(四)简谐运动、简谐运动的描述、简谐运动的回复力和能量-【衡水金卷·先享题】2024-2025学年高二物理选择性必修1同步周测卷（J）

物课·」透挥性必修第一面第1页（共4面》 衡水金海·先章驱·高二网步周测移四 物理·」选择性必修第一研 第2页「其4而) 且组合体动能的最大值为mg Cb与：撞后的网间，组合体的速度大小为gn9、四 D6与a碰撞前的何，6的迷度大小为5m 2 名 分数 超号 1 答常 二，非选择题（本题共3小题，共36分。请按要求完成下列各题） 9.《6分)某实验小组同学研究“弹簧影子的报动域期和事华因素有关”的探究过程 如下 ①有同学认为弹簧最子的项量越大，候性越大，周期也应该越大，也有刺学认为周期 跟翁度系数有关。 小组设计实验装置如图甲所示，准备选用的器材：力传感器，团量为m的钩码若干 个，劲度系数为的轻质弹簧若十个《已知？个劲度系数为：的弹蓝中联后的劲皮系 数5=点) 川力将构码脚下拉一段距离后放于，钩码上下振动，通过力传墙普可以获得力随时 间的变化关系如图乙所示，改变钩码的个数或用儿个弹簧串联后反复实验，得到表 一，表二的数据： 仅用一根蕾 转究周期与质量的关予 肉妈的质显 样 2。 3M. 周制() 8.645 9,911 1.116 仪林一个钩码 群究周期与类度系数的关系 弹簧的个败《审联) 2 表 的度系数(N/m 周用(1 .645 0.910 1.120 ④同学们对实验数据进行分析口纳后，对他们的假议选行了补充定善。 物课·」落性必修第一研第3暖其4页引 衡水金车·先享照门 (1)上途科学探究活动中，属于”H定计划"”和”搜集正据”的环节分别是 。(填“①“☑“①”或“④”》 (2)用力传感器观测力健时问的变化关系，其口的是确定振动的 (3)根据表中数据分析可知，具两丁与约码总质量两的关系为T (填“w “m或““)：周别T与弹簧劲度系数的关系为丁心 填匠“名成 ()某次深集到的力传惑器所受力的大小F随时间：变化的关系图像如图乙所示，从 图中可以算出弹簧挥子挥动的周期T一 ·(用表示) 10,《12分》如图甲所示，质量为m的物体B收在水平而上，通过经弹簧与质量为2别的 物体A连接，观在竖直方向给物体A·初速度，当物体A运动到最高点时，物体B 与水平间的作用力刚好为零。从某时刻开始计时，规定间上为正方向，物体A的 位移随时间变化的规律如图乙厮示，已知重力加速度为g,求： (1)物体A的报动方程： ()物体时对地面的最大压力的大小。 11.(18分)如图所示，质量均为m=0.2kg的物块4.b用勤度系数=100N(口的轻弹 簧栓接，整体整直静止在水平地面上。在：正上方有一个质量也为湖的物块：，将， 向静止释放，与碰接后立即粘在一起（硬撞时问极复），之后的运动过程中6恰好 没有段离地面，已知空气阻力不计，轻弹簧始终在弹性限度内，重力厘速度：= 10m/s,求： (1)整个过程中轻弹簧的最大弹力的大小： (2)与：粘合后酸简谐运动的版幅： (3)烟开斯释放<时，Γ臣离a的高度 商二月步周测荐四 物里·」透择性多榨第一卧第4面（到↓页}高二周测卷 ·物理·J选择性必修第一册· 高二同步周测卷/物理选择性必修第一册（四） 9 命题要素一览表 注： 1.能力要求： 1.理解能力 Ⅱ.推理能力 Ⅲ.分析综合能力N.应用数学处理物理问题的能力V,实验能力 2学科素养： ①物理观念 ②科学思雏③科学探究 ④科学态度与责任 知识点 能力要求 学科素养 预估难度 题号 题型 分 值 (主题内容) I ① ②③ ④ 档次 系数 1 单项选择题 8 描述简谐运动的物理量 易 0.85 2 单项选择题 回复力的概念、简谐运动 易 0.85 单项选择题 振动方程的理解 易 0.80 4 单项选择题 简谐运动的振动方程 公 0.75 5 单项选择题 8 弹簧公仔，振动分析 中 0.75 6 单项选择题 8 波形图、能量 中 0.70 7 单项选择题 8 简谐运动的振幅、速度、周期 中 0.65 斜面上弹簧振子运动分析、动量 8 单项选择题8 难 0.55 守恒 研究弹簧振子的振动周期和哪 非选择题 中 0.70 些因素有关 10 非选择题 12 简谐运动、振动图像 中 0.65 11 非选择题 18 弹簧振子与力综合问题 0.50 香考答案及解析 一、单项选择题 平衡位置向下运动的位移为x时，伍漂受到的合力F 1.D【解析】振动物体在平衡位置附近速度较大，四分 =mg-PgS(x+x).