人教版高中物理选修34第十一章 《机械振动》单元测试题解析版.docx
《人教版高中物理选修34第十一章 《机械振动》单元测试题解析版.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《人教版高中物理选修34第十一章 《机械振动》单元测试题解析版.docx(16页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
![人教版高中物理选修34第十一章 《机械振动》单元测试题解析版.docx](https://file1.bdocx.com/fileroot1/2023-3/1/e657de57-b05a-4155-80fb-e3ac034e9291/e657de57-b05a-4155-80fb-e3ac034e92911.gif)
人教版高中物理选修34第十一章《机械振动》单元测试题解析版
第十一章《机械振动》单元测试题
一、单选题(每小题只有一个正确答案)
1.在1min内甲振动30次,乙振动75次,则()
A.甲的周期0.5s,乙的周期1.25s
B.甲的周期0.8s,乙的周期2s
C.甲的频率0.5Hz,乙的频率1.25Hz
D.甲的频率0.5Hz,乙的频率0.8Hz
2.一个质点做简谐振动,其位移x与时间t的关系图线如图所示,在t=4s时,质点的()
A.速度为正的最大值,加速度为零
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.速度为零,加速度为负的最大值
3.弹簧振子在做简谐运动,振动图象如图所示,则下列说法正确的是()
A.t1、t2时刻振子加速度大小相等,方向相反
B.t1、t2时刻振子的速度大小相等,方向相反
C.t2、t4时刻振子加速度大小相等,方向相同
D.t2、t3时刻振子的速度大小相等,方向相反
4.一个弹簧振子,第一次用力把弹簧压缩x后开始振动,第二次把弹簧压缩2x后开始振动,则两次振动的周期之比和最大加速度的大小之比分别为()
A.1∶21∶2
B.1∶11∶1
C.1∶11∶2
D.1∶21∶1
5.在同一地点,单摆甲的周期是单摆乙的周期的4倍,下列说法正确的是()
A.甲的频率是乙的4倍
B.甲的摆长是乙的16倍
C.甲的振幅是乙的4倍
D.甲的振动能量是乙的4倍
6.如图所示,处于竖直向下的匀强电场中的摆球,质量为m,半径为r,带正电荷,用长为L的细线把摆球吊在悬点O处做成单摆,则这个单摆的周期为()
A.T=2π
B.T=2π
C.大于T=π
D.小于T=2π
7.关于机械振动,下列说法正确的是()
A.往复运动就是机械振动
B.机械振动是靠惯性运动的,不需要有力的作用
C.机械振动是受回复力作用
D.回复力是物体所受的合力
8.一个摆长约1m的单摆,在下列的四个随时间变化的驱动力作用下振动,要使单摆振动的振幅尽可能增大,应选用的驱动力是()
A.
B.
C.
D.
9.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.0
B.kx
C.
kx
D.
kx
10.在做“用单摆测定重力加速度”的实验中,有人提出以下几点建议,可行的是()
A.适当加长摆线
B.质量相同,体积不同的摆球,应选用体积较大的
C.单摆偏离平衡位置的角度要适当大一些
D.当单摆经过平衡位置时开始计时,经过一次全振动后停止计时,用此时间间隔作为单摆振动的周期
11.两个相同的单摆静止于平衡位置,使摆球分别以水平初速度v1、v2(v1>v2)在竖直平面内做小角度摆动,它们的频率与振幅分别为f1、f2和A1、A2,则()
A.f1>f2,A1=A2
B.f1<f2,A1=A2
C.f1=f2,A1>A2
D.f1=f2,A1<A2
12.做简谐运动的物体,其加速度a随位移x变化的规律应是下图中的()
A.
B.
C.
D.
