第2章 机械振动（拔高练）-【学霸黑白题】2024-2025学年新教材高中物理选择性必修第一册(教科版2019)

进阶 突硒 第二章 机械振动 第1节简谐运动及其图像 第1课时》简谐运动 1.关于简谐运动，下列说法中正确的是 A.位移的方向总是指向平衡位置 B.加速度方向总和位移方向相反 C.位移方向总和速度方向相反 D.位移方向总和速度方向相同 2.（(2023·青海西宁月考)如图所示，一弹簧振子在一条直线上做简谐运动，第一次先后经过 M、N两点时速度(v≠0)相同，那么，下列说法正确的是 A.振子在M、N两点所受弹簧弹力相同 B.振子在M、N两点对平衡位置的位移相同 C.振子在M、N两，点加速度大小相等 D.从M点到N点，振子先做匀加速运动，后做匀减速运动 第2课时》简谐运动的描述 1.(2024·广东深圳期末)如图甲所示，在弹簧振子的小球上安装了一支记录用的笔P,在下面 放一条纸带.当小球在弹簧作用下左右振动时，沿垂直于振动方向拉动纸带，笔P在纸带上画 出了一条振动曲线，如图乙.根据曲线可知这段时间内 () A.纸带从左向右运动 B.振子的振幅逐渐增大 C.振子的振动周期在逐渐减小 D.纸带运动速度越快振子的振动频率越大 2.如图所示，弹簧振子以O点为平衡位置在B、C两点之间做简谐运动，B、C相距20cm.小球运 动到B点时开始计时，1=0.5s时振子第一次到达C点.若弹簧振子偏离平衡位置的位移随时 间的变化规律满足x=Asin（ ,一+p。)cm,则下列说法正确的是 () A.周期T=0.5s B.振幅A=20cm C.922 D.t=0.125s时，小球的位移为5cm 3.(2024·河北廊坊期末)弹簧振子完成一次全振动对应的物理过程如 位置 图所示，设振动的频率为∫，下列说法正确的是 M00000000000pB A.振子由O点运动到B'点的过程中，速度减小得越来越快 W0000000000的o 时 B.振子由B点运动到B点需要的运动时间为 AIWWKOB' W00000000OQ C.振子由B'点运动到O点的过程中相对平衡位置的位移越来越大 00000000000U00bB D.振子完成一次全振动，平均速率为2A/ BA OA B 06黑白题物理|选择性必修第一册·JK 第2节简谐运动的回复力及能量 1.(2024·江苏扬州期末)如图所示，三角形支架竖直放置，两个相同的小球用轻质弹簧相连， 分别穿过两根光滑的倾斜直杆.两球初始高度相同，弹簧处于原长状态.现将两球同时由静止 释放，左侧小球从P点开始下滑，能到达的最低点是Q点，O是PQ中点则左侧小球() A.到达Q点后保持静止 B.运动到O点时动能最大 C.从P运动至Q的过程中，加速度逐渐减小 D.从P运动至O的时间比从O运动至Q的时间短 2.(2024·山东济宁月考)如图所示，劲度系数为k=100N/m的足够长竖直轻弹簧，一端固定在 地面上，另一端与质量m=1kg的物体A相连，质量M=2kg的物体B与物体A用跨过光滑 定滑轮的轻绳相连，整个系统静止，A、B等高.剪断轻绳，A在竖直方向做简谐运动，B做自由 落体运动.已知弹簧振子的周期公式为T=2π m (m为振子质量，K为回复力与位移的比例 系数，本题中K等于弹簧的劲度系数k),重力加速度g取10m/s2,求： (1)剪断轻绳瞬间，物体A的加速度大小a: (2)物体A从最高点第一次到最低，点的时间t (3)物体A做简谐运动过程中的最大动能E 进阶突破·拔高练07 第3节单摆 1.(2024·江苏南菁中学期末)如图所示，一倾角为α=30的光滑绝缘斜面，处于竖直向下的匀 强电场中，电场强度E=2m8现将一长为1的细线（不可仲长）一端固定，另一端系一质量为 m、电荷量为g的带正电小球放在斜面上，小球静止在O点将小球拉开倾角0后由静止释放， 小球的运动可视为单摆运动，重力加速度为g下列说法正确的是 A.