内容正文:
6.B [从平衡位置向右运动开始计时,34T<18s<T
,则
振子处于从左方最大位移处向平衡位置的加速过程中,
则B选项正确.]
7.C [两振动的函数表达式中初相位之差|Δφ|如果是2π的
整数倍,则两振动为同相振动,|φB-φC|=|Δφ|=2π,则 B、
C属同 相 振 动;如 果|Δφ|=π,则 属 反 相 振 动,故 C
正确.]
8.C [根据位移随时间变化的关
系式可知振幅A=8cm,周期 T
=2πω=4s
,选项 A、B错误;根据
位移随时间变化的关系式可画出
质点的振动图像,如图所示,由图可知,在0~1s内,质点由
平衡位置向正的最大位移处运动,速度逐渐减小,在1~2s
内,质点由正的最大位移处向平衡位置运动,速度逐渐增
大,动能逐渐增大,选项C正确,D错误.]
9.解析:(1)f=1T=
1
4×0.5Hz=05Hz
A=10cm.
(2)55s内 通 过 的 路 程s=2×40cm+3×10cm=
110cm
5.5s内通过的位移x=-10cm.
(3)a=Fm =
kx
m =
100×10×10-2
0.5 m
/s2=20m/s2
方向向右.
答案:(1)05Hz 10cm (2)110cm -10cm
(3)20m/s2,方向向右
10.A [A=1×10-2 m;T=02s;ω=2πT =10π
;初始时具
有负方向的最大加速度,即初相位φ=
π
2
,则x=1×
10-2sin 10πt+π2( ) m.]
11.D [因 N2 板和 N1 板匀速拉过的距离相同,故两板运
动时间之比
t1
t2
=
v2
v1
=2.在这段距离内 N1 板上方的摆
只完成一个全振动,N2 板上方的摆已完成两个全振动,
即t1=T1,t2=2T2.故T2=
1
4T1
,D项正确.]
12.C [振动的周期是03s,则圆频率:ω=2πT=
2π
0.3rad
/s,
以平衡位置向右为正方向,若初始时刻球在最左端,则初
相位为-π2
,01s时刻对应的角度:θ1=
2π
0.3×01rad-
π
2 rad=
π
6 rad
,02s时刻对应的角度:θ2=
2π
0.3×02rad
-π2 rad=
5
6πrad
,可知,在01s和02s时刻小球将出
现在同一个位置,都在平衡位置的右侧,所以在周期为
01s的频闪光源照射下得到的图像是C图.]
13.解析:(1)由题图知:A 的振幅是05cm,周期是04s;
B 的振幅是02cm,周期是08s.
(2)由题图知:A 中振动的质点从平衡位置沿正方向已
振动了 1
2
周期,φ=π,由T=04s,得ω=
2π
T=5πrad
/s,
则简谐运动的表达式为:xA=05sin(5πt+π)cm.B 中
振动的质点从平衡位置沿正方向已振动了 1
4
周期,φ=
π
2
,由T=08s得ω=2πT=25πrad
/s,
则简谐运动的表达式为xB=02sin 2.5πt+
π
2( )cm.
(3)将t=005s分别代入两个表达式中得:
xA=05sin(5π×005+π)cm= -05×
2
2 cm
=- 24 cm
,
xB=02sin 2.5π×0.05+
π
2( )cm=02sin
5
8πcm.
答案:(1)05cm 04s 02cm 08s
(2)xA=05sin(5πt+π)cm
xB=02sin 2.5πt+
π
2( )cm
(3)xA=-
2
4 cm xB=02sin
5
8πcm
第3节
1.D [由F=-kx可知,由于位移的大小和方向在变化,
因此回复力的大小和方向也在变化,一定是变力.]
2.B [由F=-kx可知,回复力F 与位移大小x 成正比,
方向与位移方向相反,故选项B正确.]
3.B [对 弹 簧 振 子 来 说,k为 劲 度 系 数,x 为 质 点 离 开
平衡 位 置 的 位 移,对 于 其 他 简 谐 运 动k不 是 劲 度 系
数,而 是 一 个 比 例 系 数,故 A 错 误,B正 确;该 系 数 由
系 统 本 身 结 构 决 定,与 力 F 和 位 移 x 无 关,C 错 误;
“-”只 表 示 回 复 力 与 位 移 反 向,回 复 力 有 时 是 动 力,
D错 误.]
4.BC [从题图中可看出从t=3s至4s时间内,位移正方
向增大,故速度减小,回复力沿负方向增大,加速度沿负
方向增大,动能减小,势能增大,故B、C正确.]