解得F=一pgS.r,即F=一kx, 之一周期内质点通过的路程并不一定等于振幅，A项 同理可知鱼漂从平衡位置向上的运动也满足F= 错误：周期是指做简谐运动的质点完成一次全振动所 一kx,鱼漂的振动为简谐运动，A项错误：鱼漂受到重 用的时间，B项错误：一次全振动过程中，质点的位移 力、浮力的作用，重力和浮力的合力为回复力，B项错 大小等于零，C项错误；质点振动一个周期内速度方 误；M点到达水面时，鱼漂位于最低点，鱼漂的动能 向改变2次，因频率是50Hz,则1s内质点的速度方 最小，且等于零，C项正确：N点到达水面时，鱼漂位 向改变100次，D项正确。 于最高点，相对于平衡位置的位移最大，合力最大，根 2.C【解析】设鱼漂静止时水下部分的长度为x。,根 据牛顿第二定律可知，鱼漂的加速度最大，D项错误。 据平衡条件得mg=PgS,取向下为正方向，鱼漂从 3.C【解析】甲，乙的振幅之比为5a:4a=5:4,A项错 ·11· ·物理·J选择性必修第一册· 参考答案及解析 误：甲的周期了=品六乙的周期T=磊=。 小与初始位置时的加速度大小相等，因此T一mg= 频率∫=，故甲，乙的振动频率之比为3：1，B项错 ma,解得T=3 mg,A项错误：物块P在O点时弹簧 误：各自的一个周期内，甲运动的路程1=4×5a= 伸长量4△r=,由对称性可知，当物块Q的速度为 20a,乙运动的路程=4×4a=16a,路程差为s一 零时，物块P从0点向右运动的位移也为△r=学。 =4a,C项正确1=0时刻，甲的相位为号，乙的相位 绳子拉断后物块P做简谐运动，平衡位置为A点，则 为若，相位差为吾D项错误。 此时振子的振辐A。=2mg,B项正确：物块P从位置 4,A【解析】小球做简谐运动的周期为T,所以仙= A运动到物块Q到达最低点的过程由能量关系有 mg·2△x=E,绳子拉断后物块P回到位置A时由 票由题可知小球在1=0时刻的位移为A,所以小球 能量关系有E,-一之m,解得物块P同到位置A时 的初相一受，则小球的位移x随时间1的表达式为 (m 的速度大小=2g√发，C项正确：从绳子被拉断到 r=Asin(停十受)，A项正确。 物块P第一次回到位置A的过程所用的时间：=了 5.C【解析】释放瞬间根据牛顿第二定律有2mg一mg =ma,所以释放瞬间公仔头部的加速度大小a=g,A =√只D项正确， 项错误：当公仔头部加速度为零时，其速度达到最大， 8.D【解析】由题可知，组合体向上最多运动至弹簧原 此时弹簧的弹力等于重力，没有恢复原长，B项错误： 长处，组合体做简谐振动，其平衡位置O满足 根据简谐运动的对称性可知，公仔头部运动到最高点 kx'=3 ngsin0,由简谐运动的对称性知弹簧的最大 时的加速度与最低点时的加速度大小相等、方向相 反，即最高点时加速度为g、方向向下，此时弹簧恰好 压缩量.=2x'=6min0,所以弹簧弹力的最大值 处于原长，公仔头部只受重力的作用，所以振幅A= F。=xnm=6 ngsin0,A项错误；组合体动能的最大位 之·受=，C项正确：公仔头部运动至最商点时 置为平衡位置)点，从)点向上运动至最高点（弹簧 k 弹簧没有弹力，底座对桌面的压力的大小等于底座的 处于原长)的过程中，由能量守恒定律有E+之k 重力，即0.5ng,D项错误。 =3 ngr'sin0,解得E=9msin0,B项错误：设x 2k 6.C【解析】铅笔在A、B间做往复运动，白纸上的图 线不是铅笔的运动轨迹，A项错误：一个周期内白纸 为碰撞前弹簧的形变量，则有kx=mngsin0,组合体从 P点运动至最高点（弹簧处于原长）的过程，由能量守 移动的距离1=20cm,白纸移动的速度=0.4m/s, 故振子的周期T--0.5s,B项错误：振子的振照 恒定律有号×3m十kr=3 in0.