摆球的摆动周期为T=2 Ng 27 B.摆球的摆动周期为T=2 N3g C.摆球经过平衡位置时合力为零 D.摆球刚释放时的回复力大小F= 2mg 2.(2024·重庆巴蜀中学期中)用图甲所示的装置可以测量物体做匀加速直线运动的加速度， 用装有墨水的小漏斗和细线做成单摆，水平纸带中央的虚线在单摆平衡位置的正下方.物体 带动纸带一起向左运动时，让单摆小幅度前后摆动，于是在纸带上留下如图所示的径迹.图乙 为某次实验中获得的纸带的俯视图，径迹与中央虚线的交点分别为A、B、C、D,用刻度尺测出 A、B间的距离为x,=5cm:C、D间的距离为x,=15cm,已知单摆的摆长为L=25cm,重力加速 度为g=π2/s2,则此次实验中测得物体的加速度大小为 () B 乙 A.0.05m/s2 B.0.10m/s2 C.0.40m/s2 D.0.20m/s2 第4节实验：用单摆测量重力加速度 1.(2024·四川宜宾期中)某同学在家中就地取材组装了几套“用单摆测定重力加速度”的实验 装置，其中最合理的是图(a)中的 (填装置的序号字母)：该同学在固定摆线的过程 中，将摆线在铁架台的水平杆上缠绕若干圈后用铁夹夹住，其剖面如图(b):接着用游标卡尺 测小球直径d、用毫米刻度尺测铁夹下端到小球上端的摆线长度L、用秒表测单摆次全振动 的时间.若单摆摆动过程中，摆角小于5°，忽略空气阻力，则测得的重力加速度大小g= (用d、L、t等表示)，该测量中，重力加速度的测量值 (填“大于”“等于”或 “小于”)真实值 粗的金属杆 出邵铁央 巴铁夫 出铁失 无仲缩细线 弹性棉线 无仲缩细线 弹性棉线 夹面竖直 轶球 一铁球 ↓一塑科球 一塑料球 水平杆少 铁夹下端 B C D 摆线 图(a) 图() O8黑白题物理|选择性必修第一册·JK 2.一同学在半径为2的光滑圆弧面内做测定重力加速度的实验（如图甲所示）.他用一个直径 为2m,质量分布均匀的光滑实心球操作步骤如下：①将小球从槽中接近最低处（虚线）静 止释放：②测量多次全振动的时间并准确求出周期：③将圆弧面半径和周期代入单摆周期公 式求出重力加速度 4 (1)他在以上操作中应该改正的操作步骤是 (填写步骤序号)：若不改正，测量所得 的重力加速度的值与真实值相比会 (填“偏大”或“偏小”) (2)一组同学选择几个半径r不同的均匀光滑实心球进行了正确实验，他们将测出的周期与 小球的半径π的关系画出了如图乙所示的图线.请你根据该图写出确定重力加速度的表 达式 第5节阻尼振动受迫振动 1.(2024·山东威海月考)如图所示为“我爱发明”节目中介绍的松果采摘机，松果采摘机利用 机械臂抱紧树干，通过采摘振动器振动而摇动树干，使得松果脱落.下列分析正确的是() A.针对不同树木，落果效果最好的振动频率都相同 B.采摘振动器振动的频率越高，落果的效果就越好 C.采摘振动器振动频率减小，树干的振动幅度可能增大 D.采摘振动器振动频率不同，树干振动的幅度必然不同 2.(2024·江苏扬州期末)匀速运行的列车经过钢轨接缝处时，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.如图所 示，为某同学设计的“减震器”原理示意图，他用弹簧连接一金属球组成“弹簧振子”悬挂在车 厢内，金属球下方固定一块强磁铁（不考虑磁铁对金属球振动周期的影响）.当列车上下剧烈 振动时，该“减震器”会使列车振幅减小.下列说法正确的是 () 强磁铁 A.“弹簧振子”的金属球振动幅度与车速无关 B.“弹簧振子”的振动频率与列车的振动频率相同 C.