高考物理专题15振动和波备考强化训练38机械振动新人教版.doc
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1、1 / 24【2019【2019 最新最新】精选高考物理专题精选高考物理专题 1515 振动和波备考强化训练振动和波备考强化训练3838 机械振动新人教版机械振动新人教版本套强化训练搜集近年来各地高中物理高考真题、模拟题及其它极有备考价值的习题等筛选而成。其主要目的在于:理解简谐运动及其产生条件,掌握单摆的周期公式.理解简谐运动的图象。知道简谐运动中机械能守恒。了解受迫振动、共振及常见的应用。一、破解依据一、破解依据简谐运动(如弹簧振子)回复力 ; 加速度 ;kxFxmka位移、振幅(略)和周期(或频率)。 ,。kmT2fT1能量特征 ,即机械能守恒。0E 质点的振动规律:周期性,一个周期做一
2、次全振动,其位移、 速度、加速度、回复力等均做周期性变化(一个完整正弦单元曲线 “正弦波”),对称性(略);振动方向: 在振动图象中, 沿时间轴看,为“上坡上,下坡下”; 振动快慢,看一段时间内完 整“正弦波”的多少。 单摆受力特征 其中(),.sinkxxlmgmgF10.lmgk 运动特征 单摆周期 xlggasin.22gl kmT附:等效单摆的周期其中,分别为等效摆长、视重加速度。,2/ / glT/gl 、2 / 24能量特征 ,即机械能守恒。0E 受迫振动与共振 受迫振动特征 ,其中,分别为驱动频率、迫动频率。pqffpqff 、共振条件和效果 其中 为固有频率。 ,gpff.ma
3、xAA gf二、精选习题二、精选习题选择题(每小题选择题(每小题 5 5 分,共分,共 5050 分)分)(1717 北京北京) )某弹簧振子沿某弹簧振子沿 x x 轴的简谐运动图象如图轴的简谐运动图象如图-1-1 所示,所示,下列描述正确的是下列描述正确的是( ( ) )At=1 s 时,振子的速度为零,加速度为负的最大值Bt=2 s 时,振子的速度为负,加速度为正的最大值Ct=3 s 时,振子的速度为负的最大值,加速度为零Dt=4 s 时,振子的速度为正,加速度为负的最大值(1616 北京)如图北京)如图-2-2 所示,弹簧振子在所示,弹簧振子在 M M、N N 之间做简谐运动。之间做简谐
4、运动。以平衡位置以平衡位置 O O 为原点,建立为原点,建立 O O x x 轴。向右为轴。向右为 x x 的轴的正方向。若振的轴的正方向。若振子位于子位于 N N 点时开始计时,则其振动图像为点时开始计时,则其振动图像为( ( ) )3.3.(1616 海南)下列说法正确的是海南)下列说法正确的是( ( ) )A在同一地点,单摆做简谐振动的周期的平方与其摆长成正比B弹簧振子做简谐振动时,振动系统的势能与动能之和保持不变C在同一地点,当摆长不变时,摆球质量越大,单摆做简谐振动的周期越小3 / 24D系统做稳定的受迫振动时,系统振动的频率等于周期性驱动力的频率E.已知弹簧振子初始时刻的位置及其振
5、动周期,就可知振子在任意时刻运动速度的方向4.4.(1515 山东)如图山东)如图-3-3,轻弹簧上端固定,下端连接一小物块,轻弹簧上端固定,下端连接一小物块,物块沿竖直方向做简谐运动。以竖直向上为正方向,物块简谐运动物块沿竖直方向做简谐运动。以竖直向上为正方向,物块简谐运动的表达式为的表达式为 y=0.1sin(2.5t)my=0.1sin(2.5t)m。t=0t=0 时刻,一小球从距物块时刻,一小球从距物块 h h 高处高处自由落下;自由落下;t=0.6st=0.6s 时,小球恰好与物块处于同一高度。取重力加速时,小球恰好与物块处于同一高度。取重力加速度的大小为度的大小为 g=10m/s2
6、.g=10m/s2.以下判断正确的是(以下判断正确的是( )a. h=1.7m b. 简谐运动的周期是0.8s c. 0.6s 内物块运动的路程是 0.2m d. t=0.4s 时,物块与小球运动方向相反5.5. (1414 成都)做简谐运动的弹簧振子,每次通过平衡位置与成都)做简谐运动的弹簧振子,每次通过平衡位置与最大位移处之间的某点时,下列哪组物理量完全相同(最大位移处之间的某点时,下列哪组物理量完全相同( )A 回复力、加速度、速度 B 回复力、加速度、动能C 回复力、速度、弹性势能D 加速度、速度、机械能6.6.(1414 浙江)一位游客在千岛湖边欲乘坐游船,当日风浪较大,浙江)一位游
