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-新人教版高三全册物理试题.doc
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1、强化训练38 机械振动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、破解依据简谐运动(如弹簧振子)回复力 ; 加速度 ;位移、振幅(略)和周期(或频率)。 ,。能量特征 ,即机械能守恒。质点的振动规律:周期性,一个周期做一次全振动,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“
2、正弦波”的多少。单摆受力特征 其中(),运动特征 单摆周期 附:等效单摆的周期其中,分别为等效摆长、视重加速度。能量特征 ,即机械能守恒。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。共振条件和效果 其中 为固有频率。 二、精选习题选择题(每小题5分,共50分)(17北京)某弹簧振子沿x轴的简谐运动图象如图-1所示,下列描述正确的是( )图-1At=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(16北京)如图-2所示,弹簧振子在M
3、、N之间做简谐运动。以平衡位置O为原点,建立O x轴。向右为x的轴的正方向。若振子位于N点时开始计时,则其振动图像为( ) 图-23.(16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D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图E.已知弹簧振子初始时刻的位置及其振动周期,就可知振子在任意时刻运动速度的方向4.(15山东)图如图-3,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
4、谐运动的表达式为y=0.1sin(2.5t)m。t=0时刻,一小球从距物块h高处自由落下;t=0.6s时,小球恰好与物块处于同一高度。取重力加速度的大小为g=10m/s2.以下判断正确的是( )图-3a. 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图-55. (14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( )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、机械能图-6图-76.(14浙江)一位游客在千岛湖边欲乘坐游
5、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20 cm,周期为3.0 s当船上升到最高点时,甲板刚好与码头地面平齐地面与甲板的高度差不超过10 cm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()A0.5 s B0.75 s C1.0 s D1.5 s7.(14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关系。已知单摆摆长为l,引力常量为G,地球质量为M,摆球到地心的距离为r,
6、则单摆振动周期T与距离r的关系式为( )A. B. C. D. (13江苏)如图-4所示的装置,弹簧振子的固有频率是4Hz。现匀速转动把手,给弹簧振子以周期性的驱动力,测得弹簧振子振动达到稳定时的频率为1 Hz,则把手转动的频率为() 图-4A.1 HzB.3 Hz C.4 Hz D.5 Hz9.(13上海)做简谐振动的物体,当它每次经过同一位置时,可能不同的物理量是()A.位移B.速度C.加速度D.回复力10.(15日照)(1)一质点做简谐运动的图象如图-5所示,下列说法正确的是( )A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
7、t=l s和t=3 s两时刻,质点的位移大小相等、方向相同图-5填空题(共27分)11.(14江苏)(4分)在“探究单摆的周期与摆长的关系”实验中,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的角度后释放,同时按下秒表开始计时,当单摆再次回到释放位置时停止计时,将记录的这段时间作为单摆的周期。以上操作中有不妥之处,请对其中两处加以改正。 。12. (15天津)(5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 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
8、-6所示,在物理支架的竖直立柱上固定有摆长约1m的单摆。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;然后保持悬点位置不变,设法将摆长缩短一些再次使摆球自然下垂用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 = 。图-613. (15北京)(10分)用单摆测定重力加速度的实验如图-7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
