第二章《机械振动》【上好课】2024-2025学年高二物理同步精品课堂(人教版2019选择性必修第一册)
2024-12-10
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2份
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26页
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资源信息
| 学段 | 高中 |
| 学科 | 物理 |
| 教材版本 | 高中物理人教版选择性必修 第一册 |
| 年级 | 高二 |
| 章节 | 第二章 机械振动 |
| 类型 | 作业-单元卷 |
| 知识点 | - |
| 使用场景 | 同步教学-单元练习 |
| 学年 | 2024-2025 |
| 地区(省份) | 全国 |
| 地区(市) | - |
| 地区(区县) | - |
| 文件格式 | ZIP |
| 文件大小 | 7.97 MB |
| 发布时间 | 2024-12-10 |
| 更新时间 | 2024-12-13 |
| 作者 | 庆威物理 |
| 品牌系列 | 上好课·上好课 |
| 审核时间 | 2024-12-10 |
| 下载链接 | https://m.zxxk.com/soft/49208165.html |
| 价格 | 4.00储值(1储值=1元) |
| 来源 | 学科网 |
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内容正文:
第二章《机械振动》单元测试
班级___________ 姓名___________ 学号____________ 分数____________
(考试时间:75分钟 试卷满分:100分)
1、 单项选择题(本题共7小题,每小题4分,共28分。在每小题给出的四个选项中,只有一项是符合题目要求的)
1.如图所示,张紧的水平绳上挂了5个小球,摆长,使E摆动后,其他四个摆随之振动。则稳定时( )
A.A摆的振幅最大 B.B摆的振幅最大 C.C摆的振幅最大 D.D摆的振幅最大
2.图甲中,一只小鸟站在树枝上与树枝一起上下振动,小鸟振动的图像如图乙所示,速度向下为正。下列说法正确的是( )
A.时刻小鸟的速度方向向上
B.时刻树枝对小鸟弹力最大
C.时刻小鸟的加速度最大
D.时刻小鸟处在最低点
3.把一个小球套在光滑细杆上,球与轻弹簧相连组成弹簧振子,小球沿杆在水平方向做简谐运动,它围绕平衡位置O在A、B间振动,如图所示,下列结论正确的是( )
A.小球在O位置时,动能最小,加速度最大
B.小球在A、B位置时,动能最小,加速度最大
C.小球从A经O到B的过程中,回复力一直做正功
D.小球从B到O的过程中,振子振动的能量不断增加
4.两个弹簧振子甲、乙沿水平方向放置,取向右为正方向,其振动图像如图所示,以下说法正确的是( )
A.两弹簧振子具有相同的相位
B.甲的振幅比乙大,所以甲的能量比乙大
C.甲、乙两弹簧振子回复力最大值之比一定为
D.时甲具有负向最大速度,乙具有正向最大位移
5.钓鱼是古老的中华文化,陕西省西安半坡村仰韶文化遗址发现了许多骨制鱼钩。上古三个有名的钓鱼人分别是帝舜、周穆王姬满和姜太公。《庄子·刻意》:就数泽,处闲旷,钓鱼闲处、无为而已矣。”钓鱼时当鱼漂受到扰动后会上下振动,忽略水的阻力和水面波动影响,以竖直向下为正方向,某一时刻开始鱼漂的振动图像如图所示,则鱼漂( )
A.在时刻加速度为零 B.振动过程中机械能守恒
C.在时刻动量最小 D.在时间内所受到合力的冲量方向竖直向下
6.图甲为用手机和轻弹簧制作的一个振动装置。手机加速度传感器记录了手机在竖直方向的振动情况,以向上为正方向,得到手机振动过程中加速度a随时间t变化的曲线为正弦曲线,如图乙所示。下列说法正确的是( )
A.时,弹簧弹力为0
B.时,手机位于平衡位置下方
C.从至,手机的动能增大
D.改变手机振动的振幅,加速度随时间的变化周期将发生改变
7.如图所示,在xOy坐标系中一质量为m的小球绕原点O沿顺时针方向做匀速圆周运动,半径为R,从小球经过的位置开始计时,该小球每分钟转300圈。一束平行光沿x轴正方向照射小球,在处放置一垂直于x轴的足够大屏幕,可以看到小球的影子在屏幕上的运动情况。则下列说法正确的是( )
A.时,小球坐标是(,0)
B.从开始计时,内小球影子所通过的路程为25R
C.小球做匀速圆周运动的向心力大小为
D.小球的影子在y轴方向上的运动满足方程
2、 多项选择题(本题共3小题,每小题6分,共18分。在每小题给出的四个选项中,有两个或两个以上选项符合题目要求,全部选对的得6分,选对但不全的得3分,有选错的得0分)
8.如图所示,光滑圆弧槽半径为R(未知),A为最低点,C到A的距离远远小于R,小球B位于A点的正上方,且到A点的距离为H。若同时释放小球B、C,则要使两小球B和C在A点相遇(小球B和C可视为质点),R的可能值为( )