13.根据图可知,关于一次全振动,下列说法中正确的是()
A.从B经O运动到C的过程
B.从任意一点出发再回到该点的过程
C.从任意一点出发再首次同方向经过该点的过程
D.从平衡位置出发再次回到平衡位置的过程
14.下列选项中,属于对过程建立物理模型的是()
A.质点
B.简谐运动
C.点电荷
D.理想气体
15.做简谐运动的物体,当其位移为负时,以下说法正确的是()
A.速度一定为正值,加速度一定为负值
B.速度一定为负值,加速度一定为正值
C.速度不一定为负值,加速度不一定为正值
D.速度不一定为负值,加速度一定为正值
二、多选题(每小题至少有两个正确答案)
16.(多选)单摆在竖直平面内往复运动,下列说法正确的是()
A.其最大摆角小于5°
B.其回复力是由摆球的重力和悬线拉力的合力提供的
C.测量周期时应该从摆球经过平衡位置开始计时
D.“秒摆”是摆长为1m、周期为1s的单摆
17.(多选)如图所示,弹簧振子在光滑水平杆上的A、B之间做往复运动,O为平衡位置,下列说法正确的是()
A.弹簧振子运动过程中受重力、支持力和弹簧弹力的作用
B.弹簧振子运动过程中受重力、支持力、弹簧弹力和回复力作用
C.振子由A向O运动过程中,回复力逐渐增大
D.振子由O向B运动过程中,回复力的方向指向平衡位置
18.(多选)下列说法中正确的是()
A.有阻力的振动叫做受迫振动
B.物体振动时受到外力作用,它的振动就是受迫振动
C.物体在周期性外力作用下的振动叫做受迫振动
D.物体在周期性外力作用下振动,它的振动频率最终等于驱动力频率
19.(多选)如图所示,一轻弹簧上端悬于顶壁,下端挂一物体,在AB之间作简谐运动,其中O点为它的平衡位置,物体在A时弹簧处于自然状态.若v、x、F、a、Ek、Ep分别表示物体运动到某一位置的速度、位移、回复力、加速度、动能和势能,则()
A.物体在从O点向A点运动过程中,v、Ep减小向而x、a增大
B.物体在从B点向O点运动过程中,v、Ek增大而x、F、Ep减小
C.当物体运动到平衡位置两侧的对称点时,v、x、F、a、Ek、Ep的大小均相同
D.当物体运动到平衡位置两侧的对称点时,v、x、F、a、Ek的大小均相同,但Ep大小不同
20.(多选)下列几种运动中属于机械振动的是()
A.乒乓球在地面上的上下运动
B.弹簧振子在竖直方向的上下运动
C.秋千在空中来回的运动
D.竖于水面上的圆柱形玻璃瓶上下振动
三、实验题
21.物理小组的同学们用如图甲所示的实验器材测定重力加速度,实验器材有:
底座、带有标尺的竖直杆、光电门1和2组成的光电计时器(其中光电门1更靠近小球释放点),小型电磁铁一个(用于吸住或释放小钢珠)、网兜.实验时可用两光电门测量小球从光电门1运动至光电门2的时间t,并从竖直杆上读出两光电门间的距离h.
甲 乙
(1)使用游标卡尺测量小球的直径如图乙所示,则小球直径为______cm.
(2)如图甲,改变光电门1的位置,保持光电门2的位置不变,小球经过光电门2的速度为v,不考虑空气阻力,小球的加速度为重力加速度g,则h、t、g、v四个物理量之间的关系为h=____________.
(3)根据实验数据作出
-t图线,若图线斜率的绝对值为k,根据图线可求出重力加速度大小为______.
四、计算题
22.如图所示是一个质点做简谐运动的图象,根据图象回答下面的问题:
(1)振动质点离开平衡位置的最大距离;
(2)写出此振动质点的运动表达式;
(3)在0~0.6s的时间内质点通过的路程;
(4)在t=0.1s、0.3s、0.5s、0.7s时质点的振动方向;
(5)振动质点在0.6s~0.8s这段时间内速度和加速度是怎样变化的?
(6)振动质点在0.4s~0.8s这段时间内的动能变化是多少?
