高中物理单元测试——第2章机械振动（较易版01）

高中物理单元测试 —— 第2章 机械振动（较易版01）（解析版） 学校:___________姓名：___________班级：___________考号：___________ 一、单选题 1．（本题4分）做简谐运动的物体，当相对于平衡位置的位移为负值时（　　） A．速度一定为正值，加速度一定为负值 B．速度一定为负值，加速度一定为正值 C．速度不一定为正值，加速度一定为正值 D．速度不一定为负值，加速度一定为负值 【答案】C 【详解】根据回复力与位移的关系有 根据牛顿第二定律有 解得 可知，加速度方向与相对于平衡位置的位移方向相反，当相对于平衡位置的位移为负值时，加速度一定为正值。当物体远离平衡位置时，速度方向与相对于平衡位置的位移的方向相同，当物体靠近平衡位置时，速度方向与相对于平衡位置的位移的方向相反，可知，当相对于平衡位置的位移为负值时，速度可能为正值，也可能为负值，但加速度一定为正值。 故选C。 2．（本题4分）如图所示，密度计静浮于装有液体的烧杯中，现将密度计沿竖直方向轻轻按下少许后静止释放并开始计时（密度计底部与烧杯底部始终不接触），密度计在一定时间内可近似看作是简谐运动。若取竖直向下为正方向，则以下描述密度计振动的图像中可能正确的是（　　） A． B． C． D． 【答案】B 【详解】密度计在竖直方向上做简谐运动，平衡位置是在重力与浮力相等的位置，开始时，向下按下的距离就是其偏离平衡位置的位移，为正向最大位移。B正确。 故选B。 3．（本题4分）A、B两个完全相同的弹簧振子，固有频率为2f，若给A施加频率为3f和给B施加频率为5f的驱动力，使其在驱动力作用下做受迫振动，则稳定后（     ） A．振子A的振幅较大，振动频率为2f B．振子B的振幅较大，振动频率为2f C．振子A的振幅较大，振动频率为3f D．振子B的振幅较大，振动频率为5f 【答案】C 【详解】A．受迫振动稳定后，振动频率等于驱动力频率，与振子固有频率无关， 驱动力频率与振子固有频率越接近，受迫振动的振幅越大，二者相等时发生共振，振幅最大。 振子A做受迫振动，稳定后频率应等于驱动力频率，而不是固有频率，故A错误； B．振子B做受迫振动，稳定后频率应等于驱动力频率，而不是固有频率，故B错误； CD．A的驱动力频率与固有频率更接近，振幅更大，且稳定后振动频率等于驱动力频率，故C正确，D错误。 故选C。 4．（本题4分）如图所示，细绳的上端固定，下端挂一小球，现将小球拉到A点由静止释放，小球在竖直平面内沿曲线ABC摆动，不计空气阻力。下列说法正确的是（　　） A．在B位置小球受重力、拉力和向心力的作用 B．在B位置小球处于平衡状态 C．在C位置小球的向心力比在B位置小球的向心力大 D．在A位置小球受拉力与重力作用，处于非平衡状态 【答案】D 【详解】A．小球在运动过程中只受到重力和绳子的拉力，向心力和回复力都是效果力，故A错误； B．在B位置小球受到重力和绳子的拉力，且 故在B位置小球不处于平衡状态，故B错误； C．小球从C到B的过程中，小球做加速运动，则在B位置速度最大，向心力最大，故C错误； D．在A位置小球受拉力与重力作用，它们的合力提供向心力，故小球处于非平衡状态，故D正确。 故选D。 5．（本题4分）上海中心大厦内部的“上海慧眼”阻尼器重达一千吨，有效抵御了大风对建筑的影响。该阻尼器沿水平方向做阻尼振动，振动图像如图所示。关于阻尼器的说法正确的是（     ） A．振动周期越来越小 B．振动的能量越来越小 C．时的动能为零 D．