A. B. C. D.
9.如图所示,光滑斜面与水平面成角,轻弹簧一端固定在斜面下方的挡板上,另一端与质量为的物块A相连,物块A保持静止时弹簧被压缩了现将与物块A完全相同的物块B从斜面上弹簧原长位置由静止释放,物块B下滑后与物块A发生碰撞并粘在一起。已知两物块均可视为质点,碰撞时间极短,重力加速度为,弹簧的弹性势能为弹簧的形变量),则下列说法正确的是( )
A.碰前物块B的速度大小为 B.碰撞过程中损失的能量为
C.碰后两物块做简谐运动的振幅为 D.碰后弹簧反弹后物块B不可能返回释放位置
10.如图甲所示,足够长的水平传送带以某一恒定速率顺时针转动,一根轻弹簧两端分别与物块和竖直墙面连接,将物块在传送带左端无初速度释放,此时弹簧恰处于原长且为水平。物块向右运动的过程中,受到的摩擦力大小与物块位移的关系如图乙所示,已知物块质量为m,物块与传送带间的动摩擦因数为,重力加速度为g,最大静摩擦力等于滑动摩擦力,为已知量,则下列说法正确的是( )
A.过程,物块所受摩擦力方向向右
B.弹簧的劲度系数为
C.传送带的速度为
D.物块能运动到处
3、 非选择题(本题共5小题,共54分。请按题目要求作答)
11.(8分)在“用单摆测量重力加速度”的实验中:
(1)下面叙述正确的是( )
A.1m和30cm长度不同的同种细线,选用30cm的细线做摆线
B.直径为1.8cm的塑料球和铁球,选用铁球做摆球
C.如图甲、乙,摆线上端的两种悬挂方式,选甲方式悬挂
D.当单摆经过平衡位置时开始计时,并记录为1次,50次经过平衡位置后停止计时,用此时间除以50做为单摆振动的周期
(2)若用游标卡尺测得小球的直径 mm
(3)实验时用拉力传感器测得摆线的拉力F随时间t变化的图像如图丙所示,用表示摆线长,则当地的重力加速度可表示为 (用题目中的物理量d、、表示)
(4)在实验中测得的g值偏小,可能的原因是( )
A.以摆线长作为摆长来计算
B.开始计时时秒表过晚按下
C.测摆线长时摆线拉得过紧
12.(8分)某同学设计了一个测量重力加速度大小g的实验方案,所用器材有:2g砝码若干、托盘1个、轻质弹簧1根、米尺1把、光电门1个、数字计时器1台等。
具体步骤如下:
①将弹簧竖直悬挂在固定支架上,弹簧下面挂上装有遮光片的托盘,在托盘内放入一个砝码,如图(a)所示。
②用米尺测量平衡时弹簧的长度l,并安装光电门。
③将弹簧在弹性限度内拉伸一定长度后释放,使其在竖直方向振动。
④用数字计时器记录30次全振动所用时间t。
⑤逐次增加托盘内砝码的数量,重复②③④的操作。
该同学将振动系统理想化为弹簧振子。已知弹簧振子的振动周期,其中为弹簧的劲度系数,为振子的质量。
(1)由步骤④,可知振动周期: 。
(2)设弹簧的原长为,则l与的关系式为: 。
(3)由实验数据作出的图线如图(b)所示,可得 (保留三位有效数字,取9.77,取)。
13.(8分)某物理兴趣小组探究简谐运动的规律。现有下端缠有铁丝的粗细均匀的较长木棒漂浮在水中,水面足够大。把木棒向下缓慢按压一小段距离后释放,木棒在竖直方向上振动,某时刻开始计时,木棒上A点的振动图像如图所示,设竖直向上为正方向。则求:
(1)A点的振动方程;
(2)A点在第20s时的位移和前20s内的路程。
14.(14分)战绳运动是一项超燃脂的运动。某次健身时,有两位健身者甲、乙分别抓住相同的战绳上下舞动形成向右传播的简谐波,如图1所示。某时刻开始计时,时两列波的图像如图2所示,P、Q曲线分别为甲、乙的一个绳波,O点为手握的绳子一段,向右为x轴正方向。已知绳波的速度为,求:
(1)甲、乙的绳端振动频率和之比;
