第二章 机械振动 感知高考-【新课程能力培养】2025-2026学年高中物理选择性必修第一册练习手册（人教版）

N 高中物理选择性必修第一册（人教版） 感知 1.(2024·辽吉黑卷)如图甲所示，将一弹簧 振子竖直悬挂，以小球的平衡位置为坐 标原点O,竖直向上为正方向建立x轴。 若将小球从弹簧原长处由静止释放，其 在地球与某球状天体表面做简谐运动的 图像如乙所示（不考虑自转影响）。设地 球、该天体的平均密度分别为P1和P2,地 球半径是该天体的n倍。P1的值为() 地球 上天林 3 第1题图 A.2n B.n C.2 D 2.(2024河北卷)如图，一电动机带动轻杆 在竖直框架平面内匀速转动，轻杆一端 固定在电动机的转轴上，另一端悬挂一 紫外光笔，转动时紫外光始终竖直投射 至水平铺开的感光纸上，沿垂直于框架 的方向匀速拖动感光纸，感光纸上就画 出了描述光点振动的x-t图像。已知轻杆 在竖直面内长0.1m,电动机转速为12min。 该振动的圆频率和光点在12.5s内通过 的路程分别为() (54)练 高考 轻杆 紫外光笔 感光纸 第2题图 A.0.2rad/s,1.0m B.0.2rad/s,1.25m C.1.26rad/s,1.0m D.1.26rad/s,1.25m 3.(2024浙江卷)如图甲所示，质量相等的 小球和点光源，分别用相同的弹簧竖直 悬挂于同一水平杆上，间距为，竖直悬 挂的观测屏与小球水平间距为2，小球 和光源做小振幅运动时，在观测屏上可 观测小球影子的运动。以竖直向上为正 方向，小球和光源的振动图像如图乙所 示，则() 000000C 0-- 乙 第3题图 A.t1时刻小球向上运动 B.t2时刻光源的加速度向上 C.t2时刻小球与影子相位差为π D.t3时刻影子的位移为5A 4.（多选)(2023山东卷)如图所示，沿水 平方向做简谐运动的质点，依次通过相 距L的A、B两点。已知质点在A点的 位移大小为振幅的一半，B点位移大小是 A点的V3倍，质点经过A点时开始计 时，t时刻第二次经过B点，该振动的振 幅和周期可能是() A →B 第4题图 A.2L ,3t V3-1 B.2L V3-1,4h C.2L 12t V3+1’5 D.2L,,2 V3+1’7 5.(2022·浙江卷)如图所示，一根固定在墙 上的水平光滑杆，两端分别固定着相同 的轻弹簧，两弹簧自由端相距x。套在 杆上的小球从中点以初速度)向右运 动，小球将做周期为T的往复运动，则 第5题图 A.小球做简谐运动 B.小球动能的变化周期为了 C.两根弹簧的总弹性势能的变化周期为T D.小球的初速度为”时，其运动周期为2T 6.(2022山东模拟)如图所示，倾角为30° 第二章机械振动。 的斜面固定在水平地面上，其下端有一 垂直于斜面的固定挡板。轻质弹簧的一端 与挡板相连，另一端连接一质量为0.4kg 的光滑小球（可视为质点）。现将小球由 平衡位置0O沿斜面向上拉动15cm至P 点，使其在P、P之间做简谐运动，M、 N为斜面上关于O点对称的两点。规定 沿斜面向上为正方向，已知弹簧的劲度 系数为20Nm,且弹簧始终处于弹性限 度内，取g=10m/s2。则() 7R77777777777777 30° 第6题图 A.小球在P点的回复力为-5N B.小球在P点时弹簧的形变量为25cm C.小球从N点向上运动，经子个周期， 其运动的路程小于45cm D.在M、N两点，小球的速度大小相等， 弹簧的弹性势能也相等 7.(多选)(2022·湖南卷)下端附着重物的 粗细均匀的木棒，竖直浮在河面，在重 力和浮力作用下，沿竖直方向做频率为1 Hz的简谐运动；与此同时，木棒在水平 方向上随河水做匀速直线运动，如图甲 所示。