7、客在千岛湖边欲乘坐游船,当日风浪较大,游船上下浮动可把游船浮动简化成竖直方向的简谐运动,振幅为游船上下浮动可把游船浮动简化成竖直方向的简谐运动,振幅为2020 cmcm,周期为,周期为 3.03.0 s s当船上升到最高点时,甲板刚好与码头地面当船上升到最高点时,甲板刚好与码头地面图图-5图-6图-7图4 / 24平齐地面与甲板的高度差不超过平齐地面与甲板的高度差不超过 1010 cmcm 时,游客能舒服地登时,游客能舒服地登船在一个周期内,游客能舒服登船的时间是船在一个周期内,游客能舒服登船的时间是( ( ) )A0.5 s B0.75 s C1.0 s D1.5 s7.7.(1414 安徽
8、)在科学研究中,科学家常将未知现象同已知现象安徽)在科学研究中,科学家常将未知现象同已知现象进行比较,找出其共同点,进一步推测未知现象的特性和规律。法进行比较,找出其共同点,进一步推测未知现象的特性和规律。法国物理学家库伦在研究异种电荷的吸引力问题时,曾将扭秤的振动国物理学家库伦在研究异种电荷的吸引力问题时,曾将扭秤的振动周期与电荷间距离的关系类比单摆的振动周期与摆球到地心距离的周期与电荷间距离的关系类比单摆的振动周期与摆球到地心距离的关系。已知单摆摆长为关系。已知单摆摆长为 l l,引力常量为,引力常量为 G G,地球质量为,地球质量为 M M,摆球到地,摆球到地心的距离为心的距离为 r r
9、,则单摆振动周期,则单摆振动周期 T T 与距离与距离 r r 的关系式为(的关系式为( )A. B. C. D. lGMrT2GMlrT2lGM rT2GMrlT2(13(13 江苏江苏) )如图如图-4-4 所示的装置所示的装置, ,弹簧振子的固有频率是弹簧振子的固有频率是 4Hz4Hz。现匀速转动把手现匀速转动把手, ,给弹簧振子以周期性的驱动力给弹簧振子以周期性的驱动力, ,测得弹簧振子振动测得弹簧振子振动达到稳定时的频率为达到稳定时的频率为 1 1 Hz,Hz,则把手转动的频率为则把手转动的频率为 ( ( ) ) A.1 Hz B.3 Hz C.4 Hz D.5 Hz9.(139.(
10、13 上海上海) )做简谐振动的物体做简谐振动的物体, ,当它每次经过同一位置时当它每次经过同一位置时, ,可能可能不同的物理量是不同的物理量是 ( ( ) )A.位移 B.速度 C.加速度 D.回复力10.(1510.(15 日照)日照)(1)(1)一质点做简谐运动的图象如图一质点做简谐运动的图象如图-5-5 所示,下列所示,下列说法正确的是说法正确的是( ( ) )5 / 24A质点的振动频率是 4 Hz B在 10 s 内质点经过的路程是 20 cmC第 4 s 质点的加速度为零,速度最大D在t=l s 和 t=3 s 两时刻,质点的位移大小相等、方向相同填空题(共填空题(共 2727
11、分)分)11.(1411.(14 江苏江苏) )(4 4 分)在分)在“探究单摆的周期与摆长的关系探究单摆的周期与摆长的关系”实验实验中中, ,某同学准备好相关实验器材后某同学准备好相关实验器材后, ,把单摆从平衡位置拉开一个很小把单摆从平衡位置拉开一个很小的角度后释放的角度后释放, ,同时按下秒表开始计时同时按下秒表开始计时, ,当单摆再次回到释放位置时当单摆再次回到释放位置时停止计时停止计时, ,将记录的这段时间作为单摆的周期。以上操作中有不妥之将记录的这段时间作为单摆的周期。以上操作中有不妥之处处, ,请对其中两处加以改正。请对其中两处加以改正。12.12. (15(15 天津天津) )
