第5单元单摆、实验：用单摆测量重力加速度、受迫振动、共振-【百汇大课堂·高中学习测试卷】2024-2025学年高中物理选择性必修第一册（人教版2019）

5.(多选)一根不列伸长的细线,上墙是挂在0点,下端系一个小球,0 第5单元 单摆 实验:用单摆测量重力加速度 受迫振动 共拢 加图甲所示,某同学利用此装置来探究周期与摇长的关系,该同 nn 100 学用来尺潜得缓线的长度,用游标卡尺测得小球的直径,二者相加 o (时闻:45分钟 满分:100分) 为5.通过改变细线的长度,刚得计应的周新T.得到该装置的/r r 图图乙所示,刚下列说法正确的是(敢一B.87) 一、选择题(共10小题,每小题5分,共50分.) 。 A.丁-?s摆长为1m 1.(2022·过字实验中学高二月考)如图所示,”洗”是古代数选用的验分,多用 第:图 青转成,现代亦有许多仿制的工艺品,例运量情水在其中,用手掌漫提 B.7-②:时摆长为0.904m 贫耳,就会发出确嘴声,列一定节奏时还会起层层水花,下列说法正 C.摇球半径为0.00m 的是 D.当地重力加速度为.日1m/s A.手拿摩越快赐起的水花越高 第1顾图 -符 6.(多选)(202·广表达头没中学期中)如图所示,因定曲面AC是一段 B.起水花是由干羊推动了“洗” 径为4.0一的允滑网死,因亮与永平方向相错于A点,A一10cn,现将一 C.“洗”中产生的这种现象是由受迫振动引起的 小物体无后从由面招C和由南离减那分中点D处影止释放,现达A点 D.贫发出的喘声是于与发耳摩擦产生的声音 时速度分则为1.和,所需时间分别为2和.以下说法正确的是( 2.如图所示为一个单摆在地面上做受追振动的共振曲线(振幅A与驱动力期 上从 A.。 第6题阻 的差).则 #{# C.n D. A.此单摆的因有闹期约为2s 7.如图所示,.个长相同的单摆在不同条性下的隅期分别为 ##1# B.此率摆的摆长沟为?。 C.若提长大,单摆的国有精寒墙大 1..77了,下列关于它们厚期大小关系的判断,正确的是 ni D.若摆长增大,共按曲线的峰将右移 第2题 A17一77. 社3.铅用甲所示是演示高谐运对图像的装置,它由一根较长的线和较小的 B777二了 7题图 漏组成,当沙漏摆动时,醒斗中的细沙均匀流出,间时匀这拉出沙漏正下方的本板,漏出的细沙在 板上会形成一条曲线,这条曲线可以理解为沙漏的聚动哪像,图乙是同一个沙漏分在两块木板 CTT-77 上形成的由线(图中的虚线).已知P、0是水板3上的两点,本板1.2的移动速度分别为V、5,阻 D7>1-r一7 8.如图甲所云,单捐拥线一燥因定干05点,另一注接一小球,在0&正下方(7位置有一个钉子, 将小球从A点由跨止释放,其运动的位移一时问图像如图乙所示,既0.0内点到的离为(数 10m/1 析 _ { 中 。 第3翻 A.P处祝的泪沙与C处的一样多 B. P处积的涵沙比Q的少 D..-2 1 C..-4 4.(202·江南高二上成检)一单摆在轻直平面内小角度摆动,摆是左A 第8图 A.1.6 2.甘“ C0.om 概最高点A话动到量低点C时,规块被是点O(未画出上还下古的灯子技 .1.om 住,之后球运动到右侧最高点B,该过程中的题闪照片如图所示,已知闪光的 .(多选)胆一个子用四根弹突支掉起来,子上装一个电动偏心轮,它每转一周,给猎子一个数选 。4题图 时间问隔相等,0C一1.0.P两点间的用离 力,这就做成了一个其振第,如图甲所示,该共振路的共振非线如图乙所示,已知地大电五,可使 # 1 C. 心抢鼓速提亮:增加简子重量,可激大高子的固有朋则,基时然,偏心给在某电压下的精是 5-min,下说正的是 2 ### 该同学通过实验发现,再单摆同期的平方之比很接近摇长之比,存在误基,在人>.的 单选。 A. 两据球质量不同 B.静止悬挂时两球高度不同 C.记录摆长时嘱加了摆球的半径 D. 