以木棒所受浮力F为纵轴，木棒 水平位移x为横轴建立直角坐标系，浮 力F随水平位移x的变化如图乙所示。 已知河水密度为p,木棒横截面积为S, 重力加速度大小为g。下列说法正确的 是() 练 55 N 高中物理选择性必修第一册（人教版） 0.10.20.30.40.5xm 乙 第7题图 A.x从0.05m到0.15m的过程中，木棒 的动能先增大后减小 B.x从0.21m到0.25m的过程中，木棒 加速度方向竖直向下，大小逐渐变小 C.x=0.35m和x=0.45m时，木棒的速度 大小相等，方向相反 D.木棒在竖直方向做简谐运动的振幅为 F-F2 2pSg 8.(2023·新课标卷)一学生小组做“用单摆 测量重力加速度的大小”实验。 (1)用实验室提供的螺旋测微器测量摆 球直径。首先，调节螺旋测微器，拧 动微调旋钮使测微螺杆和测砧相触 时，发现固定刻度的横线与可动刻 度上的零刻度线未对齐，如图甲所 示，该示数为 mm;螺旋测 微器在夹有摆球时示数如图乙所示， 该示数为 mm,则摆球的直 径为 1mm。 0角度盘 10 0510152E目 乙 丙 第8题图 56)练 (2)单摆实验的装置示意图如图丙所示， 其中角度盘需要固定在杆上的确定 点O处，摆线在角度盘上所指的示 数为摆角的大小。若将角度盘固定 在O点上方，则摆线在角度盘上所 指的示数为5时，实际摆角 (填“大于”或“小于”)5°。 (3)某次实验所用单摆的摆线长度为 81.50cm,则摆长为 cm。 实验中观测到从摆球第1次经过最 低点到第61次经过最低点的时间间 隔为54.60s,则此单摆周期为 s,该小组测得的重力加速度大 小为 m/s2。(结果均保留 三位有效数字，π2取9.870) 9.（2024·辽宁卷)图甲为一套半圆拱形七色 彩虹积木示意图，不同颜色的积木直径 不同。某同学通过实验探究这套积木小 幅摆动时周期T与外径D之间的关系。 0.12345678 cm In7 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 -1.0 -1. 1.601.802.002.202.402.602.803.001nD 丁 第9题图 (1)用刻度尺测量不同颜色积木的外径 D,其中对蓝色积木的某次测量如图 乙所示，从图中读出D= cm。 (2)将一块积木静置于硬质水平桌面上， 颜色 红 橙 黄 InD 2.9392 2.7881 2.5953 InT -0.45 -0.53 0.56 根据表中数据绘制出lnT-lnD图像 如图丁所示，则T与D的近似关系 为 (填序号)。 A.ToVD B.To D 第二章机械振动。 设置积木左端平衡位置的参考点O, 将积木的右端按下后释放，如图丙 所示。当积木左端某次与O点等高 时记为第0次并开始计时，第20次 时停止计时，这一过程中积木摆动 了 个周期。 (3)换用其他积木重复上述操作，测得 多组数据。为了探究T与D之间的 函数关系，可用它们的自然对数作 为横、纵坐标绘制图像进行研究， 数据如表所示： 绿 青 蓝 紫 2.4849 2.197 … 1.792 -0.65 -0.78 -0.92 -1.02 C.Ta1 VD D.Tr (4)请写出一条提高该实验精度的改进 措施： 练(57高中物理选择性必修第一册（人教版） 分量，即mnegsin0,而木块A受力平衡，合力为0；撤 去木块B瞬间，除B对A的压力外，其余力不变，故 木块A受到的合力变为mngsin0,即回复力为mggsin0, 沿斜面向上，与平衡位置间距为A=msin0 6.