12、(5 5 分)某同学利用单摆测量重力加速度。为了分)某同学利用单摆测量重力加速度。为了使测量误差尽量小,下列说法正确的是使测量误差尽量小,下列说法正确的是 A组装单摆须选用密度和直径都较小的摆球B组装单摆须选用轻且不易伸长的细线C实验时须使摆球在同一竖直面内摆动D摆长一定的情况下摆的振幅尽量大如图-6 所示,在物理支架的竖直立柱上固定有摆长约 1m 的单 2摆。实验时,由于仅有量程为 20 cm、精度为 1mm 的钢板刻度尺于是他先使摆球自然下垂在竖直立柱上与摆球最下端处于同一水平面的位置做一标记点,测出单摆的周期 T1;然后保持悬点位6 / 24置不变,设法将摆长缩短一些再次使摆球自然下垂用
13、同样方法在竖直立柱上做另一标记点,并测出单摆的周期 T2 ;最后用钢板刻度尺量出竖直立柱上两标记点之间的距离L。用上述测量结果,写出重力加速度的表达式 g = 。13.13. (15(15 北京北京) )(1010 分)用单摆测定重力加速度的实验如图分)用单摆测定重力加速度的实验如图-7-7所示。所示。组装单摆时,应在下列器材中选用( )(选填选项前的字母)。A.长度为 1m 左右的细线B.长度为 30cm 左右的细线C.直径为 1.8cm 的塑料球D.直径为 1.8cm 的铁球测出悬点 O 到小球球心的距离(摆长)L 及单摆完成 n 次全振动所用的时间 t。则重力加速度 g=_.(用 L,n
14、,t 表示)下表是某同学记录的 3 组实验数据,并做了部分计算处理。组次1 12 23 3 摆长 L/cm 80.00 90.00 100.00 50 次全振动时间 t/s90.0 95.5 100.5振动周期 T/s 1.80 1.91 重力加速度 g/(ms-2)9.749.73请计算出第 3 组实验中的 T= s, g= m/s2用多组实验数据做出 T2-L 图像,也可以求出重力加速度 7 / 24g,已知三位同学做出的 T2-L 图线的示意图如图-8 中的 a,b,c 所示,其中 a 和 b 平行,b 和 c 都过原点,图线 b 对应的 g 值最接近当地重力加速度的值。则相对于图线 b
15、,下列分析正确的是(选填选项前的字母)( )A.出现图线 a 的原因可能是误将悬点到小球下端的距离记为摆长 LB.出现图线 c 的原因可能是误将 49 次全振动记为 50 次C.图线 c 对应的 g 值小于图线 b 对应的 g 值某同学在家里测重力加速度。他找到细线和铁锁,制成一个单摆,如图-9 所示,由于家里只有一根量程为 30cm 的刻度尺,于是他在细线上的 A 点做了一个标 记,使得选点 O 到 A 点间的细线长度小于刻度尺量程。保持该标记以下的细线长度不变,通过改变 O、A 间细线长度以改变摆长。实验中,当 O、A 间细线的长度分别为 l1、l2 时,测得相应单摆的周期为 T1、T2,
16、由此可得重力加速度 g= (用 l1、l2、T1、T2 表示)14.14. (14(14 上海上海) )(8 8 分)某小组在做分)某小组在做“用单摆测定重力加速度用单摆测定重力加速度”实验后实验后, ,为进一步探究为进一步探究, ,将单摆的轻质细线改为刚性重杆。通过查资将单摆的轻质细线改为刚性重杆。通过查资料得知料得知, ,这样做成的这样做成的“复摆复摆”做简谐运动的周期做简谐运动的周期, ,式中式中 IcIc 为由该摆决为由该摆决定的常量定的常量,m,m 为摆的质量为摆的质量,g,g 为重力加速度为重力加速度,r,r 为转轴到重心为转轴到重心 C C 的距离。的距离。如图如图-10-10
17、甲甲, ,实验时在杆上不同位置打上多个小孔实验时在杆上不同位置打上多个小孔, ,将其中一个小孔将其中一个小孔穿在光滑水平轴穿在光滑水平轴 O O 上上, ,使杆做简谐运动使杆做简谐运动, ,测量并记录测量并记录 r r 和相应的运动和相应的运动周期周期 T;T;然后将不同位置的孔穿在轴上重复实验然后将不同位置的孔穿在轴上重复实验, ,实验数据见表实验数据见表, ,并测并测8 / 24得摆的质量得摆的质量 m=0.50kgm=0.50kg。2 2cImrTmgrr/m0.450.400.350.300.250.20T/s2.112.142.202.302.432.64(1)由实验数据得出图乙所示