5.AD [弹 簧 振 子 在 半 个 周 期 内 刚 好 到 达 与 初 位 置 关
于平 衡 位 置 对 称 的 位 置,两 位 置 的 速 度 大 小 相 等,故
由 动 能 定 理 知,回 复 力 做 的 功 一 定 为 零,则 A 正 确,
B错 误.由 于 速 度 反 向(初 位 置 在 最 大 位 移 处 时 速 度
为零),所 以 在 半 个 周 期 内 速 度 变 化 量 的 大 小 为 初 速
度 大 小 的2倍,因 此 在 半 个 周 期 内 速 度 变 化 量 的 大
小 应 为 零 到2v之 间 的 某 一 个 值,则 C错 误,D 正 确.
故 正 确 选 项 为 A、D.]
6.AD [由题图知,t1、t2 两时刻,质点都在沿x 轴负方向
运动,越靠近平衡位置,速度越大,故选项 A 正确.由F
=ma=-kx可知,选项 D正确.]
7.AD [当 A和B在振动过程中恰好不发生相对滑动,A、
B到达最大位移处时,A、B间静摩擦力达到最大.以 A
为研究对象,根据牛顿第二定律得,最大加速度a=fm
;
以 A、B整体为研究对象,有kA=(M+m)a,联立两式
得,最大振幅A=
(M+m)f
km
,故选项 A、D正确.]
8.AB [物体 A、B保持相对静止,对 AB整体,在轻质弹簧
作用下做简谐运动,故 A 正确.对 AB整体,由牛顿第二
定律-kx=(mA +mB)a;对 A,由 牛 顿 第 二 定 律 f=
mAa,解得f=-
mAk
mA+mB
x,故 B正确.在靠近平衡位置
过程中,B对 A 的静摩擦力做正功,在远离平衡位置过
程中,B对 A的静摩擦力做负功,A 对 B的静摩擦力也
做功,故 C、D错误.]
16
参考答案
9.解析:松手释放,小球沿斜板往复
运动———振动.而振动的 平 衡 位
置是小球开始时静止(合外力为
零)的位置.
mgsinθ=k(l1-l0)
小球离开平衡位置的 距 离 为x,
受力如图所示,小球受三个力作用,其合力F合 =k(l1-
l0-x)-mgsinθ,F合 =-kx.由此可证小球的振动为简
谐运动.
答案:见解析
10.D [当弹簧振子运动到平衡位置左侧2cm 时,回复力
为F1=-kx1,x1=2cm,当 它 运 动 到 平 衡 位 置 右 侧
4cm时,回 复 力 为 F2=-kx2,x2 =4cm,解 得 F2 =
8N,方向 水 平 向 左,做 加 速 度a2 =
F2
m =
8
2 m
/s2 =
4m/s2,方向水平向左,选项 D正确.]
11.BD [当弹簧弹力等于 A、D的重力沿斜面方向的分力
时 A、D处于平衡状态,由kx0=2mgsinθ可知,平衡时
弹簧的形变量为x0=
2mgsinθ
k
,弹簧处于压缩状态;当
B对C的弹力最小时,对B受力分析,则有mgsinθ=kx+
1
2mgsinθ
,此时弹簧伸长达最大位移处,形变量为x=
mgsinθ
2k
,故简谐运动的振幅为A=x0+x=
5mgsinθ
2k
,A
错误,B正确;当 A、D 运动到最低点时,B对 C的弹力
最大,此时弹簧的形变量为x′=A+x0=
9mgsinθ
2k
,此
时弹簧的弹力最大,为F=k(A+x0)=
9mgsinθ
2
,此时
B对 C的弹力F′=F+mgsinθ=11mgsinθ2
,C错误,D
正确.]
12.AB [当 系 统 做 简 谐 运 动 时,A、B均 做 简 谐 运 动,B
做 简 谐 运 动 的 回 复 力 由 B的 重 力 和 A 对 B的 支 持
力 的 合 力 提 供,要 判 断 B对 A 的 压 力 大 小,根 据 牛
顿第 三 定 律 可 知,只 要 判 断 出 A 对 B支 持 力 的 大 小
即 可.设 最 大 加 速 度 为am,根 据 简 谐 运 动 的 对 称 性
可 知,在 最 高 点 和 最 低 点 加 速 度 的 大 小 都 是am,最
高 点 时am 向 下,最 低 点 时am 向 上,在 经 平 衡 位 置
时a=0.对 于 B物 体,由 牛 顿 第 二 定 律 可 得:在 最 高
点 时 有 mg-F高 =mam,得 F高 =mg-mam,在 最 低
点 时 有 F低 -mg=mam,得 F低 =mg+mam.在 经 过
平衡 位 置 时 有 F平 -mg=0,即 F平 =mg,可 知 F低
>F平 >F高 .因 此 可 知 在 最 高 点 时 B对 A 的 压 力 最
小,在 最 低 点 时 B对 A 的 压 力 最 大.]