(2)以图2所示为时刻,写出乙运动员的绳中,平衡位置为4m处质点的振动方程。
15.(16分)如图所示,质量分别为m=200g、M=400g的两物块用轻弹簧相连,其中M放在水平地面上,m处于竖直光滑的导轨内。今将m向下压一段距离后放手,它就在导轨内上下做简谐运动,且m到达最高点时,M对地面的压力刚好为零。若弹簧的劲度系数为200N/m,g=10m/s2试问:
(1)弹簧的最大形变量为多大;
(2)m的最大加速度多大;
(3)M对地面的最大压力多大。
11.(6分)
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第二章《机械振动》单元测试
班级___________ 姓名___________ 学号____________ 分数____________
(考试时间:75分钟 试卷满分:100分)
1、 单项选择题(本题共7小题,每小题4分,共28分。在每小题给出的四个选项中,只有一项是符合题目要求的)
1.如图所示,张紧的水平绳上挂了5个小球,摆长,使E摆动后,其他四个摆随之振动。则稳定时( )
A.A摆的振幅最大 B.B摆的振幅最大 C.C摆的振幅最大 D.D摆的振幅最大
【答案】B
【详解】根据单摆周期公式
使E摆动后,可知周期由E摆的摆长决定,其他四个摆随之做受迫振动,振动周期等于E摆的周期,而B摆的摆长等于E摆的摆长,所以B摆做受迫振动的周期等于自由振动的周期,B摆发生共振现象,B摆的振幅最大。
故选B。
2.图甲中,一只小鸟站在树枝上与树枝一起上下振动,小鸟振动的图像如图乙所示,速度向下为正。下列说法正确的是( )
A.时刻小鸟的速度方向向上
B.时刻树枝对小鸟弹力最大
C.时刻小鸟的加速度最大
D.时刻小鸟处在最低点
【答案】C
【详解】A.根据图乙可知,时刻,速度为正,由于速度向下为正方向,所以小鸟的速度方向向下,故A错误;
B.t1时刻小鸟的速度最大,此时小鸟受力平衡,即所受弹力等于重力,此后小鸟向下做减速运动,树枝对其弹力逐渐增大,故t1时刻,树枝对其弹力未达到最大,故B错误;
C.时刻小鸟的速度为0,这一瞬间停止了向下的运动,即将向上运动,根据简谐运动的特征可知,此时加速度方向向上,达到最大值,故C正确;
D.时刻小鸟向上运动到了最大速度后向上做减速运动,故此时在平衡位置处,不是最低点,故D错误。
故选C。
3.把一个小球套在光滑细杆上,球与轻弹簧相连组成弹簧振子,小球沿杆在水平方向做简谐运动,它围绕平衡位置O在A、B间振动,如图所示,下列结论正确的是( )
A.小球在O位置时,动能最小,加速度最大
B.小球在A、B位置时,动能最小,加速度最大
C.小球从A经O到B的过程中,回复力一直做正功
D.小球从B到O的过程中,振子振动的能量不断增加
【答案】B
【详解】AB.振子经过平衡位置时,速度最大,位移为零,所以经过平衡位置动能最大,回复力为零,加速度为零;在A、B位置时,速度为零,动能最小,位移最大,回复力最大,加速度最大,故A错误,B正确;
CD.由于回复力指向平衡位置,所以振子从A经O到B的过程中,回复力先做正功,后做负功,振子的动能和弹簧的势能相互转化,且总量保持不变,即振动的能量保持不变,故CD错误。
故选B。
4.两个弹簧振子甲、乙沿水平方向放置,取向右为正方向,其振动图像如图所示,以下说法正确的是( )
A.两弹簧振子具有相同的相位
B.甲的振幅比乙大,所以甲的能量比乙大
C.甲、乙两弹簧振子回复力最大值之比一定为
D.时甲具有负向最大速度,乙具有正向最大位移
【答案】D
【详解】A.由图像可知,甲的周期为4s,乙的周期为8s,两个弹簧振子的周期不同,只是初相位相同,所以相位不同,故A错误;
