2019-2020年物理粵教版選修3-4課后集訓(xùn)：第一章第二節(jié)簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的力和能量特征-Word版含解析

1、2019-2020年物理粵教版選修3-4課后集訓(xùn)：第一章第二節(jié)簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的力和能量特征 Word版含解析基礎(chǔ)過(guò)關(guān)1.彈簧振子在光滑水平面上做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)，在振子向平衡位置運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中( )A.振子所受的彈力逐漸增大 B.振子的位移逐漸增大C.振子的速度逐漸減小 D.振子的加速度逐漸減小解析：振子的位移指由平衡位置指向振動(dòng)物體所在位置的有向線段，因而向平衡位置運(yùn)動(dòng)時(shí)位移逐漸減??；而彈力與位移成正比，故回復(fù)力也減??；由牛頓第二定律a=F/m可知，加速度也減??；物體向著平衡位置運(yùn)動(dòng)時(shí)，回復(fù)力與速度方向一致，故物體的速度逐漸增大.答案：D2.如圖1-2-3所示為一彈簧振子，O為平衡位置，在A、A間做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)

2、，下列說(shuō)法正確的是( )圖1-2-3A.振子在通過(guò)O點(diǎn)時(shí)，加速度方向發(fā)生改變B.振子在A、A兩點(diǎn)動(dòng)能和加速度都為0C.振子離開(kāi)平衡位置向A運(yùn)動(dòng)，其動(dòng)能減少，彈簧彈性勢(shì)能也減少D.回復(fù)力的方向總是跟物體的位移方向相反解析：O是彈簧振子做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的平衡位置，振子的位移方向總是背離平衡位置，回復(fù)力方向、加速度方向始終指向平衡位置，故振子在通過(guò)O點(diǎn)時(shí)，加速度方向發(fā)生改變，回復(fù)力的方向總是跟物體的位移方向相反，A、D對(duì).A、A兩點(diǎn)是振動(dòng)最大位移處，此處回復(fù)力、加速度最大，B錯(cuò).振子在離開(kāi)平衡位置向A運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中，速度減小，動(dòng)能減少，彈簧彈性勢(shì)能增加，故C錯(cuò).答案：AD3.如圖1-2-4所示，一彈簧振子在

3、A、B間做間諧運(yùn)動(dòng)，平衡位置為O，已知振子的質(zhì)量為M，若振子運(yùn)動(dòng)到B處時(shí)將一質(zhì)量為m的物體放到M的上面，且m和M無(wú)相對(duì)運(yùn)動(dòng)而一起運(yùn)動(dòng)，下述正確的是( )圖1-2-4A.振幅不變 B.振幅減小 C.最大動(dòng)能不變 D.最大動(dòng)能減少解析：當(dāng)振子運(yùn)動(dòng)到B點(diǎn)時(shí)，M的動(dòng)能為零，放上m，系統(tǒng)的總能量為彈簧所儲(chǔ)存的彈性勢(shì)能Ep，由于簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)過(guò)程中系統(tǒng)的機(jī)械能守恒，即振幅不變，故A正確.當(dāng)M和m運(yùn)動(dòng)至平衡位置O時(shí)，M和m的動(dòng)能和即為系統(tǒng)的總能量，此動(dòng)能最大，故最大動(dòng)能不變，C正確.答案：AC4.關(guān)于簡(jiǎn)諧振動(dòng)的能量，下列說(shuō)法正確的是( )A.振動(dòng)能量跟振幅無(wú)關(guān) B.動(dòng)能最大時(shí)勢(shì)能最大C.振動(dòng)中機(jī)械能守恒 D.動(dòng)能

4、最大時(shí)勢(shì)能最小解析：一個(gè)振動(dòng)系統(tǒng)的機(jī)械能由振幅的大小決定，振幅越大該系統(tǒng)的振動(dòng)能量就越大.在振動(dòng)過(guò)程中機(jī)械能守恒，平衡位置動(dòng)能最大，勢(shì)能最小由平衡位置向最大位移運(yùn)動(dòng)過(guò)程中動(dòng)能減小，勢(shì)能增加，最大位移處動(dòng)能為零，勢(shì)能最大.答案：CD5.用一細(xì)長(zhǎng)線懸一質(zhì)量為m的小球，便組成了單擺.將一個(gè)電動(dòng)傳感器接到計(jì)算機(jī)上，就可以測(cè)量快速變化的力，用這種方法測(cè)得的某單擺擺動(dòng)時(shí)懸線上拉力的大小隨時(shí)間變化的曲線如圖1-2-5所示.某同學(xué)由此圖線提供的信息做出了下列判斷：圖1-2-5t=0.2 s時(shí)擺球正經(jīng)過(guò)最低點(diǎn)t=1.1 s時(shí)擺球正經(jīng)過(guò)最低點(diǎn)擺球擺動(dòng)過(guò)程中機(jī)械能減小擺球擺動(dòng)的周期是T=1.4 s上述判斷中，正確的