“上海慧眼”通过和中心大厦发生共振来保持稳定 【答案】B 【详解】AB．根据振动图像可知，振动周期不变，振幅变小，振幅的大小表示振动能量的大小，则振动的能量越来越小，故A错误，B正确； C．时，阻尼器在平衡位置，速度最大，动能最大，故C错误； D．阻尼器的作用避免与中心大厦发生共振来保持稳定，故D错误。 故选B。 6．（本题4分）如图所示，弹簧振子的平衡位置为O点，在相距0.2m的B、C两点间做简谐运动。小球经过C点时开始计时，0.5s时首次到达B点，则1.25s内小球的路程为（　　） A．0.25m B．0.5m C．1.0m D．1.25m 【答案】B 【详解】振子振动的振幅A=0.1m，周期为T=1s，则可知，1.25s内小球的路程为 故选B。 7．（本题4分）如图所示，固定在竖直平面内的光滑圆弧轨道所含圆弧的度数很小，O点是最低点。两个完全相同的小球M、N从圆弧左侧的不同位置同时释放，途中都经过 P点。下列说法正确的是（　　） A．M比N晚到达O点 B．M有可能在P 点追上N并与之相碰 C．两小球经过O 点时回复力为0 D．两小球所受重力与支持力的合力提供回复力 【答案】C 【详解】AB．两个小球的运动都可以看成单摆（简谐运动），摆长相同，从释放到O点所用的时间均为，单摆的振动周期与振幅无关，因此两小球同时到达O点，不会在到达O点前相碰，A、B错误； C．O点为平衡位置，因此两小球经过O 点时回复力为0，C正确； D．两小球所受重力与支持力的合力在沿运动方向上的分力提供回复力，沿半径方向的分力提供向心力，D错误。 故选C。 二、多选题 8．（本题6分）某弹簧振子做简谐运动，其位移随时间变化的关系式为x=10cos4πt（cm）。下列说法中正确的是（　　） A．弹簧振子的振幅为10cm B．弹簧振子的频率是2Hz C．在t=0.125s时，弹簧振子的速度最大 D．在t=0.25s时，弹簧振子的回复力最大 【答案】BCD 【详解】A．由位移随时间变化的关系可知，弹簧振子的振幅为cm，故A错误； B．由位移随时间变化的关系可知 又因为 解得 故B正确； C．在t=0.125s时，由位移随时间变化的关系可知 x=0 因此，弹簧振子处于原长，速度最大，故C正确； D．在t=0.25s时，由位移随时间变化的关系可知 x=cm 因此，弹簧振子距离平衡位置最远的位置，弹簧振子的回复力最大，故D正确。 故选BCD。 9．（本题6分）图为某一单摆的简化模型，其摆角α小于5°，单摆的周期为T，下列说法正确的是（　　） A．把摆球质量减小一半，其他条件不变，则单摆的周期变大 B．把摆角α变大（仍小于5°），其他条件不变，则单摆的周期不变 C．将单摆摆长增加为原来的2倍，其他条件不变，则单摆的周期将变为2T D．将此单摆从两极移到地球赤道上，其他条件不变，则单摆的周期将变大 【答案】BD 【详解】AB．根据单摆周期公式 可知，单摆周期与摆球质量无关，与摆角无关，故A错误，B正确； C．据单摆周期公式 其他条件不变，将摆长增加为原来的2倍，则单摆的周期将变为，故C错误； D．据单摆周期公式 将此单摆从两极移到地球赤道上，其他条件不变，因为在赤道上的比在两极的小，则单摆的周期将变大，故D正确。 故选BD。 10．（本题6分）某机械传动装置如图1所示，曲柄OP绕固定点O在竖直面内转动时，P点可在T形连杆的槽中滑动，连杆连接一物块M。OP逆时针匀速转动时，通过连杆和弹簧带动M在水平方向上做简谐运动，M的振动图像如图2所示。在t=0时，P点位于O点的正下方，则（　　） A．OP的长度为0.6m B．M在t=1.3s时的速度与t=0.7s时相同 C．