五、填空题
23.一个质点做简谐运动,振幅为4cm,频率为2.5Hz,若质点从平衡位置开始向正方向运动时开始计时,经过2s,质点完成了______次全振动,通过的路程为______m,1.1s末振子的位移______m.
24.某同学在做“利用单摆测重力加速度”实验中,用20分度的游标卡尺测小球直径如图乙所示;小球的直径为______mm.若某次测量时间结果如图甲所示,则秒表的读数是______s.
甲
乙
25.在做“用单摆测定重力加速度”的实验中,某同学先测得摆线长为92.50cm,然后用秒表记录了单摆做45次全振动的时间,摆球的直径和秒表的读数如图所示,该单摆的摆长为______cm,单摆的周期为______s.
26.将一水平放置的弹簧振子从平衡位置向右拉开4cm后放手,让它做振动.如果从放手到第一次回到平衡位置的时间为0.1s,则弹簧振子在2s内完成______次全振动,振子在5s内通过的路程为______m.
27.一竖直悬挂的弹簧振子,下端装有一记录笔,在竖直面内放置有一记录纸.当振子上下振动时,以速率v水平向左匀速拉动记录纸,记录笔在纸上留下如图所示的图象.y1、y2、x0、2x0为纸上印迹的位置坐标.由此图求振动的周期为____________和振幅为____________.
六、简答题
28.如图所示是某质点做简谐运动的振动图象.根据图象中的信息,回答下列问题:
(1)质点离开平衡位置的最大距离有多大?
(2)质点在10s末和20s末的位移是多少?
(3)质点在15s和25s末向什么方向运动?
(4)质点在前30s内的运动路程是多少?
答案解析
1.【答案】C
【解析】T甲=
s=2s,f甲=
=0.5Hz,T2=
s=0.8s,f乙=1.25Hz.
2.【答案】B
【解析】在t=4s时,质点在平衡位置,所以回复力等于0,物体的加速度等于0;此时物体正在向x的负方向运动所以速度为负向最大,故选项B正确,选项A、C、D错误.
3.【答案】B
【解析】t1与t2两时刻振子经同一位置向相反方向运动,加速度相同,速度方向相反,A错,B对;t2与t4两时刻振子经过关于平衡位置的对称点,加速度大小相等、方向相反,C错;t2、t3时刻振子的速度相同,D错.
4.【答案】C
【解析】弹簧振子的周期由振动系统本身的特性决定,与振幅无关.所以两次振动的周期之比为1∶1;由简谐运动的特征:
a=-
得:
最大加速度的大小之比am1∶am2=x∶2x=1∶2,故选C.
5.【答案】B
【解析】由单摆的周期公式T=2π
可知L=
,故B选项正确;甲的频率是乙的频率的
,故A选项错误;虽然甲、乙两单摆的摆长有L甲=4L乙,但两个单摆的摆角不确定,两摆球质量不确定,故C、D选项错误.
6.【答案】D
【解析】处于竖直向下的匀强电场中的摆球,竖直方向受到的合力:
F合=mg+qE
摆球在摆动的过程中切线方向的分力:
F切=(mg+qE)·sinθ>mgsinθ
由于切线方向的分力增大,所以单摆的周期减小,T′<T=2π
.
7.【答案】C
【解析】机械振动应该是以某一点为中心对称的运动,不是所有的往复运动都是机械振动,A错误;机械振动是需要力来维持的,B项错误、C项正确;回复力不一定是合力,也可能是合力的一部分,D项错误.
8.【答案】C
【解析】单摆的周期为T=2s,驱动力的频率应尽可能接近系统的固有频率,C对.
9.【答案】D
【解析】当物体离开平衡位置的位移为x时,弹簧弹力的大小为kx,以整体为研究对象,此时A与B具有相同的加速度,根据牛顿第二定律得kx=(m+M)a,故a=
.以A为研究对象,使A产生加速度的力即为B对A的静摩擦力F,由牛顿第二定律可得F=ma=
kx,故正确答案为D.