对湖视球网时目方向是过最纸点的判断存在设长 12.(10分)如图所示是一个单题的共%由线 ## r 中 乙 (1)若单摇所处的环境重力遍度:一,试虎摆的摇长; 第:题图 (2)若终此单摆移到高山上,共据曲线的峰将复样移活。 A.此时共振的振动颤率为0.3H 1 B.只增加等子质量,共的幅会蜡大 第12题图 (二.只落偏心轮转速因空4rm时,振笔发生共提 D. 只斑大电听,共现暗的会墙大后或小 10.(2022·新江桃州高中)图甲是用力传感器对单 做小角度摆动过程进行测量的装置图,图乙是与力 13.(15分)如图甲,有一是在0点的单罢,将球(可视为 传感器连接的计算机屏落所是示的P图像,其中 117 质点)拉列A点后释放,小球在整直平喜内的A.B、C F的量大F-1.02N.已知摆球质是n- 点之间来区摆动。已知B点为运动中最低点:摆长为 乙 100.重力加速度取8m.*取98.不甘 1.摆角为。,小球质量为*。在0点残有一力传感 摆线质是及空气阻力,下列说法不正确的是 ) 第10趣图 ,国乙,表示从集时到开始计时起,由力传感器测出 的拙线对摆球的拉力大小F随时回变化的些线口.为 A.单视周期为1.6。 2 已知量),求: B.单摆据长为6.32m 第13题图 C.的量小F -0.96N (1)单摆的展期丁程当遍重力加速度g的大小: D.若仅将摆球是变为200g.单摆周期不变 (2)力传感器测出的拉力F的最大值F,程最小值F 二、非选择题(共(小题,共50分。) 11.(10分)在“探究单握罔期与摇长的关系”实验中,实验装置如图甲所示 14.(16分)如图渐示,在水平填面上有一段光滑因死形精,孤的率轻是R,断对 丙 心角小于1,0为陪孤的最是点,且网强关于0点左右对称。现在树强的右 毫11 达缘M处致一个小物决A(可混为重点).使其由D止下潜(重力加速度为 第14图 (1)该实验中用于测时间的仅器是下列中的 (单选)。 (1)小物块由M第一次运动至0的过粮中所需时间.为多少?在此过程中能量如何转化(定性设 朝 (2)若在MN随强上存在两点P.Q.且P.Q关干O对称,已酒得小物块A由P到站Q所需的是 时间为&,小抱块0话动系N的量时间为多少 (2)捉球直径用漪标只测量:如图乙断示,现溪球直径一 n (3)某到学做实验时发现刚时幅的夜器提坏了,他采用了一种新的方式来探充同者的关素,琴 如图离,两单损悬挂点高度相风,单括A的损长略大于单损达的拟长,实验中,首先仔醒观察两 指球的规动过程,当两拥球顾时展立向经过最括点时开给计数,记A全振动次数,直至再类理 开次同时列方经过量括点时结束,A共完成V次全振动,则两单损的用期之比工,.T,为 31 3211.答案：0.8s0.8s无关 平方向的夹角0==4πt,小球偏离平衡位置的位移 解析：由图A可知，第一次振动的周期为 满足y=Rsin wt=Rsin4πt,所以小球的运动为简谱运 T:=8×0.1s=0.8s, 动，则小球在右侧挡板上的运动也为简谐运动：由题意 由图B可知，第二次振动的周期为 可知，小球做简谐运动的振幅A=R=10m=0.1m, T2=8×0.1s=0.8s, 设向下为正方向，小球运动方程为y=Asn4πt= 因此弹簧振子的周期与振幅无关。 0.1sin4rtm。 12.答案：(1)2em2×10-28x=-2cos100xtcm (2)由题意可知，弹簧振子做简谐运动的周期与左侧小 (2)一√2cm(3)位移增大回复力增大速度减小 球周期相同，即T=0.5s,弹簧振子振动的周期公式 动能减少 解析：(1)由题图知，该简谐运动的振幅A=2©m,周期 为T=2?,整理得k=袋m,代入戴据得代 16N/m。 