OP转动到水平方向时，M运动的加速度为零 D．P点位于O点的正上方时，M向左经过平衡位置 【答案】BD 【详解】A．t=0时，P点位于O点的正下方，此时M处于平衡位置，当OP逆时针匀速转动90°时，M达到右侧最大位移处，其位移为0.3m，所以OP的长度为0.3m，故A错误； B．由图可知，M在t=1.3s与t=0.7s时图线切线的斜率相同，即t=1.3s的速度与t=0.7s时相同，故B正确； C．OP转动到水平方向时，M运动到左侧或右侧最大位移处，此时M的速度为零，加速度最大，故C错误； D．P点位于O点的正上方时，T形连杆的速度水平向左，所以M向左经过平衡位置，故D正确。 故选BD。 三、实验题 11．（本题6分）在空间站的失重环境中，无法通过重力直接测量物体质量，甲、乙两个实验小组利用弹簧振子的简谐运动装置设计了质量测量方案，弹簧振子做简谐运动的周期公式为，其中T为振动周期，m为振子的质量，k为弹簧的劲度系数。 (1)甲实验小组同学首先用的标准物块作为弹簧振子，测出振子完成次全振动的总时间；然后取下标准物块，用未知质量的待测物块固定在同一根弹簧上重复实验，测出完成次全振动的总时间。则待测物块质量________（结果保留两位有效数字）； (2)乙组实验小组将待测物块作为弹簧振子，更换不同的劲度系数的弹簧多次实验，得到对应的弹簧振子的周期T，并作出图像如图所示，若已知图线的斜率为b，则待测物块质量的表达式________；（结果用字母b、表示） (3)为减小实验误差，请再提出一条合理的改进措施：________。 【答案】(1)1.1 (2) (3)更换劲度系数适中的弹簧；使振子振动周期适中，便于计时；多次测量取平均值；保证弹簧形变在弹性限度内，减小非线性误差；测量时增加全振动次数 【详解】（1）振子完成次全振动的总时间，可知周期为 完成次全振动的总时间，可知周期为 根据可得 可得 （2）根据可得 结合图像可得 可得 （3）更换劲度系数适中的弹簧；使振子振动周期适中，便于计时；多次测量取平均值；保证弹簧形变在弹性限度内，减小非线性误差；测量时增加全振动次数。 12．（本题9分）如图1所示为南昌十中物理兴趣小组利用“双线摆”和手机软件测量八一广场南昌市城市原点处重力加速度的实验装置。直尺两端固定在铁架台上，借助手机水平仪调节直尺水平。用不可伸长的细线穿过小球，使小球两侧的细线等长，且细线两端分别固定在直尺上，具体实验步骤如下： （1）用游标卡尺测量出小球直径为d，用直尺测量出小球静止时小球接线处（两细线均接在小球上的最高点）到细线两悬点的距离均为l，用直尺测量出细线两悬点间距离为s，则小球前后做单摆运动时的等效摆长________（用d、l、s表示）。 （2）将准备好的铷磁铁与单摆小球来回摩擦充分接触，让小球被磁化具有磁性。打开手机软件，点击进入磁力计工具。 （3）将手机放在小球平衡位置正下方，让双线摆在摆角小于5°条件下前后做往复运动，小球经过最低点时，手机软件计时开始。点击“数据选取”功能，记录多个周期下某两个峰值的时间间隔如图2所示（当小球经过往复运动最低点时手机磁力计测得的数值最大），则单摆周期为________s（保留3位有效数字）。 （4）改变摆长，测量多组数据，在电脑上利用软件建立关系图像，得到如图3的函数图像，则当地重力加速度大小为________（取9.87，结果保留3位有效数字）。若负责处理数据的同学不小心每次都把小球直径当作半径代入来计算摆长，则用此法得到的g值会________（选填“偏大”、“偏小”或“不变”）。 