(1)-10cm0(2)4cm (3)01sin05m+子π(m)【解析】()由图 乙知刚开始计时时，即=0时刻，振子处在左边最大位 移的位置处，位移为-10cm:周期为T=4s,而t=17s= 4】T,根据振子的周期性可知t17s时振子经过平衡位 4 置，相对平衡位置的位移是0。 (2)振动图线上1、3两点时间间隔为半个周期， 即t=2s,则振动图线上1、3两点间的距离为s=t= 2cm/s×2s=4cm。 (3)弹簧振子的周期为T=4s,则w=2π=2π= 0.5 rad/s;振幅为A=0.1m;开始时振子处在左边最大位 移的位置处，位移为-l0cm,所以该振子简谐运动的表达 式为x-4sino=-01sin05mt=0.1sn05at+3m(m。 7.2.50.6【解析】当圆盘以0.4Hz的频率匀速转 动，经过一段时间后，小球振动达到稳定，是受迫振 动，振动频率等于驱动力的频率，为0.4Hz;故有T= 子4259：一个单摆的摆动频率与球做阻尼振动 的频率相同，故为0.6Hz。 >感知高考 1.C【解析】在地球上，忽略地球自转，万有引力 等于重力GMm=mg,在某天体表面上，忽略天体自转， R2 万有引力等于重力，GR2mg,解得M=名。在地 M n'g n 球上，设重力加速度为g,弹簧振子的振幅为24，在平 衡位置时有：k2A=mg。在某天体上，设重力加速度为 g,弹簧振子的振幅为A,在平衡位置时有：kA=mg, 可阴：，地本的位草g部、天 3 名器哈名 P2 n 56 综上分析，故A、B、D错误，C正确。故选C。 2.C【解析】轻杆固定在电动机的转轴上，与电动 机同轴转动，紫外光笔振动的圆频率等于电动机转动的 频率，圆频率0=2mn=2x3.14x2rad5≈1.26rad5。振动 60 周期T=2m=2红s=5s。振幅A=0.1m,光点在12.5s 00.4m 内通过的路程s=7×4=15x4x01m=10m。综上分 5 析，故A、B、D错误，C正确。故选C。 3.D【解析】以竖直向上为正方向，根据题图乙可 知，1时刻，小球位移为0，位于平衡位置，随后位移 变为负值，且大小增大，可知，时刻小球向下运动， 故A错误；以竖直向上为正方向，2时刻光源的位移为 正值，光源振动图像为正弦函数，表明其做简谐运动， 根据F间=-kx和F=ma可得：a=-x。可知，其加速度方 向与位移方向总是相反，位移方向向上，则加速度方向 向下，故B错误：根据图乙可知，小球与光源的振动步 调总是相反，由于影子是光源发出的光被小球遮挡后， 在屏上留下的阴影，可知，影子与小球的振动步调总是 相同，即t2时刻小球与影子相位差为0，故C错误：根 据图乙可知，时刻，光源位于最低点，则小球位于最 高点，根据光的直线传播可知，屏上影子的位置也处于 最高点，影子位于正方向上的最大位移处，根据数学知 =A+4,解得x手=5A,即时刻影子的 识可得：+2A+x影子 位移为5A,故D正确。故选D。 4.BC【解析】当A、B两点在平衡位置的同侧时有 分4=4sn0,YA=4sin9,可得e,=石，9号或 2 ,因此可知第二次经过B点时，放 者923 π 号。以，解得74，此时位移关系为3A)AE 2 人期对V岩登A紫玩，B正绝：当4，西 点在平衡位登两侧时有-号A=Asin:YA=Asin9 解得9=一石或者P=-石（由图中运动方向舍去）. 9号或者=要。当第二次经过B点时P受，则 2m-(-π） 36T,解得，此时位移关系为Y34+ 2T 2 分4=山，解得A=头，，故C正确，D错误。故 V3+1 选BC。 