T=2×10-28,m= -10rad/s,初相位物-要，则 T 第5单元单摆实验：用单摆测量 振动方程为 重力加速度受迫振动共振 x=2sim(100t+） cm=-2cos 100xt cm; 1.C解析：用手掌摩擦盆耳，到一定节奏时溅起水花是 (2)1=0.25×10-2s时质点的位移 “洗”做受迫振动造成的，手掌摩擦盆耳的频率越接近 x=-2cos(100x×0.25×10-2)cm=-√2cm: “洗”的固有频率，受迫振动的振幅越大，藏起的水花越 (3)1.5×102一2×10-2s的时间内，质点的位移增 高，故A、B错误，C正确；盘发出的嗡喻声是“洗”振动 大，回复力增大，速度减小，动能减少。 产生的声音，故D错误。 2,A解析：当驱动力的频率等于固有频率时，受迫振动 13.答案：(1)见解析(2)2k(台+mgsin a) 3 的振幅最大，由图可知，此单摆的固有频率为0.5Hz, 解析：(1)小球在斜面上平衡时，设弹簧伸长量为△1， 由T-可得周期为2s,故A正确：由T=2元仁，可 有ngsin a-k△l=0, 当小球离开平衡位置向下的位移为工时，弹簧伸长量 得1≈1m,故B错误：若摆长增大，则单摆的周期增大， 为x十△1，小球所受合力 固有频率减小，所以共振曲线的峰将向左移动，故C、D F合=ngsin a-k(.r+△l), 错误。 联立可得F合=一kx,可知小球做简谐运动。 3.C解析：沙漏摆动时在最大位移处速度为零，在平衡 (2)小球候筒谱运动的装幅A=华+4。 位置处速度最大，所以P处堆积的细沙比Q处的多，故 A,B错误：木板做匀速运动，设沙漏的振动周期为T,则 小球振动到最低点时伸长量△x=A十△l, 第黄第性势能，=6a山)P=(学+2加me） 功X2T=×号T解得号-是故C正确，D错误， 4.A解析：设相邻两次闪光的时间间隔为，则摆球在左 侧的摆动周期T1=121,摆球在右侧的摆动周期T2= 14.答案：(1)见解析(2)16Nm 81,可得T1:T2=3:2,根据单摆周期公式T= 解析：(1)由题意可知，小球在竖直方向上运动，设小圆 2√F解得e-音，则0，P两点同的距离1=1 柱运动到右端与圆心等高处时为计时起点，此时小球 的位置为平衡位置，则1时刻小圆柱与圆心连线和水 5,故选A 15 5.BCD解析：设摆长为1，小球半径为r,单摆的周期公 续表 式T=2x ,整理得1=T+,可知 =2入g 单摆 重力加速度 周期 4π2 摆球的等效重 是为T图像的斜率，所以有是=1.000.06 4 m's, 力加速度g4=g T4=2 Vg+a 解得g≈9.81m/s2,故D正确；由题图乙可知，1T2图 +a 像的纵轴截距为小球的半径r,则r=0.006m,T=2s 可知T1>T2=T3>T,D正确。 时摆长/=1一r=0.994m,故A错误，B,C正确。 8.A 解析：小球从A点运动到B点的过程中，设单摆周 6.AD解析：由于圆弧半径远大于AC,小物体在圆弧上 的运动可等效看成单摆的简谐运动，由单摆周期公式可 期为T:由复国乙可知，号-0,25，=由T) 得T=2元√g ，小物体从C点释放和从D点释放，到达 2g 得该过程中单摆摆长1=2.5m。小球从B点 A点所用的时同均为行，放(=，B错误，D正确：由动 运动到C点的过程中，设单摆周期为T2,由题图乙可 能定理可得mgh=2m心2-0，由于从C点释放时h较 ,L=0.40x5-0.25ms=0.15xs,T2=0.6xs,由 大，重力做功较多，故未速度较大，即叫>吃，A正确， T2=2x 三，得该过程中单摆摆长2=0,9m,由4 C错误。 l2=1.6m,可得O.0两点间的距离为1.6m,A正确。 7.D解析：根据周期公式T=2π ,可知单摆的周期T 9.AC解析：偏心轮在某电压下的转速是54r/min,频率 为0.9Hz,共振筛的振动频率等于偏心轮提供的驱动 与摆长1和重力加速度g有关，对摆长相同的单摆，周 力的频率，则此时共振筛的振动频率为O.9Hz,A正 期T只与重力加速度g有关。