(江蘇專用)2020版高考物理大一輪復(fù)習(xí) 第十四章 機(jī)械振動(dòng)與機(jī)械波 光電磁波與相對(duì)論 第一節(jié) 機(jī)械振動(dòng)(實(shí)驗(yàn):?jiǎn)螖[的周期與擺長(zhǎng)的關(guān)系)檢測(cè)

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1、第一節(jié) 機(jī)械振動(dòng)(實(shí)驗(yàn):?jiǎn)螖[的周期與擺長(zhǎng)的關(guān)系) (建議用時(shí):40分鐘) 一、選擇題 1.(2016·高考北京卷)如圖所示,彈簧振子在M、N之間做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng).以平衡位置O為原點(diǎn),建立Ox軸,向右為x軸正方向.若振子位于N點(diǎn)時(shí)開始計(jì)時(shí),則其振動(dòng)圖象為(  ) 解析:選A.由題意,向右為x軸的正方向,振子位于N點(diǎn)時(shí)開始計(jì)時(shí),因此t=0時(shí),振子的位移為正的最大值,振動(dòng)圖象為余弦函數(shù),A項(xiàng)正確. 2.如圖所示,在兩根等長(zhǎng)的曲線下懸掛一個(gè)小球(可視為質(zhì)點(diǎn))組成了所謂的雙線擺,若擺長(zhǎng)為l,兩線與天花板的左、右兩側(cè)夾角均為α,當(dāng)小球垂直紙面做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)時(shí),其周期為(  ) A.2π 

2、      B.2π C.2π D.2π 解析:選D.根據(jù)公式T=2π,本題中l(wèi)′=lsin α,故T=2π,D正確. 3.如圖所示,兩根完全相同的彈簧和一根張緊的細(xì)線將甲、乙兩物塊束縛在光滑水平面上,已知甲的質(zhì)量是乙的質(zhì)量的4倍,彈簧振子做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的周期T=2π,式中m為振子的質(zhì)量,k為彈簧的勁度系數(shù).當(dāng)細(xì)線突然斷開后,兩物塊都開始做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng),在運(yùn)動(dòng)過程中(  ) A.甲的振幅是乙的振幅的4倍 B.甲的振幅等于乙的振幅 C.甲的最大速度是乙的最大速度的 D.甲的振動(dòng)周期是乙的振動(dòng)周期的2倍 解析:選BCD.細(xì)線斷開前,兩根彈簧上的彈力大小相同,彈簧的伸長(zhǎng)量相同,細(xì)線斷開

3、后,兩物塊都開始做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng),簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的平衡位置都在彈簧原長(zhǎng)位置,所以它們的振幅相等,A錯(cuò)誤,B正確;兩物塊做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)時(shí),動(dòng)能和勢(shì)能相互轉(zhuǎn)化,總機(jī)械能保持不變,細(xì)線斷開前,彈簧的彈性勢(shì)能就是物塊開始做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)時(shí)的機(jī)械能,二者相等,根據(jù)機(jī)械能守恒,可知在振動(dòng)過程中,它們的機(jī)械能相等,到達(dá)平衡位置時(shí),它們的彈性勢(shì)能為零,動(dòng)能達(dá)到最大,二者相等,因?yàn)榧椎馁|(zhì)量是乙的質(zhì)量的4倍,根據(jù)動(dòng)能公式可知甲的最大速度是乙的最大速度的,C正確;根據(jù)彈簧振子做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的周期公式T =2π,甲的質(zhì)量是乙的質(zhì)量的4倍,甲的振動(dòng)周期是乙的振動(dòng)周期的2倍,D正確. 4.惠更斯利用擺的等時(shí)性原理制成了第一座擺鐘.如圖甲所示為日

4、常生活中我們能見到的一種擺鐘,圖乙所示為擺的結(jié)構(gòu)示意圖,圓盤固定在擺桿上,螺母可以沿?cái)[桿上下移動(dòng).在甲地走時(shí)準(zhǔn)確的擺鐘移到乙地未做其他調(diào)整時(shí)擺動(dòng)加快了,下列說法正確的是(  ) A.甲地的重力加速度較大,若要調(diào)準(zhǔn)可將螺母適當(dāng)向下移動(dòng) B.甲地的重力加速度較大,若要調(diào)準(zhǔn)可將螺母適當(dāng)向上移動(dòng) C.乙地的重力加速度較大,若要調(diào)準(zhǔn)可將螺母適當(dāng)向下移動(dòng) D.乙地的重力加速度較大,若要調(diào)準(zhǔn)可將螺母適當(dāng)向上移動(dòng) 解析:選C.由甲地到乙地?cái)[動(dòng)加快則說明周期變小,因T=2π,則重力加速度變大,要使周期不變小,則應(yīng)增加擺長(zhǎng),即將螺母適當(dāng)向下移動(dòng). 5.如圖甲所示為以O(shè)點(diǎn)為平衡位置,在A、B兩點(diǎn)間做