5.B【解析】物体做简谐运动的条件是在运动过程 中所受回复力与位移成正比，且方向始终指向平衡位 置，可知小球在杆中点到接触弹簧的过程中，所受合力 为0，故小球不是做简谐运动，故A错误：假设杆中点 为O,小球向右压缩弹簧至最大压缩量时的位置为A, 小球向左压缩弹簧至最大压缩量时的位置为B,可知小 球做周期为T的往复运动，运动过程为O→A→O→B→ 0,根据对称性可知小球从0一→A→0与0→B→0，这两 个过程的动能变化完全一致，两根弹簧的总弹性势能的 变化完全一致，故小球动能的变化周期为了，两根弹簧 的总弹性势能的变化周期为了，放B正确，C结误：小 球的初速度为？时，可知小球在匀速阶段的时间变为原 来的2倍，根据弹簧振子的周期公式72m√代可知， 接触弹簧过程中所用时间与速度无关，因此总的运动周 期小于2T,故D错误，故选B。 6.B【解析】O点为平衡位置，沿斜面向上拉动 15cm后，小球受到的合力为F合=kxop=3N,则小球在 P点的回复力为-3N,故A错误；由简谐运动的对称性 可知，小球在P'点的回复力为3N,有k△x-mgsin30°= 3N,解得△x=25cm,故B正确；小球经平衡位置O 时，速度最大，从N点向上运动，前}周期内运动的 路程要大于15cm,后2周期内运动的路程为30cm, 总路程大于45cm,故C错误；根据简谐运动的对称性 可知，小球在M、N两点的速度大小相等，由系统机械 能守恒可知，小球在N点时弹簧的弹性势能大于小球在 M点时弹簧的弹性势能，故D错误。 7.ABD【解析】由简谐运动的对称性可知，01m、 0.3m、0.5m时木棒处于平衡位置，则x从0.05m到 0.15m的过程中，木棒从平衡位置下方向上移动，经平 衡位置后到达平衡位置上方，速度先增大后减小，所以 动能先增大后减小，A正确；x从0.21m到0.25m的过 参考答案与解析。 程中，木棒从平衡位置上方靠近最大位移处向下运动 (未到平衡位置)，加速度方向竖直向下，大小逐渐变小， B正确：x=0.35m和x=0.45m时，由图像的对称性知浮 力大小相等，说明木棒在同一竖直高度，竖直方向速度 大小相等，方向相反，而这两个时刻木棒水平方向速度 相同，所以合速度大小相等，方向不是相反，C错误； 木棒底端处于水面下最大位移时，F=pgSh,木棒底端 处于水面下最小位移时，F=pgSh2,木棒在竖直方向做 简游运动的茶解4：生-，放D正确。 8.(1)0.00720.03420.027(2)大于(3)82.5 1.829.83【解析】(1)测量前测微螺杆和测砧相触 时，图甲的示数为do=0mm+0.7x0.01mm=0.007mm。螺 旋测微器的分度值为0.01mm,需要估读到分度值的下 一位，则图中的读数为d1=20mm+3.4×0.01mm= 20.034mm。因此摆球的直径为d=d,-d=20.034mm- 0.007mm=20.027mm。(2)角度盘的大小一定，则在 规定的位置安装角度盘，测量的角度准确，但将角度盘 固定在规定位置的上方时，角度盘到悬挂点的距离将会 变短，因此在保持角度相同的情况下，摆线在刻度盘上 扫过的弧长会变短，则摆线在角度盘上所指的示数为5 时，其实实际摆角大于5°。(3)根据几何关系可知， 摆长为1-+号-81,50cm+20927cm*825cm,一次 2 全振动过程中单摆经过最低点两次，则单摆的周期为 7=21=54.60s=182s,根据单摆的周期公式T2mV名 n30 可得g,代人数据解得名一93m3, 9.(1)7.55(2)10(3)A(4)可采用更光 滑的硬质接触面，比如接触面采用玻璃板【解析】 (1)刻度尺的分度值为0.1cm,需要估读到分度值下一 位，读数为：D=7.55cm。(2)积木左端两次经过参考点 0为一个周期，当积木左端某次与0点等高时记为第0 次并开始计时，第20次时停止计时，这一过程中积木 摆动了10个周期。