【全程復習方略】2021年春高中物理選修3-4-單元質(zhì)量評估(一)-第十一章-機械振動

溫馨提示：此套題為Word版，請按住Ctrl,滑動鼠標滾軸，調(diào)整合適的觀看比例，答案解析附后。關閉Word文檔返回原板塊。單元質(zhì)量評估(一)第十一章(90分鐘100分)一、選擇題(本大題共10小題,每小題4分,共40分。多選題已在題號后標出)1.簡諧運動的平衡位置是指()A.速度為零的位置 B.回復力為零的位置C.加速度為零的位置 D.位移最大的位置【解析】選B。簡諧運動的平衡位置是回復力為零的位置,而物體在平衡位置時加速度不愿定為零。例如,單擺在平衡位置時存在向心加速度。簡諧運動的物體經(jīng)過平衡位置時速度最大,位移為零。2.(2021·上海高考)做簡諧振動的物體,當它每次經(jīng)過同一位置時,可能不同的物理量是()A.位移 B.速度 C.加速度 D.回復力【解題指南】解答本題時應留意理解以下兩點:(1)做簡諧振動的物體,當它經(jīng)過同一位置時,速度方向可能不同;(2)回復力F=-kx,加速度a=-QUOTEx?！窘馕觥窟xB。做簡諧振動的物體,當它每次經(jīng)過同一位置時,位移x相同,回復力相同,加速度相同,可能不同的物理量是速度,選項B正確。3.如圖所示,彈簧振子的小球在B、C之間做簡諧運動,O為BC間的中點,B、C間的距離為10cm,則下列說法正確的是()A.小球的最大位移是10cmB.只有在B、C兩點時,小球的振幅是5cm,在O點時,小球的振幅是0C.無論小球在任何位置,它的振幅都是5cmD.從任意時刻起,一個周期內(nèi)小球經(jīng)過的路程都是10cm【解析】選C。簡諧運動中的平衡位置就是對稱中心,所以O點是平衡位置。小球的最大位移是+5cm或-5cm,故選項A是不正確的。振幅是物體離開平衡位置的最大距離,反映的是振動物體振動的力氣,并不說明物體確定在最大距離處,在O點的小球也能夠到達最大距離處,所以小球在O點的振幅也是5cm,故選項B不正確,選項C正確。依據(jù)一次全振動的概念,選項D是錯誤的。4.(多選)將一個電動傳感器接到計算機上,就可以測量快速變化的力,用這種方法測得的某單擺搖擺時懸線上拉力的大小隨時間變化的曲線如圖所示。某同學由此圖像供應的信息做出的下列推斷中,正確的是()A.t=0.2s時擺球正經(jīng)過最低點B.t=1.1s時擺球正經(jīng)過最低點C.擺球搖擺過程中機械能減小D.擺球搖擺的周期是T=1.4s【解析】選A、C。在擺球經(jīng)過最低點時懸線拉力最大,t=0.2s時,F有正向最大值,故A選項正確;t=1.1s時,F有最小值,擺球不在最低點,B選項錯誤;周期應為T=1.2s,D選項錯誤;因振幅減小,故機械能減小,C選項正確。5.圖甲是利用沙擺演示簡諧運動圖像的裝置。當盛沙的漏斗下面的薄木板被水平勻速拉出時,做簡諧運動的漏斗漏出的沙在板上顯示出沙擺的振動位移隨時間變化的關系曲線。已知木板被水平拉動的速度為0.20m/s,圖乙所示的一段木板的長度為0.60m,則這次試驗沙擺的擺長大約為(g取π2m/s2)()A.0.56m B.0.65m C.1.00m 【解析】選A。木板勻速運動的位移L=0.60m,所需時間t=QUOTE=3s,則沙擺振動周期T=QUOTE=1.5s,由單擺的周期公式T=2πQUOTE,知沙擺的擺長l=QUOTE=0.56m。故選A。6.(多選)某振動系統(tǒng)的固有頻率為f0,在周期性驅(qū)動力的作用下做受迫振動,驅(qū)動力的頻率為f。若驅(qū)動力的振幅保持不變,下列說法正確的是()A.當f<f0時,該振動系統(tǒng)的振幅隨f增大而減小B.當f>f0時,該振動系統(tǒng)的振幅隨f減小而增大C.