则根据题图分析如 确：由题图乙可知，此时馆子的固有频率为0.8Hz,只 下表： 增加筛子质量，筛子的固有周期增大，筛子的固有频率 单摆 重力加速度 周期 减小，则筛子的固有频率和驱动力频率的差值变大，振 头海 摆球的等效重 幅减小，B错误；只将偏心轮转速调至48rmin,频率为 力加速度g1= T:=2xgsin 0 0.8Hz,此时共振筛的振动频率为0.8Hz,与筛子的固 gsin 0 有频率相等，则共振筛发生共振，C正确：只增大电压， 摆球所受的库 偏心轮转速提高，频率变大，则筛子的固有频率和驱动 仑力始终沿摆 力频率的差值变大，共振筛的振幅减小，D错误。 + 线方向，不影响 10.B解析：根据单摆振动的规律可知，在一个周期内摆 回复力，摆球的 T2=2g 球会两次经过最低点，即摆线会出现两次拉力最大的 ①+y 等效重力加速 时刻，由题图乙可知，单摆周期为1,6s,故A正确；根 度g2=g 帮单摆网期公式可得，单摆摆长-织=0,64m,放 B错误：设单摆的摆角为20，当摆球摆到最高点时摆线 摆球的重力加 拉力最小，为Fmin=mgcos0,设摆球运动至最低点时 速度g3=g T3=2g 的速度大小为，则根据机械能守恒定律有弓m 16 mgl(1一cos0),在最低点时，根据牛顿第二定律有 解得g=L 2 Fm一mg=m,联立解得F=3mg,F■ 2 (2)摆球在最高点时拉力最小，则F2=mgcos a, 0.96N,故C正确：根据单摆周期公式可知，周期与摆 在最低点时拉力最大，则 球质量无关，所以若仅将摆球质量变为200g,单摆周 mgL(1-cos a)= 2mv2, 期不变，故D正确。 v2 山.答案：1)C(2)2.06（3)D F1一mg=m乙· 解得F1=3ng一2 ngcos a. 解析：(1)在该实验中，用秒表来记录时间。(2)d= 20mm+6×0.1mm=20.6mm=2.06cm。(3)由单 14答案.受层 小球A的重力势能转化为动能 摆周期公式T=2π 仁可得，A的摆长长，则其周期 长，故A完成N次全振动时，B完成N十1次全振动， 解析：(1)由圆弧形槽所对圆心角小于10°，知小物块的 会文=忠。单溪周期与器球质量无关：故 有了 运动为单摆模型。由单摆周期公式T=2x√日 N+1 得小物块A的运动周期T=2元 R 两摆球质量不同不是产生误差的原因，故A错误：单 摆周期与摆长有关，但静止悬挂时两摆球高度不同，故 所以1- B错误：记录摆长时漏加了摆球的半径，则两单摆的摆 在由M运动至O的过程中小物块A的重力势能转化 长测量值小于实际值，会导致小于的情况出现，但不会 为动能。 导致大于的情况出现，故C错误：对两小球司时同方 (2)由对称性可知小物块A由O运动至Q的最短时间 向经过最低点的判断存在误差是导致出现误差的主要 原因，故D正确。 12.答案：(1)6.25m(2)见解析 解析：(1)由图可知，当驱动力的频率等于0.2Hz时， 解得小物块A由Q运动至N的最短时间 单摆的振幅最大，所以单摆的固有频率为0.2Hz,周 期T=5s:根据单摆的周期公式T=2 区有，此摆的 2 g 章未检测卷（二） 摆长l=gT =6.25m。 4π2 1,心辨折：银动加建度a=语-品如毫度。大个与位 (2)高山上的重力加速度较小，若将此单摆移到高山 移x大小成正比，a方向与x方向相反。a为正时x为 上，由T=2m√g 可得其周期变大，固有频率变小，故 负，a为负时x为正。选项C正确。 2.B解析：方法一：小球做简谐运动的位移y= 共振曲线的峰将向左移动。 13.答案：(1)2t0 (2)3mg-2mgcos a mgcos a -Aos亭，则1=时有y=-Ac(停×君) 12 解析：(1)由题图乙可知，单摆的周期T=2t, 一号A,小味从振低点有上运动的距青△y=A-号A 根据T=2√g 2≥A<名A,选项B正确AC.D相误 2 17