【答案】 2.33 9.73 不变 【详解】（1）[1]由几何关系可得小球前后做单摆运动时的等效摆长为 （3）[2]由图2可知磁性小球经过最低点测得的磁感应强度B最大，小球两次经最低点的时间间隔是半个周期，所以则单摆周期为 （4）[3]根据单摆周期公式 可得 由图3的函数图像可知，图线的斜率为 解得 [4]若每次都把小球直径当作半径代入来计算摆长，可知图像的斜率不变，计算得到的g值不变。 四、解答题 13．（本题10分）如图甲所示，轻弹簧上端固定，下端连接一物块，物块沿竖直方向做简谐运动的部分图像如图乙所示，以竖直向上为正方向。t=0时刻，一小球从某处由静止释放；t=0.5s时，小球恰好与物块处于同一高度。取重力加速度大小g=10m/s2。求： (1)t=0.5s时小球的速度大小和物块的加速度方向； (2)小球释放位置到物块平衡位置的竖直距离d。 【答案】(1)5m/s，物块的加速度方向竖直向下 (2)1.35m 【详解】（1）小球做自由落体运动，有 代入数据解得v=5m /s 根据图像可知t=0.5s时物块的位移为10cm，物块的加速度方向竖直向下。 （2）在0~0.5s内小球下落的高度 解得 根据图像可知振幅为 小球释放位置到物块平衡位置的距离 解得d=1.35m 14．（本题13分）一根轻绳一端连接固定的拉力传感器，另一端连接一质量为m的小钢球，如图甲所示。拉起小钢球至某一位置由静止释放，小钢球在竖直平面内摆动，轻绳与竖直方向夹角的最大值约为5°，轻绳对小钢球的拉力大小F随时间t变化的图像如图乙所示，图乙中的F2、F1、T0均为已知量。求： (1)重力加速度g的大小。 (2)轻绳的长度l。 【答案】(1) (2) 【详解】（1）小钢球由静止释放，设轻绳与竖直方向的最大夹角为θ，释放小钢球的瞬间，轻绳的拉力最小，即F1 = mgcosθ 小钢球由静止运动到最低点的过程，根据动能定理，有mgl(1－cosθ) = mv2 小钢球运动到最低点时，轻绳拉力最大，根据牛顿第二定律，有 联立可得 （2）由题图乙可知，单摆的周期T = 2T0 根据单摆周期公式，有 联立解得 15．（本题16分）如图所示，足够大的光滑水平桌面上，劲度系数为的轻弹簧一端固定在桌面左端，另一端与小球拴接。开始时，小球用细线跨过光滑的定滑轮连接小球，桌面上方的细线与桌面平行，系统处于静止状态，此时小球的位置记为两小球质量均为。现用外力缓慢推小球至弹簧原长后释放，小球一起做简谐运动。重力加速度为，空气阻力不计，弹簧始终在弹性限度内。求： (1)释放瞬间小球的加速度大小； (2)简谐运动过程中，细线中最大张力； (3)若小球向右运动至最远点时细线断裂，之后小球做简谐运动的最大速度。 【答案】(1) (2) (3) 【详解】（1）在弹簧原长处释放，对整体受力分析可得 解得 （2）静止于点平衡时 组成的简谐振动中，振幅为 由对称性，小球向右运动至最远点时，对有 对有 联立解得 （3）细线断裂后球单独做简谐振动，振幅变为 小球到达平衡位置时速度最大，根据能量守恒定律有 解得 试卷第1页（共3页） 试卷第1页（共3页） 学科网（北京）股份有限公司 2 / 2 $ 高中物理单元测试 —— 第2章 机械振动（较易版01）（原卷版） 学校:___________姓名：___________班级：___________考号：___________ 一、单选题 1．（本题4分）做简谐运动的物体，当相对于平衡位置的位移为负值时（　　） A．速度一定为正值，加速度一定为负值 B．速度一定为负值，加速度一定为正值 C．速度不一定为正值，加速度一定为正值 D．速度不一定为负值，加速度一定为负值 2．