B.由图像可知,甲的振幅为2cm,乙的振幅为1cm,但是两个弹簧振子的劲度系数不确定,所以两个弹簧振子的能量大小无法比较,故B错误;
C.弹簧振子的最大回复力为
振幅之比为,但是无法确定两弹簧振子的劲度系数,所以两个弹簧振子回复力的最大值无法比较,故C错误;
D.由图像可知,当
时,甲处于平衡位置且向x轴的负向运动,此时的速度最大;乙处于正方向的最大位移处,速度为0,故D正确。
故选D。
5.钓鱼是古老的中华文化,陕西省西安半坡村仰韶文化遗址发现了许多骨制鱼钩。上古三个有名的钓鱼人分别是帝舜、周穆王姬满和姜太公。《庄子·刻意》:就数泽,处闲旷,钓鱼闲处、无为而已矣。”钓鱼时当鱼漂受到扰动后会上下振动,忽略水的阻力和水面波动影响,以竖直向下为正方向,某一时刻开始鱼漂的振动图像如图所示,则鱼漂( )
A.在时刻加速度为零 B.振动过程中机械能守恒
C.在时刻动量最小 D.在时间内所受到合力的冲量方向竖直向下
【答案】D
【详解】A.鱼漂在时刻位移最大,所以加速度最大,故A错误;
B.鱼漂在振动过程中,受到浮力,且浮力做功,所以机械能不守恒,故B错误;
C.在时刻鱼漂处于平衡位置,速度最大,动量最大,故C错误;
D.以竖直向下为正方向,鱼漂在时间内由平衡位置向上振动,鱼漂受到的合力方向向下,故合力的冲量方向竖直向下,故D正确。
故选D。
6.图甲为用手机和轻弹簧制作的一个振动装置。手机加速度传感器记录了手机在竖直方向的振动情况,以向上为正方向,得到手机振动过程中加速度a随时间t变化的曲线为正弦曲线,如图乙所示。下列说法正确的是( )
A.时,弹簧弹力为0
B.时,手机位于平衡位置下方
C.从至,手机的动能增大
D.改变手机振动的振幅,加速度随时间的变化周期将发生改变
【答案】B
【详解】A.由题图乙知,时,手机加速度为0,即手机处于平衡状态,则弹簧弹力
A错误;
B.由题图乙知,时,手机的加速度为正,根据可知手机位于平衡位置下方,B正确;
C.由题图乙知,从至,手机的加速度增大,手机从平衡位置向最大位移处运动,速度减小,动能减小,C错误;
D.对于同一个振子,其振动周期与振幅无关,改变手机振动的振幅,加速度随时间的变化周期不变,D错误。
故选B。
7.如图所示,在xOy坐标系中一质量为m的小球绕原点O沿顺时针方向做匀速圆周运动,半径为R,从小球经过的位置开始计时,该小球每分钟转300圈。一束平行光沿x轴正方向照射小球,在处放置一垂直于x轴的足够大屏幕,可以看到小球的影子在屏幕上的运动情况。则下列说法正确的是( )
A.时,小球坐标是(,0)
B.从开始计时,内小球影子所通过的路程为25R
C.小球做匀速圆周运动的向心力大小为
D.小球的影子在y轴方向上的运动满足方程
【答案】B
【详解】D.由题意可知
所以
根据小球的运动规律匀速圆周运动可知所以影子做简谐运动,且振动方程为
故D错误;
A.由于,则
由于小球经过的位置开始计时,经过整数周期小球位置不变,再过四分之一个周期,小球坐标为,故A错误;
B.由
则从开始计时,内小球影子所通过的路程为
故B正确;
C.由向心力公式
故C错误。
故选B。
2、 多项选择题(本题共3小题,每小题6分,共18分。在每小题给出的四个选项中,有两个或两个以上选项符合题目要求,全部选对的得6分,选对但不全的得3分,有选错的得0分)
8.如图所示,光滑圆弧槽半径为R(未知),A为最低点,C到A的距离远远小于R,小球B位于A点的正上方,且到A点的距离为H。若同时释放小球B、C,则要使两小球B和C在A点相遇(小球B和C可视为质点),R的可能值为( )