18、的拟合直线,图中纵轴表示 。(2)Ic 的国际单位为 ,由拟合直线得到 Ic 的值为 (保留到小数点后二位)。(3)若摆的质量测量值偏大,重力加速度 g 的测量值 (选填“偏大”“偏小”或“不变”)。计算题(共计算题(共 4343 分)分)15.15. (13(13 山东山东) )(5 5 分)如图分)如图-11-11 所示所示, ,在某一均匀介质中在某一均匀介质中,A,A、B B是振动情况完全相同的两个波源是振动情况完全相同的两个波源, ,其简谐运动表达式均为其简谐运动表达式均为x=0.1sin(20t)m,x=0.1sin(20t)m,介质中介质中 P P 点与点与 A A、B B 两波源
19、间的距离分别为两波源间的距离分别为 4m4m和和 5 5 m,m,两波源形成的简谐横波分别沿两波源形成的简谐横波分别沿 APAP、BPBP 方向传播方向传播, ,波速都是波速都是10m/s10m/s。求简谐横波的波长_。P 点的振动 (选填“加强”或“减弱”)。16.16.(1414 贵州联考)贵州联考) (8 8 分)如图分)如图-12-12 所示,质量所示,质量 M M0.50.5 kgkg 的的框架框架 B B 放在水平地面上劲度系数放在水平地面上劲度系数 k k100100 N/mN/m 的轻弹簧竖直放在框的轻弹簧竖直放在框架架 B B 中,轻弹簧的上端和质量中,轻弹簧的上端和质量 m
20、 m0.20.2 kgkg 的物体的物体 C C 连在一起,轻弹连在一起,轻弹簧的下端连在框架簧的下端连在框架 B B 的底部,物体的底部,物体 C C 在轻弹簧的上方静止不动现在轻弹簧的上方静止不动现将物体将物体 C C 竖直向下缓慢压下距离竖直向下缓慢压下距离 x x0.030.03 m m 后释放,物体后释放,物体 C C 就在框就在框9 / 24架架 B B 中沿竖直方向做简谐运动在运动的过程中,框架中沿竖直方向做简谐运动在运动的过程中,框架 B B 始终不离始终不离开地面,物体开地面,物体 C C 始终不碰撞框架始终不碰撞框架 B B 的顶部,已知重力加速度的顶部,已知重力加速度 g
21、 g 取取 1010 m/s2.m/s2.求当物体求当物体 C C 运动到最低点时,物体运动到最低点时,物体 C C 的加速度和此时物体的加速度和此时物体 B B 对对地面的压力地面的压力17.17.(1414 武汉二中)(武汉二中)(1010 分)如图分)如图-13-13 所示为一弹簧振子的振所示为一弹簧振子的振动图象,试完成以下问题:动图象,试完成以下问题:写出该振子简谐运动的表达式在第 2 s 末到第 3 s 末这段时间内,弹簧振子的加速度、速度、动能和弹性势能各是怎样变化的?该振子在前 100 s 的总位移是多少?路程是多少?18.18.(1313 安徽安徽) )(2020 分)如图分
22、)如图-14-14 所示所示, ,质量为质量为 M M、倾角为、倾角为 的的斜面体斜面体( (斜面光滑且足够长斜面光滑且足够长) )放在粗糙的水平地面上放在粗糙的水平地面上, ,底部与地面的动底部与地面的动摩擦因数为摩擦因数为 ,斜面顶端与劲度系数为斜面顶端与劲度系数为 k k、自然长度为、自然长度为 L L 的轻质弹簧的轻质弹簧相连相连, ,弹簧的另一端连接着质量为弹簧的另一端连接着质量为 m m 的物块。压缩弹簧使其长度为时的物块。压缩弹簧使其长度为时将物块由静止开始释放将物块由静止开始释放, ,且物块在以后的运动中且物块在以后的运动中, ,斜面体始终处于静斜面体始终处于静止状态。重力加速
23、度为止状态。重力加速度为 g g。 3 4L(1)求物块处于平衡位置时弹簧的长度;(2)选物块的平衡位置为坐标原点,沿斜面向下为正方向建立坐标轴,用 x 表示物块相对于平衡位置的位移,证明物块做简谐运动;(3)求弹簧的最大伸长量;(4)为使斜面体始终处于静止状态,动摩擦因数 应满足什么条件(假设滑动摩擦力等于最大静摩擦力)?10 / 24( (四四) )选做题选做题19.19.(1414 上海联考)一个做简谐振动的弹簧振子,周期为上海联考)一个做简谐振动的弹簧振子,周期为 T T,振,振幅为幅为 A A,已知振子从平衡位置第一次运动到,已知振子从平衡位置第一次运动到 x x处所用的最短时间为处
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