(3)将题图丁所示图像延长如图 所示： 57 N 高中物理选择性必修第一册（人教版） InT -0.4 -0.5 -0.6 -0.7 -0.8 -0.9 -1.0 -1. 1.601.802.002.202.402.602.803.001nD 第9题答图 第三章 1.波的形成 基础练习 1.AB【解析】介质质点按波源的振动方式振动， 但其振动步调不一定相同，故A、B正确，C、D错误。 2.C【解析】机械波的产生条件是有波源和介质。 由于介质中的质点之间相互作用，一个质点的振动带动 相邻质点的振动由近及远传播而形成波，所以A、B正 确；波的传播速度是波形由波源向外伸展的速度，在均 匀介质中其速度大小不变；而质点振动的速度和方向都 随时间周期性地发生变化，C错误；波源一旦将振动传 给介质，振动就会在介质中向远处传播；当波源停止振 动时，介质仍然继续传播波源振动的运动形式，不会随 波源停止振动而停止传播，即波不会停止传播，D正确。 3.C【解析】横波与纵波的区别是根据波的传播方 向与质点的振动方向之间的关系判断的，如果两者的方 向在同一条直线上，则该波就是纵波，如果两者的方向 相互垂直，则该波就是横波。 4.CD【解析】根据题中叙述的现象，无法说明声 波是纵波，A错误；抽去玻璃罩内的空气，不会使闹钟 停止响铃，B错误；抽去玻璃罩内的空气前，在玻璃罩 外仍然可以听到闹钟的铃声，说明玻璃罩和空气都能传 播声音，C正确；抽去玻璃罩内的空气后，就听不到闹 钟的铃声，说明声波不能在真空中传播，D正确。 5.BD【解析】质点振动方向与波传播方向垂直的波 叫横波，A错误；纵波可在任何介质中传播，B正确； 横波和纵波可在同一种介质中传播，如地震波，C错误； 质点振动方向与波传播方向平行的波叫纵波，D正确。 58 n 取(1.60，-1.10)与(3.00，-0.40)两组数据，分 别代入关系式：lnT=klnD+b,解得：k=0.5,b=-1.90, 可得：n7=0.5nD-1.90,变形为：lnln,可得T与 D的近似关系为：T∝VD,故A正确，B、C、D错 误。(4)实验的误差主要来自积木与接触面之间的滚 动摩擦，为了减小实验误差，可采用更光滑的硬质接触 面，比如接触面采用玻璃板。 几械波 6.AC【解析】根据波的产生条件和特点知A、C正 确；介质中的质点都在其平衡位置附近做往复运动，它 们不随波的传播而发生迁移，B错误：波源与质点都做 受迫振动，D错误。 7.AD【解析】介质中质点的振动周期和相应的波 的周期相等，A正确；介质中质点振动的速度随时间周 期性变化，而波在介质中是匀速向前传播的，所以质点 的振动速度和波的波速不相等，B错误；对于横波而 言，波的传播方向和介质中质点的振动方向是垂直的， C错误：处于波峰的质点在正向最大位移处，处于波谷 的质点在负向最大位移处，所以波峰与波谷在振动方向 上的距离等于质点振幅的2倍，D正确。 8.ACD【解析】机械波是由于介质中前面的质点带 动后面的质点，使振源的振动形式与振源的能量向远处 传播而形成的，前后质点间存在相互作用力，因而相互 做功，故A正确；波传播过程中，各质点只能在各自的 平衡位置附近振动，与振源频率相同，并且都“仿照” 振源振动，振源停止振动，其他质点并不立即停止振 动，故C、D正确。 提升练习 9.AC【解析】机械波传播的是波源的振动方式和 能量，各质点并不随波迁移，A、C正确；随波的传播， 介质质点相继被带动而做受迫振动，B错误：横波与纵 波是按质点的振动方向与波的传播方向是垂直还是两者 在同一条直线上划分的，并不是相对的，D错误。 10.(1)37(2)50【解析】平衡位置的质点 速度最大，波峰处的质点速度为0。 11.见解析【解析】机械波在传播过程中，介质中