5、簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的彈簧振子,圖乙為這個(gè)彈簧振子的振動(dòng)圖象,由圖可知下列說法中正確的是(  ) A.在t=0.2 s時(shí),彈簧振子的加速度為正向最大 B.在t=0.1 s與t=0.3 s兩個(gè)時(shí)刻,彈簧振子在同一位置 C.從t=0到t=0.2 s時(shí)間內(nèi),彈簧振子做加速度增大的減速運(yùn)動(dòng) D.在t=0.2 s與t=0.6 s兩個(gè)時(shí)刻,振子速度都為零 解析:選BCD.t=0.2 s時(shí),彈簧振子的位移為正向最大值,而彈簧振子的加速度與位移大小成正比,方向與位移方向相反,A錯(cuò)誤;在t=0.1 s與t=0.3 s兩個(gè)時(shí)刻,彈簧振子的位移相同,B正確;從t=0到t=0.2 s時(shí)間內(nèi),彈簧振子從平衡位置向最大

6、位移處運(yùn)動(dòng),位移逐漸增大,加速度逐漸增大,加速度方向與速度方向相反,彈簧振子做加速度增大的減速運(yùn)動(dòng),C正確;t=0.2 s與t=0.6 s,振子在最大位移處,速度為零,D正確. 6.(2019·遼寧大連模擬)某振動(dòng)系統(tǒng)的固有頻率為f0,在周期性驅(qū)動(dòng)力的作用下做受迫振動(dòng),驅(qū)動(dòng)力的頻率為f.若驅(qū)動(dòng)力的振幅保持不變,則下列說法正確的是(  ) A.當(dāng)ff0時(shí),該振動(dòng)系統(tǒng)的振幅隨f減小而增大 C.該振動(dòng)系統(tǒng)的振動(dòng)穩(wěn)定后,振動(dòng)的頻率等于f D.當(dāng)f=f0時(shí),該振動(dòng)系統(tǒng)一定發(fā)生共振 解析:選BCD. 受迫振動(dòng)的振幅A隨驅(qū)動(dòng)力的頻率變化的

7、規(guī)律如圖所示,顯然選項(xiàng)A錯(cuò)誤,B正確;穩(wěn)定時(shí)系統(tǒng)的頻率等于驅(qū)動(dòng)力的頻率,即選項(xiàng)C正確;根據(jù)共振產(chǎn)生的條件可知,當(dāng)f=f0時(shí),該振動(dòng)系統(tǒng)一定發(fā)生共振,選項(xiàng)D正確. 7.(2019·蘭州一中高三質(zhì)檢)如圖所示為同一地點(diǎn)的兩單擺甲、乙的振動(dòng)圖象,下列說法中正確的是(  ) A.甲、乙兩單擺的擺長(zhǎng)相等 B.甲擺的振幅比乙擺大 C.甲擺的機(jī)械能比乙擺大 D.甲擺的周期比乙擺大 解析:選AB.可從題圖上看出甲擺振幅大,B正確;由題圖知兩擺周期相等,則擺長(zhǎng)相等,因兩擺球質(zhì)量關(guān)系不明確,無法比較它們的機(jī)械能的大小,A正確,C、D錯(cuò)誤. 8.(2016·高考海南卷改編)下列說法正確的是(  )

8、 A.在同一地點(diǎn),單擺做簡(jiǎn)諧振動(dòng)的周期的平方與其擺長(zhǎng)成正比 B.彈簧振子做簡(jiǎn)諧振動(dòng)時(shí),振動(dòng)系統(tǒng)的勢(shì)能與動(dòng)能之和保持不變 C.在同一地點(diǎn),當(dāng)擺長(zhǎng)不變時(shí),擺球質(zhì)量越大,單擺做簡(jiǎn)諧振動(dòng)的周期越小 D.系統(tǒng)做穩(wěn)定的受迫振動(dòng)時(shí),系統(tǒng)振動(dòng)的頻率等于周期性驅(qū)動(dòng)力的頻率 解析:選ABD.在同一地點(diǎn),重力加速度g為定值,根據(jù)單擺周期公式T=2π可知,周期的平方與擺長(zhǎng)成正比,故選項(xiàng)A正確;彈簧振子做簡(jiǎn)諧振動(dòng)時(shí),只有動(dòng)能和勢(shì)能相互轉(zhuǎn)化,根據(jù)機(jī)械能守恒條件可知,振動(dòng)系統(tǒng)的勢(shì)能與動(dòng)能之和保持不變,故選項(xiàng)B正確;根據(jù)單擺周期公式T=2π可知,單擺的周期與質(zhì)量無關(guān),故選項(xiàng)C錯(cuò)誤;當(dāng)系統(tǒng)做穩(wěn)定的受迫振動(dòng)時(shí),系統(tǒng)振動(dòng)