該振動系統(tǒng)的振動穩(wěn)定后,振動的頻率等于f0D.該振動系統(tǒng)的振動穩(wěn)定后,振動的頻率等于f【解析】選B、D。由受迫振動的振幅A隨驅(qū)動力的頻率變化規(guī)律知,A錯B對。穩(wěn)定時系統(tǒng)的頻率等于驅(qū)動力的頻率,即C錯D對。7.(多選)(2022·太原高二檢測)如圖所示為同一試驗室中甲、乙兩個單擺的振動圖像,從圖像可知()A.兩擺球質(zhì)量相等B.兩單擺的擺長相等C.兩單擺相位相差QUOTED.在相同的時間內(nèi),兩擺球通過的路程總有s甲=2s乙【解析】選B、C。由題圖知:T甲=T乙,則擺長相等,但A甲=2A乙,x甲=2sin(ωt+QUOTE),x乙=sinωt,故B、C項正確。而單擺周期與質(zhì)量無關,A項錯誤。由題圖可知,在任何相等的時間內(nèi)路程不愿定具有s甲=2s乙的關系,故D錯誤。8.洗衣機在把衣服脫水完畢拔掉電源后,電動機還要轉一會才能停下來,在拔掉電源后,發(fā)覺洗衣機先振動得比較小,然后有一陣子振動得很猛烈,然后振動漸漸減小直至停下來,其間振動猛烈的緣由是()A.洗衣機沒放平衡B.電動機有一陣子轉快了C.電動機轉動的頻率和洗衣機的固有頻率相近或相等D.這只是一種偶然現(xiàn)象【解析】選C。洗衣機脫水時,電動機轉速很快,頻率很大,可以說遠大于洗衣機的固有頻率,不能發(fā)生共振現(xiàn)象。當脫水終止時,隨著電動機轉速的減小,頻率也在減小,確定有一段時間,頻率接近或等于洗衣機的固有頻率,從而發(fā)生共振現(xiàn)象,反映在宏觀上就是洗衣機振動猛烈?！咀兪接柧殹吭谠囼炇铱梢宰觥奥暡ㄋ楸钡脑囼?。用手指輕彈一只酒杯,可以聽到動聽的聲音,測得這聲音的頻率為500Hz。將這只酒杯放在兩只大功率的聲波發(fā)生器之間,操作人員通過調(diào)整其發(fā)出的聲波,就能使酒杯碎掉。下列說法正確的是()A.操作人員確定要把聲波發(fā)生器的功率調(diào)到最大B.操作人員可能是使聲波發(fā)生器發(fā)出了頻率很高的超聲波C.操作人員確定是同時增大了聲波發(fā)生器發(fā)出的聲波的頻率和功率D.操作人員只需將聲波發(fā)生器發(fā)出的聲波頻率調(diào)到500Hz【解析】選D。用手指彈酒杯后,酒杯做機械振動,其固有頻率為500Hz。使用聲波發(fā)生器時,聲波的頻率等于酒杯的固有頻率時,酒杯發(fā)生共振,此時酒杯最簡潔碎掉,故選項A、B、C錯,D對。9.(2021·新課標全國卷Ⅱ改編)如圖,一輕彈簧一端固定,另一端連接一物塊構成彈簧振子,該物塊是由a、b兩個小物塊粘在一起組成的。物塊在光滑水平面上左右振動,振幅為A0,周期為T0。當物塊向右通過平衡位置時,a、b之間的粘膠脫開;以后小物塊a振動的振幅和周期分別為A和T,則()A.A>A0T>T0 B.A>A0T=T0C.A<A0T<T0 D.A>A0T<T0【解題指南】解答本題應留意以下兩點:(1)振子振動過程中機械能守恒;(2)在平衡位置處質(zhì)量減小后,機械能減小?！窘馕觥窟xC。物塊以確定的速度通過平衡位置時,質(zhì)量減小,則振動的動能減小,也就是系統(tǒng)的機械能減小,所以能到達的最大位移減小,振幅減小;由于在這QUOTE周期內(nèi),小物塊仍做簡諧運動,而初速度和末速度不變,位移卻減小了,所以運動時間減小,即振動周期減小。10.如表所示為某受迫振動的振幅隨驅(qū)動力頻率變化的關系,若該振動系統(tǒng)的固有頻率為f固,則固有頻率為()驅(qū)動力頻率/Hz304050607080受迫振動振幅/cm10.216.827.228.116.58.3A.f固=40HzB.70HzC.50Hz<f固<60HzD.以上選項都不對【解析】選C。