“弹簧振子”固有频率越大，对列车的减振效果越好 D.若将金属球换成大小和质量均相同的绝缘球，能起到相同的减振效果 进阶突破·拔高练09第4节实验：验证动量守恒定律 第6节反冲 1.(1)AC(2)55.50(3)0=m1x1-m2 1.C解析：C,D小车静置于跷跷板上，令C,D小车质量分别 (4)BE (m*m,) 为m1m2,由杠杆平衡可知m1gxo=mgx知，烧断细线后，由 系统动量守恒得m,1=m,得出∑m,,=∑m△1，所 解析：(1)假设小球甲、乙离开气垫导轨的速度大小分别为 以m1,=m2x2,综上得mg(x。+x,)=m2g(xn+与)，所以左 ,,该速度即为小球与弹簧分离瞬间的速度，则由动量守 右两侧仍等高.故选C 恒定律得0=m1",-m,2, 2.D解析：设铁块竖直下降的位移为d,对木块与铁块系统， 小球离开桌而后做平抛运动.则竖直方向上有h= 系统外力为零，由动量守恒（人船模型）可得0=mh-Md.池 2r, 深=h+d+2a,解得∥=h+2a,D正确故选D 水平方向上有x=1,整理得o=√ 3.(1)a,=2m/s2,ae=5mg2,ae=4m/s2(2)n=9m/s,e= 所以√员=√员，代入整理得0=m-m,4。 3m/s(3)Q=1.6875J 解析：(1)爆炸后瞬间，分别对物体受力分析得 由此可知需要测量的物理量有小球甲，乙的质量m,、m2以 及小球甲，乙的落地点到气垫导轨左右边缘的水平距离x、 dgHaa =4ng=0.5×10m/s2=5m/s2. 用发 x1,故AC正确，BD错误故选AC (2)确定落点平均位置的方法：用尽可能小的圆把所有的小 deemcog=0.4x10 m/s=4 m/ me 球落点圈在里面，圆心就是小球落点的平均位置，则小球乙 的落地点为55.50m Bmcg-Bamag-(m.maime )gm/ (3)由(1)问可知，若动量守恒，则需验证的关系式为 (2)爆炸瞬间，由动量守恒得mn=mec, 0=mx-mx (4)弹簧弹开两小球的过程，系统的机械能守恒，则轻弹簧 根据题意，由能量守恒得0%E= 之m+之me2, 1 1 压缩时储存的弹性势能为B,=2m,号+2m,5,将，= 联立解得n=9/s,e=3m/s (3)设经过41时间，4，C两物体达到共速，则有隽=e- 景6层代人得=品(mm》 acl1=a,41, 代人数据解得11=0.5s,D舞=1m/s 因此除了第(1)问中测量的量外，还需要测量g、h,故 假设A、C两物体一起减速运动，则两者的加速度满足 BE正确 第5节碰撞 a%mg,(m,+m*m) =1.6m/s2<ac: mx+mc 1,ABC解析：设A球的质量为m1、B球质量为m2,碰前A球 故假设成立，则A、C速度减到零的时间为 的速度为。，A与B发生弹性碰撞，根据动量守恒定律和机 共1 = 械能守恒定律可得m,6=m,+m,,2m6= 2m,+ 0其1.68=0.6258， 此过程中A物体的对地位移为 之，解得，=m-m 2m1 ,= m,+m2 m,+m2 A据=%-m m1+, x=其(41+4)=)×(0.5+0.625)m=0.5625m 当A,B两球质量相等时，碰后A的速度为零，B获得了A碰 则A与地面之间因摩擦而产生的热量为Q=4,(m,+ 前的全部动能，B球获得了最大动能，故A正确：B据2= mm+mc)gx=0.05×6×10×0.5625J=1.68751 2m1 。,当A球质量远大于B球质量时，B球获得最大速 第二章机械振动 m1+m3 第1节简谐运动及其图像 度，接近碰前A速度的2倍，故B正确：C据-m,+m m,一m2 0 第1课时简谐运动 1.B 当A球质量远小于B球质量时，A球几乎原速反弹，A球被 解析：由简谐运动的特点可知，位移是指由平衡位置指 弹回的速度最大，B球获得了A球初始动量的接近2倍，B 向振子所在位置的有向线段，由4：-任可知加速度方向与 球获得最大动量，故C正确：D.