9、的頻率等于周期性驅(qū)動(dòng)力的頻率,故選項(xiàng)D正確. 9.(2019·湖北襄陽四中模擬)如圖甲所示為一彈簧振子自由振動(dòng)(即做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng))時(shí)的位移隨時(shí)間變化的圖象,圖乙為該彈簧振子在某外力的作用下做受迫振動(dòng)時(shí)的位移隨時(shí)間變化的圖象,則下列說法中正確的是(  ) A.由圖甲可知該彈簧振子的固有周期為4 s B.由圖乙可知彈簧振子的固有周期為8 s C.由圖乙可知外力的周期為8 s D.如果改變外力的周期,在接近4 s的附近該彈簧振子的振幅較大 解析:選ACD.圖甲是彈簧振子自由振動(dòng)時(shí)的圖象,由圖甲可知,其振動(dòng)的固有周期為4 s,A正確,B錯(cuò)誤;圖乙是彈簧振子在驅(qū)動(dòng)力作用下的振動(dòng)圖象,彈簧振子

10、的振動(dòng)周期等于驅(qū)動(dòng)力的周期,即8 s,C正確;當(dāng)固有周期與驅(qū)動(dòng)力的周期相等時(shí),其振幅最大,驅(qū)動(dòng)力的周期越接近固有周期,彈簧振子的振幅越大,D正確. 10.一位游客在千島湖邊欲乘坐游船,當(dāng)日風(fēng)浪很大,游船上下浮動(dòng).可把游船浮動(dòng)簡(jiǎn)化成豎直方向的簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng),振幅為20 cm,周期為3.0 s.當(dāng)船上升到最高點(diǎn)時(shí),甲板剛好與碼頭地面平齊.地面與甲板的高度差不超過10 cm 時(shí),游客能舒服地登船.在一個(gè)周期內(nèi),游客能舒服登船的時(shí)間是(  ) A.0.5 s         B.0.75 s C.1.0 s D.1.5 s 解析:選C.由振動(dòng)周期T=3.0 s、ω=、A=20 cm知,游船做簡(jiǎn)諧運(yùn)

11、動(dòng)的振動(dòng)方程x=Asin ωt=20sin t(cm).在一個(gè)周期內(nèi),當(dāng)x=10 cm時(shí),解得t1=0.25 s,t2=1.25 s.游客能舒服登船的時(shí)間Δt=t2-t1=1.0 s,選項(xiàng)C正確,選項(xiàng)A、B、D錯(cuò)誤. 11.(2019·南京模擬)甲、乙兩彈簧振子,振動(dòng)圖象如圖所示,則可知(  ) A.兩彈簧振子完全相同 B.兩彈簧振子所受回復(fù)力最大值之比F甲∶F乙=2∶1 C.振子甲速度為零時(shí),振子乙速度最大 D.兩振子的振動(dòng)頻率之比f甲∶f乙=1∶2 解析:選CD.從圖象中可以看出,兩彈簧振子周期之比T甲∶T乙=2∶1,得頻率之比f甲∶f乙=1∶2,D正確;彈簧振子周期與振子

12、質(zhì)量、彈簧勁度系數(shù)k有關(guān),周期不同,說明兩彈簧振子不同,A錯(cuò)誤;由于彈簧的勁度系數(shù)k不一定相同,所以兩振子所受回復(fù)力(F=-kx)的最大值之比F甲∶F乙不一定為2∶1,B錯(cuò)誤;由簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)可知,在振子到達(dá)平衡位置時(shí)位移為零,速度最大;在振子到達(dá)最大位移處時(shí),速度為零,從圖象中可以看出,在振子甲到達(dá)最大位移處時(shí),振子乙恰好到達(dá)平衡位置,C正確. 12.(2019·溫州八校聯(lián)考)如圖所示,把能在絕緣光滑水平面上做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的彈簧振子放在水平向右的勻強(qiáng)電場(chǎng)中,小球在O點(diǎn)時(shí),彈簧處于原長(zhǎng),A、B為關(guān)于O對(duì)稱的兩個(gè)位置,現(xiàn)在使小球帶上負(fù)電,并讓小球從B點(diǎn)靜止釋放,那么下列說法不正確的是(  )