由共振曲線可推斷出f驅(qū)與f固相差越大,受迫振動的振幅越小,f驅(qū)與f固越接近,受迫振動的振幅越大,并從表格中看出頻率為40～50Hz時振幅還在不斷增大,固有頻率不行能等于40Hz,A錯;另從表格中看出頻率為70Hz時的振幅小于頻率為60Hz時的振幅,固有頻率不行能等于70Hz,B錯;比較各組數(shù)據(jù)知f固可能在50～60Hz范圍內(nèi),C對?！究偨Y提升】物體發(fā)生共振與做受迫振動的關系(1)物體做受迫振動不愿定發(fā)生共振,但發(fā)生共振的物體確定做受迫振動。(2)物體做受迫振動時,當驅(qū)動力的周期(或頻率)等于該物體的固有周期(或固有頻率)時,物體發(fā)生共振。二、試驗題(本大題共2小題,共16分)11.(9分)(2022·天津高考)某同學用試驗的方法探究影響單擺周期的因素。(1)他組裝單擺時,在擺線上端的懸點處,用一塊開有狹縫的橡皮夾牢擺線,再用鐵架臺的鐵夾將橡皮夾緊,如圖所示。這樣做的目的是。(填字母代號)A.保證搖擺過程中擺長不變B.可使周期測量得更加精確C.需要轉變擺長時便于調(diào)整D.保證擺球在同一豎直平面內(nèi)搖擺(2)他組裝好單擺后在擺球自然懸垂的狀況下,用毫米刻度尺從懸點量到擺球的最低端的長度L=0.9990m,再用游標卡尺測量擺球直徑,結果如圖所示,則該擺球的直徑為mm,單擺擺長為m。(3)下列振動圖像真實地描述了對擺長約為1m的單擺進行周期測量的四種操作過程,圖中橫坐標原點表示計時開頭,A、B、C均為30次全振動的圖像,已知sin5°=0.087,sin15°=0.26,這四種操作過程合乎試驗要求且誤差最小的是。(填字母代號)【解析】(1)試驗中要留意減小試驗誤差和便于試驗操作,題目中的措施可以保證搖擺過程中擺長不變,并且便于轉變擺長,故選項A、C正確。(2)游標卡尺主尺上的讀數(shù)為12mm,游標尺上第0條刻度線與主尺刻度線對齊,所以游標卡尺的讀數(shù)為12mm+0×0.1mm=12.0mm單擺的擺長為l=L-QUOTE=0.9990m-QUOTEm=0.9930m(3)用單擺測量周期時,為了減小誤差,需使擺角小于5°,且從擺球經(jīng)過最低點時開頭計數(shù),故振幅A≤lsin5°=8.6cm,只有選項A符合要求。答案:(1)A、C(2)12.00.9930(3)A12.(7分)有兩個同學利用假期分別去參觀北京高校和南京高校的物理試驗室,各拘束那里利用先進的DIS系統(tǒng)較精確地探究了“單擺的周期T與擺長L的關系”,他們通過校內(nèi)網(wǎng)交換試驗數(shù)據(jù),并由計算機繪制了T2-L圖像,如圖甲所示。去北大的同學所測試驗結果對應的圖線是(選填“A”或“B”)。另外,在南大做探究的同學還利用計算機繪制了a、b兩個擺球的振動圖像(如圖乙),由圖可知,兩單擺擺長之比QUOTE=。在t=1s時,b球振動方向是。【解析】由單擺的周期公式T=2πQUOTE,解得T2=QUOTEL,即圖像的斜率k=QUOTE,重力加速度大,斜率小,我們知道北京的重力加速度比南京的大,所以去北大的同學所測試驗結果對應的圖線是B;從題圖乙可以得出:Tb=1.5Ta,由單擺的周期公式得:Ta=2πQUOTE,Tb=2πQUOTE,聯(lián)立解得:QUOTE=QUOTE;從題圖乙可以看出,t=1s時,b球正在向負最大位移處運動,所以在t=1s時,b球的振動方向沿y軸負方向。答案:BQUOTE沿y軸負方向三、計算題(本大題共4小題,共44分。要有必要的文字說明和解題步驟,有數(shù)值計算的要注明單位)13.(10分)如圖所示,一塊涂有炭黑的玻璃板,質(zhì)量為2kg,在拉力F的作用下,在t=0時由靜止開頭豎直向上做勻加速運動。