13.解析:以 木 块 为 研 究 对 象,设 静 止 时
木块浸入水中 Δx 深,当木块被压入
水中(x+Δx)后如图所示,则
F回 =mg-F浮
又F浮 =ρgS(Δx+x)
由以上两式,得
F回 =mg-ρgS(Δx+x)=mg-ρgSΔx-ρgSx
mg=ρgSΔx,所以F回 =-ρgSx
即F回 =-kx(k=ρgS)
所以木块的振动为简谐运动.
答案:木块的振动是简谐运动
第4节
1.C [摆球在摆动中速度大小是变化的,不是匀速圆周运
动,A错误;摆球摆动到最低点时加速度不为零,受向上
的合外力,故加速度竖直向上,B错误;摆球速度变化的
周期以及位移变化的周期均等于振动周期,C正确;摆球
振动的频率与振幅无关,只取决于摆长和当地的重力加
速度,D错误.]
2.D [秒摆的周期是2s,则摆球从平衡位置向左运动时
开始计时,那么当t=16s时,摆球从最右端向平衡位
置做加速运动,由于位移在变小,故切向加速度也在变
小.故 D正确.]
3.D [由图知t1 时刻摆球处在最大位移处,速度为零,回
复力最大,拉 力 最 小,A 错 误;t2 时 刻 摆 球 处 在 平 衡 位
置,其速度最大,回复力为零,拉力最大,故 B错误;t3 时
刻摆球在最 大 位 移 处,速 度 为 零,回 复 力 最 大,拉 力 最
小,故 C错误;t4 时刻摆球在平衡位置处,速度最大,回
复力为零,但摆球有竖直向上的加速度,处于超重状态,
悬线对它的拉力最大,故 D正确.]
4.D [秒摆的周期由2s变为1s,周期变为原来的 12
,由
单摆周期公式 T=2π lg
可 知,应 将 摆 长 减 为 原 来 的
1
4
,秒摆 的 周 期 与 摆 球 的 质 量、振 幅 无 关,故 选 项 D
正确.]
5.B [由单摆的周期公式 T=2π lg
,得T地
T月 =
g月
g地 =
1
6
,即T月 = 6T地 ,则摆钟在月球上单位时间内完成
的全振动的次数为在 地 球 上 的 6
6
,所 以 在 地 球 上 经 过
24h,该 钟 在 月 球 上 显 示 经 过 的 时 间 为 24× 66 h=
4 6h≈98h,选项B正确.]
6.B [把标准摆钟从北京移到赤道上,重力加速度g变小,则
周期T=2π lg >T0
,摆钟显示的时间小于实际时间,因此
变慢了.要使它恢复准确,应缩短摆长,B项正确.]
7.C [单摆的周期与摆球的质量和振幅均无关,A、B项均
错误;对秒摆,T0=2π
l0
g =2s
,对周期为4s的单摆,T
=2π lg =4s
,故l=4l0,故 C项正确,D项错误.]
8.D [砂子逐渐减少,砂子和漏斗的重心将逐渐降低,砂
子漏完后重心又升高,所以摆长先变长后变短,根据单
摆周期公式T=2π lg
知周期先变大后变小,频率先减
小后增大,故选项 D正确.]
9.B [因为AO 弧长远小于半径,所以小球从A、B 处沿圆
弧滑下可等效成小角度的单摆振动,即做简谐运动,其
等效摆长为2m,单摆周期与振幅无关,因此t1=t2,又由
于小球运动过程中机械能守恒,有mgh=12mv
2,解得v
= 2gh,知v1>v2.故B正确.]