A. B. C. D.
【答案】AD
【详解】小球C做简谐运动,根据题意得
(n = 0,1,2…)或(n = 0,1,2…)
解得
(n = 0,1,2…)或(n = 0,1,2…)
当n = 0时,则有
或
故选AD。
9.如图所示,光滑斜面与水平面成角,轻弹簧一端固定在斜面下方的挡板上,另一端与质量为的物块A相连,物块A保持静止时弹簧被压缩了现将与物块A完全相同的物块B从斜面上弹簧原长位置由静止释放,物块B下滑后与物块A发生碰撞并粘在一起。已知两物块均可视为质点,碰撞时间极短,重力加速度为,弹簧的弹性势能为弹簧的形变量),则下列说法正确的是( )
A.碰前物块B的速度大小为 B.碰撞过程中损失的能量为
C.碰后两物块做简谐运动的振幅为 D.碰后弹簧反弹后物块B不可能返回释放位置
【答案】BD
【详解】A.设物块B下滑与物块A碰撞前的速度为,由动能定理可得
解得
故A错误;
B.物块A、B碰撞过程动量守恒,则有
联立解得
碰撞过程中损失的能量为
故B正确;
C.物块A、B碰撞后一起向下运动至最低点,位移设为,根据能量守恒定律得
物块A原来静止满足
解得
因为物块A、B碰撞后一起做简谐运动的平衡位置满足
解得
故振幅为,故C错误;
D.因碰撞过程机械能有损失且物块A、B不会再分离,碰后弹簧反弹后物块不可能返回释放位置,故D正确。
故选BD。
10.如图甲所示,足够长的水平传送带以某一恒定速率顺时针转动,一根轻弹簧两端分别与物块和竖直墙面连接,将物块在传送带左端无初速度释放,此时弹簧恰处于原长且为水平。物块向右运动的过程中,受到的摩擦力大小与物块位移的关系如图乙所示,已知物块质量为m,物块与传送带间的动摩擦因数为,重力加速度为g,最大静摩擦力等于滑动摩擦力,为已知量,则下列说法正确的是( )
A.过程,物块所受摩擦力方向向右
B.弹簧的劲度系数为
C.传送带的速度为
D.物块能运动到处
【答案】ABD
【详解】A.在0-x0过程,物块相对于传送带向左运动,物块所受的摩擦力方向向右,故A正确;
B.由题意可知,当x=2x0时,物块静止且所受静摩擦力达到最大值,则有
μmg=k•2x0
解得弹簧的劲度系数为
故B正确;
C.设传送带的速度为v0,由动能定理得
可得
故C错误;
D.在2x0处弹簧为拉力,由于
μmg=kx0
此后物块受到的滑动摩擦力始终向右,滑块向右做简谐运动
可得
即物块向右运动的最大距离为
所物块能够到达3x0处,故D正确。
故选ABD。
3、 非选择题(本题共5小题,共54分。请按题目要求作答)
11.(8分)在“用单摆测量重力加速度”的实验中:
(1)下面叙述正确的是( )
A.1m和30cm长度不同的同种细线,选用30cm的细线做摆线
B.直径为1.8cm的塑料球和铁球,选用铁球做摆球
C.如图甲、乙,摆线上端的两种悬挂方式,选甲方式悬挂
D.当单摆经过平衡位置时开始计时,并记录为1次,50次经过平衡位置后停止计时,用此时间除以50做为单摆振动的周期
(2)若用游标卡尺测得小球的直径 mm
(3)实验时用拉力传感器测得摆线的拉力F随时间t变化的图像如图丙所示,用表示摆线长,则当地的重力加速度可表示为 (用题目中的物理量d、、表示)
(4)在实验中测得的g值偏小,可能的原因是( )
A.以摆线长作为摆长来计算
B.开始计时时秒表过晚按下
C.测摆线长时摆线拉得过紧
【答案】(1)B
(2)19.90
(3)
(4)A
【详解】(1)A.选用尽可能长的细线作为摆线,可减小测量摆长时产生的相对误差,也能增大单摆的周期,有利于减小周期测量中的误差,故A错误;
B.选用质量较大的铁球做摆球,能减小空气阻力的影响,使单摆摆动较长的时间,有利于测量周期,故B正确;
C.图甲中摆线缠绕在水平杆上,摆动过程中摆线长度不断发生变化,实验误差较大;图乙中摆线用铁夹夹住了,则摆长能保持不变,所以应选用图乙中所示的悬挂方式,故C错误;
D.单摆在平衡位置(即最低点)处速度最大,便于确定,所以从单摆经过平衡位置时开始计时,50次经过平衡位置后停止计时,由于每经过平衡位置一次用时半个周期,用测得的时间除以25做为单摆振动的周期,故D错误。
故选B。
(2)小球的直径为
(3)摆线长,则摆长