10.【答案】A
【解析】单摆的摆长越长,周期越大,适当加长摆长,便于测量周期,故A正确.
要减小空气阻力的影响,应选体积较小的摆球,故B错误.
单摆在摆角很小的情况下才做简谐运动,则单摆偏离平衡位置的角度不能太大,一般不超过5°,故C错误.
单摆周期较小,把一次全振动的时间作为周期,测量误差较大,应采用累积法,测多个周期的时间取平均值作为单摆的周期,故D错误.
11.【答案】C
【解析】根据单摆周期公式T=2π
,相同的单摆,周期相同,频率f=
,所以频率相同.根据机械能守恒得,速度大者摆角大,则振幅也大,所以A1>A2,故C正确.
12.【答案】B
【解析】以弹簧振子为例,F=-kx=ma,所以a=
,即a=-k′x,故正确选项为B.
13.【答案】C
【解析】小球在做简谐运动,是一种重复性的运动,从B经O运动到C的过程不是该重复性运动的最小单元,故A错误;若从任意一点出发再回到该点的速度方向相反,说明不是该重复性运动的最小单元,故B错误;从任意一点出发再首次同方向经过该点的过程,是该重复性运动的最小单元,故C正确;从平衡位置出发再次回到平衡位置的过程是半个全振动,故D错误.
14.【答案】B
【解析】质点是理想模型,点电荷研究的是带电体,理想气体研究的是气体,研究的都是物体,故A、C、D错误;简谐运动研究的是振动过程,故B正确,故选B.
15.【答案】D
【解析】若位移为负,由a=-
可知加速度a一定为正,因为振子每次通过同一位置时,速度可能有两种不同的方向,所以速度可正可负,故D正确,A、B、C错误.
16.【答案】AC
【解析】单摆做简谐运动时,单摆的最大摆角应小于5°,否则不能看成简谐振动,故A正确;单摆的回复力是重力沿摆球运动轨迹切向的分力提供,故B错误;经过平衡位置球的速度最快,故测量误差最小,故C正确;“秒摆”是摆长为1m、周期为2s的单摆,故D错误.
17.【答案】AD
【解析】回复力是根据效果命名的力,不是做简谐运动的物体受到的具体的力,它是由物体受到的具体的力所提供的,在题图中弹簧的弹力充当回复力,故A正确,B错误;回复力与位移的大小成正比,由A向O运动过程中位移的大小在减小,故此过程中回复力逐渐减小,C错误;回复力总是指向平衡位置,故D正确.
18.【答案】CD
【解析】物体在周期性外力作用下的振动叫做受迫振动,选项C对,B错;这个周期性的外力能给振动物体补充能量,而阻力不行,选项A错;受迫振动的频率最终等于驱动力频率,选项D对.
19.【答案】BC
【解析】物体在从O点向A点运动过程中,物体离开平衡位置,v减小,Ep增大,x、a增大,故A错误;物体在从B点向O点运动过程中,物体靠近平衡位置,v、Ek增大而x、F、Ep减小,故B正确;根据对称性可知,当物体运动到平衡位置两侧的对称点时,v、x、F、a、Ek、Ep的大小均相同,故C正确,D错误.
20.【答案】BCD
【解析】机械振动是物体在平衡位置两侧做往复运动,乒乓球的上下运动不是在平衡位置两侧的往复运动.
21.【答案】
(1)1.170
(2)-
gt2+vt(3)2k
【解析】
(1)游标卡尺的主尺读数为11mm,游标读数为0.05×14mm=0.70mm,则小球的直径为11.70mm=1.170cm.
(2)采用逆向思维,结合匀变速直线运动的位移时间公式得:
h=-
gt2+vt.
(3)根据h=vt-
gt2得:
=v-
gt,可知
-t图线的斜率k=
g,则g=2k.