由上面三项分析知，D错误 位移方向相反，速度与位移可能同向，也可能反向，故选B. 故选ABC 2.C解析：B.因M、N两点的速度大小相同，则M,N两点关于 2,AC解析：下降过程为自由落体运动，由匀变速直线运动的 O点对称，故振子在M,N两点对平衡位置的位移大小相同 速度位移公式得=2gh,解得触地时两球速度相同，为= 方向相反，选项B错误：A.根据F=-kx可知，振子在M,V两 √2gh,m2碰撞地之后，速度瞬间反向，大小相等，选m 点所受弹簧弹力大小相同，方向相反，选项A错误：C.由牛顿 与m2碰撞过程为研究过程，碰撞前后动量守恒，设碰 第二定律可知振子在M、N两点加速度大小相等，选项C正 后m:m,速度大小分别为，，选向上方向为正方向，由动 确：D.从M点到N点，由于弹力的大小不断变化，故振子先 量守恒定律得m2-m=m,P,+m,由能量守恒定律得 做变加速运动，后做变诚速运动，选项D错误故选C 1 2(m+m,)r=2m,听+2m,解得 3m2-m1 ,由题可 第2课时简谐运动的描述 m1+m2 1.A解析：AB.弹簧振子做简谐振动，由于摩擦作用，振子的 知m2=3m1,联立解得，=2√2gh,小球A上升的最大高度 振幅逐渐减小，结合纸带上的轨迹可以看出，纸带从左向右 运动，故A正确，B错误：CD,弹簧振子做简谐振动，振子运动 为H= =4h,B错误，A正确；若m2≥m,则，一→3，则近似 的周期和频率不发生变化，故CD错误.故远A 有H=9h,D错误，C正确.故选AC. 2.C解析：A.小球运动到B点时开始计时，1=0.5s时振子第 选择性必修第一册·JK黑白题44 一次到达C点历时半个周期，故周期为T=2=1,A错误： 第4节实验：用单摆测量重力加速度 B.振鲡为偏离平衡位置的最大距离，故振幅为A=10©m, B错误：C.1=0时刻，x=A,代入题中位移表达式可得P。= 1.D 2m(2L+d小于 2 受，C正确：D.位移表达式为x=10,n(2+号 em.t= 解析：单摆要求悬挂点固定，摆长长度不变，同时为了减小空 气阻力产生的影响，应用密度较大的铁球，故D正确.故 0,125g时.代入数据可得，小球的位移为52cm,D错误故 选D. 选C. 3.A解析：A.振子由O点运动到B点的过程中，速度减小、加 根据题意可得，单摆周期和摆长分别为T=‘,=L+ n 速度增大，则速度诚小得越来越快，选项A正确：B振子由 B"点运动到B点需要的运动时间为一之了选项B错误： 由单摆周期公式可得T=2如√区 C振子由B'点运动到0点的过程中，相对平衡位置的位移 解得重力加速度为g=4行2mn(2+d 越来越小，选项C错误；D.振子完成一次全振动，平均速率为 由于测量的是铁夹下端到小球上端的摆线长度，所以摆长测 T=44选项D错误故选A 量值偏小，由重力加速度公式可知，重力加速度测量值偏小， 第2节简谐运动的回复力及能量 2.(10③偏大(2)g=6 1,B解析：AB.设小球释放后向下运动，弹簧的伸长量为x,则 解析：(1)步骤③中，实际摆长是悬点到球心的距离，故计算 沿着杆方向由牛顿第二定律有mgsin0-xcos 8=ma,类比竖 摆长时应该用圆弧面半径R诚去球的半径；根据单摆周期 直的弹簧振子的受力可知，两小球均做简谐振动，0点为平 衡位置，则运动到0点时动能最大，小球到达Q点时速度为 公式T=2√ ,实际摆球摆动过程中，摆长测量值偏大， 零，而加速度向上最大，故A错误，B正确；C.