由图丙可知,单摆的周期为
根据单摆周期公式
可得当地的重力加速度
(4)根据可知
A.以摆线长作为摆长来计算,则摆长偏小,重力加速度的测量值偏小,故A正确;
B.开始计时时秒表过晚按下,则周期的测量值偏小,则重力加速度的测量值偏大,故B错误;
C.测摆线长时摆线拉得过紧,则摆长偏大,重力加速度的测量值偏大,故C错误。
故选A。
12.(8分)某同学设计了一个测量重力加速度大小g的实验方案,所用器材有:2g砝码若干、托盘1个、轻质弹簧1根、米尺1把、光电门1个、数字计时器1台等。
具体步骤如下:
①将弹簧竖直悬挂在固定支架上,弹簧下面挂上装有遮光片的托盘,在托盘内放入一个砝码,如图(a)所示。
②用米尺测量平衡时弹簧的长度l,并安装光电门。
③将弹簧在弹性限度内拉伸一定长度后释放,使其在竖直方向振动。
④用数字计时器记录30次全振动所用时间t。
⑤逐次增加托盘内砝码的数量,重复②③④的操作。
该同学将振动系统理想化为弹簧振子。已知弹簧振子的振动周期,其中为弹簧的劲度系数,为振子的质量。
(1)由步骤④,可知振动周期: 。
(2)设弹簧的原长为,则l与的关系式为: 。
(3)由实验数据作出的图线如图(b)所示,可得 (保留三位有效数字,取9.77,取)。
【答案】(1)
(2)
(3)9.59
【详解】(1)30次全振动所用时间t,则振动周期
(2)弹簧振子的振动周期
可得振子的质量
振子平衡时,根据平衡条件
可得
则l与g、、T的关系式为
(3)根据
整理可得
则图像斜率
解得
13.(8分)某物理兴趣小组探究简谐运动的规律。现有下端缠有铁丝的粗细均匀的较长木棒漂浮在水中,水面足够大。把木棒向下缓慢按压一小段距离后释放,木棒在竖直方向上振动,某时刻开始计时,木棒上A点的振动图像如图所示,设竖直向上为正方向。则求:
(1)A点的振动方程;
(2)A点在第20s时的位移和前20s内的路程。
【答案】(1)
(2),
【详解】(1)由图可知,振幅,周期,圆频率,初相位。所以振动方程为
(2)前20s内振动的周期数为
第20s时的位移
前20s内的路程
14.(14分)战绳运动是一项超燃脂的运动。某次健身时,有两位健身者甲、乙分别抓住相同的战绳上下舞动形成向右传播的简谐波,如图1所示。某时刻开始计时,时两列波的图像如图2所示,P、Q曲线分别为甲、乙的一个绳波,O点为手握的绳子一段,向右为x轴正方向。已知绳波的速度为,求:
(1)甲、乙的绳端振动频率和之比;
(2)以图2所示为时刻,写出乙运动员的绳中,平衡位置为4m处质点的振动方程。
【答案】(1);(2)
【详解】(1)由波形图可知
,
由可得
(2)振动方程为,由波形图可知绳波乙的振幅
绳波乙的周期
平衡位置为4m位置处的质点,再过会运动到负向最大位移处可得
解得
所以平衡位置为4m位置处的质点的振动方程为
15.(16分)如图所示,质量分别为m=200g、M=400g的两物块用轻弹簧相连,其中M放在水平地面上,m处于竖直光滑的导轨内。今将m向下压一段距离后放手,它就在导轨内上下做简谐运动,且m到达最高点时,M对地面的压力刚好为零。若弹簧的劲度系数为200N/m,g=10m/s2试问:
(1)弹簧的最大形变量为多大;
(2)m的最大加速度多大;
(3)M对地面的最大压力多大。
【答案】(1)2cm
(2)30m/s2
(3)12N,方向竖直向下
【详解】(1)当m到达最高点时,M对地面压力为零,对两物块分别进行分析,如图所示
可以判断M此时受到的弹簧拉力大小等于M的重力,以弹簧的形变量达到最大,根据胡克定律有
其中
解得
(2)当弹簧有最大形变量时,弹簧拉力与m的重力方向同向,此时m的加速度最大,则有
结合上述解得
a=30m/s2
(3)当弹簧压缩到最短时,M对地面的压力最大,受力分析如图所示
此时m合力向上,根据简谐运动的对称性,此时加速度应该大小仍然为3g,方向向上根据牛顿第二定律有
FT-mg=ma
对M分析,根据平衡条件有
FT+Mg=FN
解得则M对地面的压力为
FN=12N
方向竖直向下。
11.(6分)
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