22.【答案】
(1)5cm
(2)x=5sin(2.5πt)cm
(3)15cm(4)正方向 负方向 负方向 正方向
(5)速度越来越大 加速度的方向指向平衡位置越来越小 (6)零
【解析】
(1)由振动图象可以看出,质点振动的振幅为5cm,此即质点离开平衡位置的最大距离.
(2)由图象可知A=5cm,T=0.8s,φ=0.
所以x=Asin(ωt+φ)=Asin(
t)
=5sin(
t)cm=5sin(2.5πt)cm.
(3)由振动图象可以看出,质点振动的周期为T=0.8s,0.6s=3×
,振动质点是从平衡位置开始振动的,故在0~0.6s的时间内质点通过的路程为s=3×A=3×5cm=15cm.
(4)在t=0.1s时,振动质点处在位移为正值的某一位置上,但若从t=0.1s起取一段极短的时间间隔Δt(Δt→0)的话,从图象中可以看出振动质点的正方向的位移将会越来越大,由此可以判断得出质点在t=0.1s时的振动方向是沿题中所设的正方向的.同理可以判断得出质点在t=0.3s、0.5s、0.7s时的振动方向分别是沿题中所设的负方向、负方向和正方向.
(5)由振动图象可以看出,在0.6s~0.8s这段时间内,振动质点从最大位移处向平衡位置运动,故其速度是越来越大的;而质点所受的回复力是指向平衡位置的,并且逐渐减小的,故其加速度的方向指向平衡位置且越来越小.
(6)由图象可以看出,在0.4s~0.8s这段时间内质点从平衡位置经过半个周期的运动又回到了平衡位置,尽管初、末两个时刻的速度方向相反,但大小是相等的,故这段时间内质点的动能变化为零.
23.【答案】50.8 -0.04
【解析】由题得质点振动的周期为:
T=
=
s=0.4s,时间t=2s=5T,所以质点完成了5次全振动.
在2s内振子通过的路程为:
s=5×4A=20×4cm=80cm=0.8m.
因t=1.1s=2
T,故1.1s末振子的位移为-4cm=-0.04m.
24.【答案】
(1)29.9096.8
【解析】游标卡尺的主尺读数为29mm,游标读数为0.05×18mm=0.90mm,则最终读数为29.90mm.
秒表小盘读数为90s,大盘读数为6.8s,则秒表读数为96.8s.
25.【答案】93.5151.95
【解析】
(1)球的直径:
主尺:
2.0cm,游标尺对齐格数:
第6个格,读数:
6×
=0.30mm=0.030cm,所以直径为:
2.0+0.030=2.030cm
摆长:
L=绳长+小球半径=92.50+1.015=93.515cm
(2)秒表读数:
内圈:
1.0min=60s,外圈:
27.5s,所以读数为:
87.5s
单摆的周期为T=
=
s=1.95s.
26.【答案】52
【解析】简谐运动中,振幅是振子与平衡位置的最大距离,故振幅为4cm;从最大位移回到平衡位置的时间为0.1s,故周期为0.4s;周期为0.4s,故2s内完成5次全振动;周期为0.4s,故5s内完成12.5次全振动,一个全振动内通过的路程等于4倍振幅,故5s内路程为振幅的50倍,即s=50A=200cm=2m.
27.【答案】
【解析】记录纸匀速运动,振子振动的周期等于记录纸运动位移2x0所用的时间,则周期T=
.
根据图象可知,振幅为A=
28.【答案】
(1)20cm
(2)20cm0(3)负方向 负方向 (4)60cm
【解析】
(1)质点离开平衡位置的最大距离等于最大位移的大小,由图看出,此距离为20cm.
(2)质点在10s末的位移x1=20cm,20s末的位移x2=0.
(3)15s末质点位移为正,15s后的一段时间,位移逐渐减小,故质点在15s末向负方向运动,同理可知,25s末质点也向负方向运动.
(4)前30s质点先是由平衡位置沿正方向运动了20cm,又返回平衡位置,最后又到达负方向20cm处,故30s内的总路程为60cm.