9、.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,t 表示)图-7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123摆长 L/cm 80.00 90.00 100.0050 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 g,已
10、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,下列分析正确的是(选填选项前的字母)( )图-8 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
11、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,由此可得重力加速度 g= (用 l1、l2、T1、T2表示)14. (14上海)(8分)某小组在做“用单摆测定重力加速度”实验后,为进一步探究,将单摆的轻质细线改为刚性重杆。通过查资料得知,这样做成的“复摆”做简谐运动的周期,式中Ic为由该摆决定的常量,m为摆的质量,g为重力加速度,r为转轴到重心C的距离。如图-10甲,实验时在杆上不同位置打上多个小孔,将其中一个小孔穿在光滑水平轴O上,使杆做简谐运动,测量并
12、记录r和相应的运动周期T;然后将不同位置的孔穿在轴上重复实验,实验数据见表,并测得摆的质量m=0.50kg。图-10r/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43分)15. (13山东)(5分)如图-11所示,在某一均匀介质中,A、B是振动情况完全相同的两个波源,其简谐运动表达式均为x=0.1sin(20t)m,
13、介质中P点与A、B两波源间的距离分别为4m和5 m,两波源形成的简谐横波分别沿AP、BP方向传播,波速都是10m/s。求简谐横波的波长_。P点的振动(选填“加强”或“减弱”)。图-1116.(14贵州联考)(8分)如图-12所示,质量M0.5 kg的框架B放在水平地面上劲度系数k100 N/m的轻弹簧竖直放在框架B中,轻弹簧的上端和质量m0.2 kg的物体C连在一起,轻弹簧的下端连在框架B的底部,物体C在轻弹簧的上方静止不动现将物体C竖直向下缓慢压下距离x0.03 m后释放,物体C就在框架B中沿竖直方向做简谐运动在运动的过程中,框架B始终不离开地面,物体C始终不碰撞框架B的顶部,已知重力加速度
14、g取10 m/s2.求当物体C运动到最低点时,物体C的加速度和此时物体B对地面的压力图-1217.(14武汉二中)(10分)如图-13所示为一弹簧振子的振动图象,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?图-1318.(13安徽)(20分)如图-14所示,质量为M、倾角为的斜面体(斜面光滑且足够长)放在粗糙的水平地面上,底部与地面的动摩擦因数为,斜面顶端与劲度系数为k、自然长度为L的轻质弹簧相连,弹簧的另一端连接着质量为m的物块。压缩弹簧使其长度为时将物块由
15、静止开始释放,且物块在以后的运动中,斜面体始终处于静止状态。重力加速度为g。 (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)? 图-14 (四)选做题19.(14上海联考)一个做简谐振动的弹簧振子,周期为T,振幅为A,已知振子从平衡位置第一次运动到x处所用的最短时间为t1,从最大的正位移处第一次运动到x处所用的最短时间为t2,那么t1与t2的大小关系是( )At1t2
16、Bt1t2 Ct1t2 D无法判断20.(12重庆) 装有砂粒的试管竖直静浮于水面,如图-15所示将试管竖直提起少许,然后由静止释放并开始计时,在一定时间内试管在竖直方向近似做简谐运动若取竖直向上为正方向,则以下描述试管振动的图象中可能正确的是()图-1521(12北京)一个弹簧振子沿x轴做简谐运动,取平衡位置O为x轴坐标原点从某时刻开始计时,经过四分之一周期,振子具有沿x轴正方向的最大加速度能正确反映振子位移x与时间t关系的图象是()图-16 22.(15徐州)(5分)如图-17甲所示,在一条张紧的绳子上挂几个摆。当a摆振动的时候,通过张紧的绳子给其他各摆施加驱动力,使其余各摆也振动起来,此
17、时b摆的振动周期 (选填“大于”、“等于”或“小于”)d摆的周期。图乙是a摆的振动图象,重力加速度为g,则a的摆长为 。 图-1723. (15宿迁)(5分)某同学用DIS系统在实验室做“单摆的周期T与摆长L的关系”实验,通过计算机描绘出两次实验中的单摆的振动图像,由图-18可知,两次实验中单摆的频率之比= ;两单摆摆长之比 图-1824. (15扬州)(5分)一根轻绳一端系一小球,另一端固定在O点,制成单摆装置在O点有一个能测量绳的拉力大小的力传感器,让小球绕O点在竖直平面内做简谐振动,由传感器测出拉力F随时间t的变化图像如图-19所示,则小球振动的周期为 _s,此单摆的摆长为 m(重力加速
18、度g 取10m/s2,取210)图-1925.(13新课标)(5分)如图-20,一轻弹簧一端固定,另一端连接一物块构成弹簧振子,该物块是由a、b两个小物块粘在一起组成的。物块在光滑水平面上左右振动,振幅为A0,周期为T0。当物块向右通过平衡位置时,a、b之间的粘胶脱开;以后小物块a振动的振幅和周期分别为A和T,则AA0(选填“”“”“”或“=”)。图-2026.(13安徽)(5分)根据单摆周期公式,可以通过实验测量当地的重力加速度。如图-21所示,将细线的上端固定在铁架台上,下端系一小钢球,就做成了单摆。(1)用游标卡尺测量小钢球直径,示数如图2所示,读数为mm。图1 图-21 (2)以下是实
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