10.C [题图(1)中,当摆球偏离平衡位置时,重力沿斜面
的分力mgsinθ为等效重力,即单摆的等效重力加速度
26
选择性必修第一册
第3节 简谐运动的回复力和能量
[A组 基础巩固练]
1.简谐运动的回复力 ( )
A.可以是恒力
B.可以是方向不变而大小变化的力
C.可以是大小不变而方向改变的力
D.一定是变力
2.如图所示,能正确反映做简谐运动的物
体所受回复力与位移关系的图像是
( )
A B C D
3.关于简谐运动的回复力F=-kx 的含
义,下列说法正确的是 ( )
A.k 是弹簧的劲度系数,x 是弹簧的
长度
B.k是回复力跟位移的比值,x 是做简
谐运动的物体离开平衡位置的位移
C.根据k=-Fx
,可以认为k 与F 成
正比
D.表达式中的“-”号表示F 始终阻碍
物体的运动
4.(多选)一弹簧振子
在水平方向 上 做 简
谐运动,其位移x与
时间t的关系曲线如
图所示,在t=32s时,振子的 ( )
A.速度正在增大,加速度沿正方向且
正在减小
B.速度正在减小,回复力沿负方向且正
在增大
C.动能正在转化为势能
D.势能正在转化为动能
5.(多选)做简谐运动的弹簧振子,质量为
m,最大速率为v,则下列说法正确的是
( )
A.从某一时刻算起,在半个周期的时间
内,回复力做的功一定为零
B.从某一时刻算起,在半个周期的时间
内,回复力做的功可能是零到1
2mv
2
之间的某一个值
C.从某一时刻算起,在半个周期的时间
内,速度变化量一定为零
D.从某一时刻算起,在半个周期的时间
内,速度变化量的大小可能是零到
2v之间的某一个值
6.(多选)如图所示为某
一质 点 的 振 动 图 像,
|x1|>|x2|,由 图 可
知,在t1 和t2 两个时
刻,质点振动的速度v1、v2 与加速度a1、
a2 的关系为 ( )
A.v1<v2,方向相同
B.v1<v2,方向相反
C.a1>a2,方向相同
D.a1>a2,方向相反
12
第二章 机械振动
7.(多选)如图所示,
两长方体 木 块 A
和B叠放在光滑水平面上,质量分别为
m 和M,A与B之间的最大静摩擦力为
f,B与劲度系数为k的水平轻质弹簧
连接构成弹簧振子,为使 A和B在振动
过程中不发生相对滑动,则 ( )
A.它们的最大加速度不能大于fm
B.它们的最大加速度不能大于fM
C.它们的振幅不能大于M+mkM f
D.它们的振幅不能大于M+mkm f
8.(多 选)如 图 所
示,物体 A 置于
物体 B 上,一轻
质弹簧一端固定,另一端与 B相连,在
弹性限度范围内,A和B一起在光滑水
平面上做往复运动(不计空气阻力),并
保持相对静止.则下列说法正确的是
( )
A.A和B均做简谐运动
B.作用在 A上的静摩擦力大小与弹簧
的形变量成正比
C.B对 A 的静摩擦力对 A 做功,而 A
对B的静摩擦力对B不做功
D.B对 A 的静摩擦力始终对 A 做正
功,而 A 对 B的静摩擦力始终对 B
做负功
9.如图所示,在一倾角
为θ 的光滑斜板上,
固定着一根原长为l0
的轻质弹簧,其劲度
系数为k,弹簧另一端连接着质量为 m
的小球,此时弹簧被拉长为l1.先把小
球沿斜板向上推至弹簧长度恰好为原
长,然后突然释放,求证小球的运动为
简谐运动.
[B组 素养提升练]
10.在光滑水平面上做简谐运动的弹簧振
子的质量是2kg,当它运动到平衡位
置左侧2cm时,受到的回复力是4N,
当它运动到平衡位置右侧4cm 时,它
的加速度是 ( )
A.2m/s2,方向水平向右
B.2m/s2,方向水平向左
C.4m/s2,方向水平向右
D.4m/s2,方向水平向左
22
选择性必修第一册
11.(多选)如图所示,在倾角为θ的固定光
滑斜面上,有两个用轻质弹簧相连的
物体 A和B,它们的质量均为m,弹簧
的劲度系数为k,C为一固定的挡板.
现让一质量为m 的物体 D 从距 A 为
L的位置由静止释放,D 和 A 相碰后
立即粘为一体,之后在斜面上做简谐
运动,在简谐运动过程中,物体B对 C
的最小弹力为1
2mgsinθ
,则 ( )
A.简谐运动的振幅为3mgsinθ2k
B.简谐运动的振幅为5mgsinθ2k
C.B对C的最大弹力为7mgsinθ2
D.B对C的最大弹力为11mgsinθ2
12.(多选)如图所示,竖直轻弹簧
下端固定在水平面上,上端连
一质量为 M 的物块 A,A 的
上面置一质量为m 的物块B,
系统可在竖直方向做简谐运动,则
( )
A.当振动到最低点时,B对 A 的压力
最大
B.当振动到最高点时,B对 A 的压力
最小
C.当向上振动经过平衡位置时,B对
A的压力最大
D.当向下振动经过平衡位置时,B对
A的压力最大
13.一质量为 m、侧面积为S 的正方体木
块,放在水面上静止(平衡),如图所
示.现用力向下将其压入水中一段深
度后(未全部浸没)撤掉外力,木块在
水面上下振动,试判断木块的振动是
否为简谐运动.
32
第二章 机械振动