（本题4分）如图所示，密度计静浮于装有液体的烧杯中，现将密度计沿竖直方向轻轻按下少许后静止释放并开始计时（密度计底部与烧杯底部始终不接触），密度计在一定时间内可近似看作是简谐运动。若取竖直向下为正方向，则以下描述密度计振动的图像中可能正确的是（　　） A． B． C． D． 3．（本题4分）A、B两个完全相同的弹簧振子，固有频率为2f，若给A施加频率为3f和给B施加频率为5f的驱动力，使其在驱动力作用下做受迫振动，则稳定后（     ） A．振子A的振幅较大，振动频率为2f B．振子B的振幅较大，振动频率为2f C．振子A的振幅较大，振动频率为3f D．振子B的振幅较大，振动频率为5f 4．（本题4分）如图所示，细绳的上端固定，下端挂一小球，现将小球拉到A点由静止释放，小球在竖直平面内沿曲线ABC摆动，不计空气阻力。下列说法正确的是（　　） A．在B位置小球受重力、拉力和向心力的作用 B．在B位置小球处于平衡状态 C．在C位置小球的向心力比在B位置小球的向心力大 D．在A位置小球受拉力与重力作用，处于非平衡状态 5．（本题4分）上海中心大厦内部的“上海慧眼”阻尼器重达一千吨，有效抵御了大风对建筑的影响。该阻尼器沿水平方向做阻尼振动，振动图像如图所示。关于阻尼器的说法正确的是（     ） A．振动周期越来越小 B．振动的能量越来越小 C．时的动能为零 D．“上海慧眼”通过和中心大厦发生共振来保持稳定 6．（本题4分）如图所示，弹簧振子的平衡位置为O点，在相距0.2m的B、C两点间做简谐运动。小球经过C点时开始计时，0.5s时首次到达B点，则1.25s内小球的路程为（　　） A．0.25m B．0.5m C．1.0m D．1.25m 7．（本题4分）如图所示，固定在竖直平面内的光滑圆弧轨道所含圆弧的度数很小，O点是最低点。两个完全相同的小球M、N从圆弧左侧的不同位置同时释放，途中都经过 P点。下列说法正确的是（　　） A．M比N晚到达O点 B．M有可能在P 点追上N并与之相碰 C．两小球经过O 点时回复力为0 D．两小球所受重力与支持力的合力提供回复力 二、多选题 8．（本题6分）某弹簧振子做简谐运动，其位移随时间变化的关系式为x=10cos4πt（cm）。下列说法中正确的是（　　） A．弹簧振子的振幅为10cm B．弹簧振子的频率是2Hz C．在t=0.125s时，弹簧振子的速度最大 D．在t=0.25s时，弹簧振子的回复力最大 9．（本题6分）图为某一单摆的简化模型，其摆角α小于5°，单摆的周期为T，下列说法正确的是（　　） A．把摆球质量减小一半，其他条件不变，则单摆的周期变大 B．把摆角α变大（仍小于5°），其他条件不变，则单摆的周期不变 C．将单摆摆长增加为原来的2倍，其他条件不变，则单摆的周期将变为2T D．将此单摆从两极移到地球赤道上，其他条件不变，则单摆的周期将变大 10．（本题6分）某机械传动装置如图1所示，曲柄OP绕固定点O在竖直面内转动时，P点可在T形连杆的槽中滑动，连杆连接一物块M。OP逆时针匀速转动时，通过连杆和弹簧带动M在水平方向上做简谐运动，M的振动图像如图2所示。在t=0时，P点位于O点的正下方，则（　　） A．OP的长度为0.6m B．M在t=1.3s时的速度与t=0.7s时相同 C．OP转动到水平方向时，M运动的加速度为零 D．P点位于O点的正上方时，M向左经过平衡位置 三、实验题 11．（本题6分）在空间站的失重环境中，无法通过重力直接测量物体质量，甲、乙两个实验小组利用弹簧振子的简谐运动装置设计了质量测量方案，弹簧振子做简谐运动的周期公式为，其中T为振动周期，m为振子的质量，k为弹簧的劲度系数。 (1)甲实验小组同学首先用的标准物块作为弹簧振子，测出振子完成次全振动的总时间；然后取下标准物块，用未知质量的待测物块固定在同一根弹簧上重复实验，测出完成次全振动的总时间。则待测物块质量________（结果保留两位有效数字）； (2)乙组实验小组将待测物块作为弹簧振子，更换不同的劲度系数的弹簧多次实验，得到对应的弹簧振子的周期T，并作出图像如图所示，若已知图线的斜率为b，则待测物块质量的表达式________；（结果用字母b、表示） (3)为减小实验误差，请再提出一条合理的改进措施：________。 12．（本题9分）如图1所示为南昌十中物理兴趣小组利用“双线摆”和手机软件测量八一广场南昌市城市原点处重力加速度的实验装置。直尺两端固定在铁架台上，借助手机水平仪调节直尺水平。用不可伸长的细线穿过小球，使小球两侧的细线等长，且细线两端分别固定在直尺上，具体实验步骤如下： （1）用游标卡尺测量出小球直径为d，用直尺测量出小球静止时小球接线处（两细线均接在小球上的最高点）到细线两悬点的距离均为l，用直尺测量出细线两悬点间距离为s，则小球前后做单摆运动时的等效摆长________（用d、l、s表示）。 （2）将准备好的铷磁铁与单摆小球来回摩擦充分接触，让小球被磁化具有磁性。打开手机软件，点击进入磁力计工具。 （3）将手机放在小球平衡位置正下方，让双线摆在摆角小于5°条件下前后做往复运动，小球经过最低点时，手机软件计时开始。点击“数据选取”功能，记录多个周期下某两个峰值的时间间隔如图2所示（当小球经过往复运动最低点时手机磁力计测得的数值最大），则单摆周期为________s（保留3位有效数字）。 （4）改变摆长，测量多组数据，在电脑上利用软件建立关系图像，得到如图3的函数图像，则当地重力加速度大小为________（取9.87，结果保留3位有效数字）。若负责处理数据的同学不小心每次都把小球直径当作半径代入来计算摆长，则用此法得到的g值会________（选填“偏大”、“偏小”或“不变”）。 四、解答题 13．（本题10分）如图甲所示，轻弹簧上端固定，下端连接一物块，物块沿竖直方向做简谐运动的部分图像如图乙所示，以竖直向上为正方向。t=0时刻，一小球从某处由静止释放；t=0.5s时，小球恰好与物块处于同一高度。取重力加速度大小g=10m/s2。求： (1)t=0.5s时小球的速度大小和物块的加速度方向； (2)小球释放位置到物块平衡位置的竖直距离d。 14．（本题13分）一根轻绳一端连接固定的拉力传感器，另一端连接一质量为m的小钢球，如图甲所示。拉起小钢球至某一位置由静止释放，小钢球在竖直平面内摆动，轻绳与竖直方向夹角的最大值约为5°，轻绳对小钢球的拉力大小F随时间t变化的图像如图乙所示，图乙中的F2、F1、T0均为已知量。求： (1)重力加速度g的大小。 (2)轻绳的长度l。 15．（本题16分）如图所示，足够大的光滑水平桌面上，劲度系数为的轻弹簧一端固定在桌面左端，另一端与小球拴接。开始时，小球用细线跨过光滑的定滑轮连接小球，桌面上方的细线与桌面平行，系统处于静止状态，此时小球的位置记为两小球质量均为。现用外力缓慢推小球至弹簧原长后释放，小球一起做简谐运动。重力加速度为，空气阻力不计，弹簧始终在弹性限度内。求： (1)释放瞬间小球的加速度大小； (2)简谐运动过程中，细线中最大张力； (3)若小球向右运动至最远点时细线断裂，之后小球做简谐运动的最大速度。 试卷第1页（共3页） 试卷第1页（共3页） 学科网（北京）股份有限公司 2 / 2 $