13、 A.小球仍然能在A、B間做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng),O點(diǎn)是其平衡位置 B.小球從B運(yùn)動(dòng)到A的過程中,動(dòng)能一定先增大后減小 C.小球仍然能做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng),但其平衡位置不在O點(diǎn) D.小球不可能再做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng) 解析:選ABD.小球在勻強(qiáng)電場(chǎng)中受到水平向左的電場(chǎng)力,設(shè)該電場(chǎng)力大小為F0,小球合力為零的位置應(yīng)該在O點(diǎn)左側(cè),設(shè)為O1,設(shè)O1、O點(diǎn)的間距為x0,彈簧勁度系數(shù)為k,則F0=kx0;取水平向右為正方向,當(dāng)小球從O1點(diǎn)向右運(yùn)動(dòng)的位移為x時(shí),回復(fù)力F=-F0+k(x0-x)=-kx,所以小球會(huì)以O(shè)1點(diǎn)為平衡位置做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng),選項(xiàng)A、D錯(cuò)誤,C正確;因?yàn)椴恢繟點(diǎn)與平衡位置O1點(diǎn)的位置關(guān)系,所以不能確定小球從B運(yùn)動(dòng)

14、到A的過程中,動(dòng)能如何變化,選項(xiàng)B錯(cuò)誤. 二、非選擇題 13.某同學(xué)利用單擺測(cè)量重力加速度. (1)為了使測(cè)量誤差盡量小,下列說法正確的是________. A.組裝單擺須選用密度和直徑都較小的擺球 B.組裝單擺須選用輕且不易伸長(zhǎng)的細(xì)線 C.實(shí)驗(yàn)時(shí)須使擺球在同一豎直面內(nèi)擺動(dòng) D.?dāng)[長(zhǎng)一定的情況下,擺的振幅盡量大 (2)如圖所示,在物理支架的豎直立柱上固定有擺長(zhǎng)約1 m的單擺.實(shí)驗(yàn)時(shí),由于僅有量程為20 cm、精度為1 mm的鋼板刻度尺,于是他先使擺球自然下垂,在豎直立柱上與擺球最下端處于同一水平面的位置做一標(biāo)記點(diǎn),測(cè)出單擺的周期T1;然后保持懸點(diǎn)位置不變,設(shè)法將擺長(zhǎng)縮短一些

15、,再次使擺球自然下垂,用同樣方法在豎直立柱上做另一標(biāo)記點(diǎn),并測(cè)出單擺的周期T2;最后用鋼板刻度尺量出豎直立柱上兩標(biāo)記點(diǎn)之間的距離ΔL.用上述測(cè)量結(jié)果,寫出重力加速度的表達(dá)式g=________. 解析:(1)組裝單擺時(shí),懸線應(yīng)選用不易伸長(zhǎng)的細(xì)線;擺球選擇體積小、密度大的擺球;單擺擺動(dòng)時(shí)在同一豎直面內(nèi)擺動(dòng);擺的振幅盡量小一些,選項(xiàng)B、C正確. (2)設(shè)單擺的周期為T1時(shí)擺長(zhǎng)為L(zhǎng)1,周期為T2時(shí)擺長(zhǎng)為L(zhǎng)2 則T1=2π ① T2=2π ② 且L1-L2=ΔL ③ 聯(lián)立①②③式得g=. 答案:(1)BC (2) 14.有兩個(gè)同學(xué)利用假期分別去參觀北大和南大的物理實(shí)驗(yàn)室,各自在那里

16、利用先進(jìn)的DIS系統(tǒng)較準(zhǔn)確地探究了“單擺的周期T與擺長(zhǎng)l的關(guān)系”,他們通過校園網(wǎng)交換實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),并由計(jì)算機(jī)繪制了T2-l圖象,如圖甲所示,去北大的同學(xué)所測(cè)實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)應(yīng)的圖線是________(選填“A”或“B”).另外,在南大做探究的同學(xué)還利用計(jì)算機(jī)繪制了a、b兩個(gè)擺球的振動(dòng)圖象(如圖乙所示),由圖可知,兩單擺擺長(zhǎng)之比=________.在t=1 s時(shí),b球振動(dòng)的方向是__________. 解析:由單擺的周期公式T=2π得:T2=l,即圖象的斜率k=,重力加速度越大,斜率越小,我們知道北京的重力加速度比南京的大,所以去北大的同學(xué)所測(cè)實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)應(yīng)的圖線是B;從題圖乙可以得出Tb=1.5Ta,由T=2π知,兩單擺擺長(zhǎng)之比=;從題圖乙可以看出,t=1 s時(shí)b球正在向負(fù)最大位移處運(yùn)動(dòng),所以b球的振動(dòng)方向沿y軸負(fù)方向. 答案:B  沿y軸負(fù)方向 8

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