加速度达最大,方向竖直向上,此时弹簧对组
合体AB的弹力最大,根据牛顿第二定律有
求得此时弹簧弹力
根据牛顿第三定律结合平衡条件可知,此时物块C对地面的最大压力为,故B正确;
C.以物块A与B碰后瞬间为计时时刻,则简谐运动的表达式为,t=0时,
解得,简谐运动的表达式为,故C错误;
D.碰后第一次回到平衡位置的时间满足
解得,则碰后第一次回到碰撞位置所用的时间为,故D正确。
故选ABD。
三、实验题(每空2分,共14分)
11.用单摆测量重力加速度实验中,实验装置如图1所示。
(1)实验中需要使用秒表,某次实验秒表指针如图2所示,记录的时间应是________s
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(2)此实验还需测量小钢球的直径,某次用游标卡尺测量,示数如图3所示,则d=________mm。
另一次用螺旋测微器测量另一小球,示数如图4所示,则=________mm。
(3)某一组同学在测量单摆的周期时,从单摆运动到最低点开始计时且计数为1,到第n次经过最低点所
用的时间为t。该小组的一位同学认为单摆周期为,并由此计算当地的重力加速度,若该小组其他操
作都正确,他们的测量结果将________。(选填“偏大”“偏小”或“不变”)
(4)另一组同学经测量得到6组摆长L和对应的周期T,画出L-T2图线,然后在图线上选取A、B两个点,
坐标如图5所示。则当地重力加速度的表达式g=________。处理完数据后,该组同学发现在计算摆长时用
的是摆线长度而未计入小球半径,这样________(选填“影响”或“不影响”)重力加速度的计算。
(5)在测量时,第三小组由于操作失误,致使摆球不在同一竖直平面内运动,而是在一个水平面内做圆周
运动,如图6所示,这时如果测出摆球做这种运动的周期,仍用单摆的周期公式求出重力加速度,则求出
的重力加速度与重力加速度的实际值相比________(选填“偏大”“偏小”或“不变”)。
【答案】(1)99.8
(2)①.16.5②.5.980
(3)偏大(4)①.②.不影响
(5)偏大
【解析】
【小问1详解】
图2可知秒表小表盘指针在1分钟到2分钟之间,且超过1.5分钟;大表盘指针指向39.8秒,则记录的时
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间为
【小问2详解】
[1]图3可知游标卡尺精度为0.1mm,则
[2]图4可知读数为
【小问3详解】
根据
整理得
题意可知单摆真实周期
可知周期测量值()偏小,故加速度测量值偏大。
【小问4详解】
[1]根据题意有
整理得
可知图像斜率
解得
[2]若计算摆长时用的是摆线长度而未计入小球半径,根据题意有
整理得
可知图像斜率不变,故对g的测量不影响。
【小问5详解】
设摆线与竖直方向夹角为,则有
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整理得
可知g测量值偏大。
四、解答题(4个大题,共48分)
12.如图所示,质量为物块放置在光滑水平面上,与劲度系数为、左端固定在墙上的轻弹簧相连,组
成弹簧振子。已知弹簧振子做简谐运动的周期,物块经过平衡位置点的速度大小为。某时刻,
质量为的小球从点正上方自由下落,恰好当物块运动至点时落在物块上,并与物块粘在一起继续做
简谐运动。
(1)求小球落在物块上后,整体经过点的速度大小;
(2)以小球粘在物块上瞬间为时刻,求整体到达最左端的时刻。
【答案】(1);(2)见解析
【解析】
【详解】(1)振子与物体碰撞过程中水平方向动量守恒
解得
(2)弹簧振子周期
振子第一次到达最左端的时刻分别为
振子第N次到达最左侧的时刻分别为
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13.下图中的实线图像a是一列正弦横波在某时刻的波形曲线,虚线图像b是0.2s后这列波的波形曲线
(1)若该波的周期T大于0.2s,且向右传播,求波的传播速度和周期;
(2)若该波向左传播,求波的传播速度和周期。
【答案】(1),
(2),
【解析】
【小问1详解】
根据图像可得,波的波长
若该波向右传播,从图像a到图像b,波传播的周期数为个
波的周期
由于
解得
所以,波的周期
波的传播速度
【小问2详解】
若该波向左传播,从图像a到图像b,波传播的周期数为个
波的周期
波的传播速度
14.两列简谐横波分别沿x轴正方向和负方向传播,两波源分别位于x=-0.2m和x=1.2m处,两列波的波速
均为0.4m/s,振幅均为2cm。如图所示为t=1.0s时刻两列波的波形图,此刻平衡位置在x=0.2m和x=0.8m
的P、Q两质点刚开始振动。质点M的平衡位置位于x=0.5m处。
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(1)求两列波的周期大小;
(2)当两波源持续振动足够长时间后,求两列波叠加后两波源之间(不包括两个振源位置)有几个振动减
弱点;
(3)如果两波源持续振动,求从t=0s到t=2.125s内,质点M运动的路程。
【答案】(1)1s(2)6
(3)
【解析】
【小问1详解】
波长为λ=0.4m,波速为v=0.4m/s
可得周期
【小问2详解】
振动减弱点到两波源的距离差Δx应满足
n取整数;由题意知:-(0.2+1.2)m=-1.4<Δx<(0.2+1.2)m=1.4m
可得n=0,±1,±2,-3,共6个振动减弱点。
【小问3详解】
两列波再经
相遇在PQ的中点M,所以M点在t=1.75s时开始振动;两列波同时到达M点时,引起质点振动的方向均
沿y轴负方向.所以,两列波在M点的振动加强,即M点的振幅为A′=2A=4cm
t=2.125s时,M点振动了0.375s,即0.375s=0.25s+0.125s=
M点运动的路程为
15.如图是一种自动卸货装置的简化图,质量为m1=1kg的货箱内装有质量为m2=5kg的货物,将其从半径
为R=40m的光滑圆弧轨道AB上的A点由静止释放,AB与以v=8m/s的速率顺时针转动的水平传送带相切
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