从P运动至Q 故重力加速度的测量值也偏大 的过程中，加速度先逐渐减小到零，再反向逐渐增大，故 C错误：D.结合简谐运动的对称性可知，从P运动至O的时 (2)根据单摆周期公式T=2π√ ,有T=2π R-r,变形 间与从O运动至Q的时间相等，故D错误.故选B. 2(1)20m2(2)0 (3)2J 得到：=g4行+R,4行关系图像是直线.结合表达式可知 解析：(1)当系统静止时T=mg,T=mg+k, 其斜率表示-g,故斜率的绝对值表示g:结合图像可知，重力 则剪断轻绳时，由牛顿第二定律可知mg+任，=m4, b 加速度等于斜率的绝对值，为g=一 联立解得x,=0.1m,a=20/s 第5节阻尼振动受迫振动 1 (2)弹簧振子的周期公式T=2m√元=2m×,√0了 1.C解析：AB.当振动器的振动频率等于树干的固有颜率时 产生共振，此时树干的振幅最大，落果效果最好，但是不同的 第一次运动到最低点所用的时间为半个周期 树干的固有频率不同，则针对不同树木，落果效果最好的振 即1=0.57=05×刀=π 动频率不相同，采摘振动器振动的频率越高，不一定产生共 510 振，则落果的效果不一定就越好，选项AB错误：C采摘振动 (3)剪断绳子时，物体A速度为零，位于简谐运动的最高点， 器振动频率减小，若振动频率向树干的固有频率靠近，则树 当弹簧弹力等于A的重力时，A位于简谐运动的平衡位置 干的振动幅度会增大，选项C正确：D.采摘振动器振动频率 设此时弹簧的压缩量为x,则红，=mg, 不同.因树干的固有频率也不一定相同，则树干振动的幅度 则弹簧的振幅为x=x,+x2,联立可得x2=0.1m,x=02m, 可能相同，选项D错误故选C. 物体A在整个运动过程中，平衡位置动能最大，又弹簧在平 2.B解析：A.“弹簧振子"的金属球振动幅度与驱动力的颜率 衡位置时的形变量与在最高点时的形变量相等，即弹性势能 有关，而列车受到周期性的冲击做受迫振动的频率与车速有 相等，则由功能关系得E,=mgx=2J 关，故A错误：B.根据受迫振动稳定时的频率和驱动力的频 第3节单摆 率一致，可知“弹簧振子”的振动频率与列车的振动频率相 1.B解析：AB.带正电小球受到的电场力和重力合力大小为 同，B正确：C.当“弹簧振子”的固有频率等于受迫振动的频 FP'=gE+mg=3mg,电场力和重力合力沿斜面方向的加速度 率时，金属球振动幅度最大，这样更好地把能量传递给“弹簧 为a= F.P'sin a=3 &,则摆球的摆动周期为T 振子”，对列车起到更好的减振效果，所以并不是“弹簧振子” 固有频率越大，对列车的减振效果越好，C错误：D.若将金属 =23g 球换成大小和质量均相同的绝缘球，那么绝缘球在振动时就 2 ,2,故A错误，B正确：C摆球做单摆运动， 不会产生电磁阻尼，达不到相同的诚振效果，D错误故选B. 摆球经过平衡位置时回复力为零，但合力不为零，故C错 第三章机械波 误；D.摆球刚释放时的间复力大小为F=F'sin asin0=3mg× 第1节机械波的形成和传播 2 Xsin 0=3 2 mgsin0,故D错误故选B 1,C解析：A.质点1带动质点2是利用绳子上质点间的弹力 实现的，因此每个质点均做受迫振动，A错误：B.每个质点开 2,D解析：根据单摆的周期公式可得T=2x, =1s,根据逐差 始振动后，只在竖直方向做简谐运动，水平方向上不随波迁 移，B错误：C绳子上每一个质点的起振方向都相同，振动周 1 15-5 法可得a= ×102m/s2=020m/s2,故选D. 期等于波源振动周期，C正确；D.波的传播过程也是能量的 传递过程，所受合力不为零，虽然每个质点均做等幅振动，但 是每个质点的机械能并不守恒，D错误故选C 参考答案与解析黑白题45