一個裝有水平振針的振動頻率為5Hz的固定電動音叉在玻璃板上畫出了圖示曲線,量得OA=1.5cm,BC=3.5cm。求自玻璃板開頭運動,經(jīng)過多長時間才開頭接通電動音叉的電源?接通電源時,玻璃板的速度是多大?(g取10m/s2)【解析】由題意可得,振針振動周期T0=0.2s,經(jīng)過OA與BC所用的時間均為T=QUOTE=0.1s, (2分)則對玻璃板:sBC-sOA=2aT2, (2分)得a=1m/s2。vA=QUOTE=QUOTE=0.2m/s, (2分)再求O點速度vO=vA-aT=0.1m/s, (2分)由vO=at得時間t=QUOTE=0.1s, (2分)即經(jīng)過0.1s才開頭接通電動音叉的電源,且接通時玻璃板的速度為0.1m/s。答案:0.1s0.1m/s14.(10分)如圖所示為一彈簧振子的振動圖像,試完成以下問題:(1)寫出該振子簡諧運動的表達式。(2)在第2s末到第3s末這段時間內(nèi),彈簧振子的加速度、速度、動能和彈性勢能各是怎樣變化的?(3)該振子在第100s時的位移是多少?前100s內(nèi)的路程是多少?【解析】(1)由振動圖像可得:振幅A=5cm,周期T=4s,初相φ=0,則圓頻率ω=QUOTE=QUOTErad/s (2分)故該振子做簡諧運動的表達式為x=5sinQUOTEt(cm) (2分)(2)由圖可知,在t=2s時振子恰好通過平衡位置,此時加速度為零,隨著時間的連續(xù),位移值不斷加大,加速度的值也變大,速度值不斷變小,動能不斷減小,彈性勢能漸漸增大,當t=3s時,加速度的值達到最大,速度等于零,動能等于零,彈性勢能達到最大值。 (3分)(3)振子經(jīng)過一個周期位移為零,路程為5×4cm=20cm,前100s時剛好經(jīng)過了25個周期,所以第100s振子位移x=0,振子路程s=20×25cm=500cm=5m。(3分)答案:(1)x=5sinQUOTEt(cm)(2)見解析(3)05m【總結提升】對簡諧運動能量的深刻生疏(1)打算因素:對于一個確定的振動系統(tǒng),簡諧運動的能量由振幅打算,振幅越大,系統(tǒng)的能量越大。(2)能量獲得:系統(tǒng)開頭振動的能量是通過外力做功由其他形式的能轉化來的。(3)能量轉化:當振動系統(tǒng)自由振動后,假如不考慮阻力作用,系統(tǒng)只發(fā)生動能和勢能的相互轉化,機械能守恒。(4)抱負化模型:①從力的角度分析,簡諧運動沒考慮摩擦阻力。②從能量轉化角度分析,簡諧運動沒考慮因阻力做功產(chǎn)生的能量損耗。15.(12分)簡諧運動的振動圖線可用下述方法畫出:如圖甲所示,在彈簧振子的小球上安裝一支繪圖筆P,讓一條紙帶在與小球振動方向垂直的方向上勻速運動,筆P在紙帶上畫出的就是小球的振動圖像。取振子水平向右的方向為振子離開平衡位置的位移正方向,紙帶運動的距離代表時間,得到的振動圖線如圖乙所示。(1)為什么必需勻速拖動紙帶?(2)剛開頭計時時,振子處在什么位置?t=17s時振子相對平衡位置的位移是多少?(3)若紙帶運動的速度為2cm/s,振動圖線上1、3兩點間的距離是多少?(4)振子在s末負方向速度最大;在s末正方向加速度最大;2.5s時振子正在向方向運動。(5)寫出振子的振動方程。【解析】(1)紙帶勻速運動時,由x=vt知,位移與時間成正比,因此在勻速條件下,可以用紙帶通過的位移表示時間。 (2分)(2)由圖乙可知t=0時,振子在平衡位置左側最大位移處;周期T=4s,t=17s時位移為零。 (2分)(3)由x=vt,所以1、3間距x=2cm/s×2s=4cm。 (2分)(4)3s末負方向速度最大;加速度方向總是指向平衡位置,所以t=0或t=4s時正方向加速度最大;t=2.5s時,向-x方向運動。 (3分)(5)x=10sinQUOTEcm。