解得 A=8cm,铅笔在白纸上x=5cm的位置留下痕迹 5m gsin 3k ,C项错误，设碰撞前的瞬间b的速度大 时，振子处于最大位移处，弹簧的弹力F一一kA。 小为v%,由动量守恒定律有2m=(2m十m)D,解得 -0.8N,振子的加速度大小a=E=4m/g,C项 m gsin05m,D项正确。 正确：铅笔在？=10cm的位置留下痕迹时，振子处在 二、非选择题 平衡位置，根据能量守恒定律可知，振子的动能E一 9.(1)②(1分)③(1分) E,=专6A=6.032J,D项错误。 (2)周期（或频率，1分） 7,A【解析】将物块P、Q看成整体，物块P在A点时 (3)√m(1分) (1分) 弹簧处于原长，释放时根据牛倾第二定律有加g 2m,根据对称性，物块Q到达最低点时的加速度大 4)品1分) ·12· 高二周测卷 ·物理·J选择性必修第一册· 【解析】(1)上述科学探究活动中，属于“制定计划”的 a,c整体向下运动到最低点时，弹簧是压缩状态，设 是②环节：属于“搜集证据”的是③环节。 此时的弹力为F2,碰后a,整体在竖直方向做简谐 (2)用力传感器观测力随时间的变化关系，目的是确 运动，在最高点，最低点的回复力大小相等，方向相 定振动的周期。 反，则有F,十2mg=F:一2mg (1分) (3)由表一中数据可知周期的平方与弹簧振子质量成 联立解得F=10N (1分) 正比，即Tcm,故Tc√m:由表二中数据可知，周 a、c整体在最低点时，弹簧的弹力最大，所以弹簧的 最大弹力为10N (1分) 期的平方与弹簧劲度系数的倒数成正比，即T严℃ (2)a,c粘合后做简谐运动的过程中，设a,c整体在 故T√医 平衡位置时，弹簧的形变量为x,则有2mg=kx (1分) (4)从图乙可以算出弹簧振子振动的周期T= 101 解得r=0.04m (1分) 10.【解析】(1)由图乙可知振幅A=10cm (1分) 设a、c整体在最低点时，弹簧的形变量为x',则有 周期T=1s F:=kx (1分) (1分) 解得x'=0.1m (1分) 故圆频率w-吾=2xrad/s (1分) 故振幅A=x'-x=0.06m (1分) 规定向上为正方向，1=0时刻物体A的位移为 (3)设刚开始释放c时，c距离a的高度为h,则c与 5cm.所以初相华=吾 (1分) a碰前瞬间的速度大小w一√2gh (1分) c与a碰撞时间极短，由动量守恒定律可得m 物体A的振动方程为y=Asin(wt十仰)=10sin(2πt 2m例 (1分) +答)cm (1分) 解得碰后a,c共同的速度大小，= 之w=W2 (2)物体A在最高点时，物体B与水平面间的作用 (1分) 力刚好为零，此时弹簧的拉力F一mg (1分) 对物体A有2mg+F=2md (1分) a、c碰后的瞬间，弹簧的压缩量x= 解得a=1.5g (1分) 0.02m (1分) 当物体A运动到最低点时，物体B对水平面的压力 最大，由简谐运动的对称性可知，物体A在最低点 “,c碰后运动至最高点时，弹簧的伸长量n- 时加速度向上，且大小等于1.5g,由牛顿第二定律 mg=0.02m (1分) 有F'-2mg=2m@ (1分) 解得F=5mg (1分) 从：、c碰后瞬间到反弹至最高点的过程，a、整体上 对物体B受力分析，物体B受水平面的最大支持力 升的高度h,=x。十x1=0.04m (1分) N=F'+mg=6mg (1分) 由于碰撞瞬间弹簧的压缩量等于碰后运动至最高点 由牛顿第三定律得F:=N=6mg (1分) 时弹簧的伸长量，则两个位置的弹性势能相等，根据 11.【解析】(1)b恰好不脱离地面，所以a,c整体向上运 机械能守恒定律有号×2m听=2mga (1分) 动到最高点时，弹簧是伸长状态，弹力的大小下，= 解得h=0.16m (2分) (1分) ·13