5、是( )A. B. C. D.解析：根據(jù)單擺特點(diǎn)，當(dāng)擺球通過(guò)最低點(diǎn)時(shí)，懸線拉力最大，所以t=0.2 s時(shí)，擺球正經(jīng)過(guò)最低點(diǎn)，正確；t=1.1 s時(shí)擺球在最高點(diǎn)，B項(xiàng)錯(cuò)誤.當(dāng)F-t圖象可知，其周期為0.6 s，錯(cuò)誤；此單擺振動(dòng)為一阻尼運(yùn)動(dòng)所以機(jī)械能減少，正確.答案：A6.如圖1-2-6中所示，A、B兩物體組成彈簧振子，在振動(dòng)過(guò)程中，A、B始終保持相對(duì)靜止，圖乙中能正確反映振動(dòng)過(guò)程中A受摩擦力Ff與振子的位移x關(guān)系的圖線應(yīng)為( )圖1-2-6解析：A做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的回復(fù)力就是由靜摩力提供，所以Ff=-kx，故選C.答案：C7.光滑斜面上物塊A被平行于斜面的輕質(zhì)彈簧拉住靜止于O點(diǎn)，如圖1-2-7所示，現(xiàn)

6、將A沿斜面拉到B點(diǎn)無(wú)初速釋放，物體在BC范圍內(nèi)做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)，則下列說(shuō)法正確的是( )圖1-2-7A.OB越長(zhǎng)，振動(dòng)能量越大B.在振運(yùn)過(guò)程中，物體A機(jī)械能守恒C.A在C點(diǎn)時(shí)，由物體與彈簧構(gòu)成的系統(tǒng)勢(shì)能最大，在O點(diǎn)時(shí)勢(shì)能最小D.A在C點(diǎn)時(shí)，由物體與彈簧構(gòu)成的系統(tǒng)勢(shì)能最大，在B點(diǎn)時(shí)勢(shì)能最小解析：由彈簧、物體A構(gòu)成的系統(tǒng)在簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)中機(jī)械能守恒，且動(dòng)能、重力勢(shì)能、彈性勢(shì)能不斷相互轉(zhuǎn)化，在平衡位置O處動(dòng)能最大，在最大位移處勢(shì)能最大，在振動(dòng)中，振動(dòng)能量決定振幅的大小.做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的能量跟振幅有關(guān)，振幅越大機(jī)械能就越大，所以A選項(xiàng)正確；在簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)中，系統(tǒng)機(jī)械能守恒，但物體A的重力勢(shì)能與動(dòng)能總和不斷變化(因?yàn)閺椥詣?shì)

7、能在不斷變化)，A的機(jī)械能不守恒，B選項(xiàng)錯(cuò)誤；在簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)中，系統(tǒng)在最大位移處勢(shì)能最大，在平衡位置動(dòng)能最大，勢(shì)能最小，所以C選項(xiàng)正確D選項(xiàng)錯(cuò)誤.方法點(diǎn)撥：簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的過(guò)程是一個(gè)動(dòng)能和勢(shì)能(包括重力勢(shì)能和彈性勢(shì)能)不斷轉(zhuǎn)化的過(guò)程，在任意時(shí)刻動(dòng)能和勢(shì)能之和等于振動(dòng)物體總的機(jī)械能(彈簧振子應(yīng)包括彈簧的彈性勢(shì)能)，簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)過(guò)程中機(jī)械能守恒.另外，振動(dòng)的振幅越大，能量越大.機(jī)械能等于它在平衡位置時(shí)的最大動(dòng)能或等于在最大位移處的最大勢(shì)能.答案：AC綜合運(yùn)用8.如圖1-2-8所示，在一傾角為的光滑斜板上，固定著一根原長(zhǎng)為l0的輕質(zhì)彈簧，其勁度系數(shù)為k，彈簧另一端連接著質(zhì)量為m的小滑塊，此時(shí)彈簧被拉長(zhǎng)為l1，現(xiàn)把

8、滑塊沿斜板向上推至彈簧長(zhǎng)度恰好為原長(zhǎng)，然后突然釋放，求證小滑塊的運(yùn)動(dòng)為簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng).圖1-2-8證明：松手釋放，滑塊沿斜板往復(fù)運(yùn)動(dòng)振動(dòng).而振動(dòng)的平衡位置是小滑塊開(kāi)始時(shí)靜止(合外力為零)的位置，有mgsin=k(l1-l0)滑塊離開(kāi)平衡位置受力如圖1-2-9所示，滑塊受三個(gè)力作用，取沿斜面向上為正方向，當(dāng)小滑塊離開(kāi)平衡位置的位移為x時(shí)，其合力F=k(l1-l0-x)-mgsin，所以F=-kx圖1-2-9由此可證得滑塊的振動(dòng)為簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng).9.如圖1-2-10所示，豎直懸掛的輕質(zhì)彈簧下端系著A、B兩個(gè)重球質(zhì)量分別為ma=100 g,mb=500 g，系統(tǒng)靜止時(shí)彈簧伸長(zhǎng)x=15 cm,未超出彈性限度.若剪

9、斷A、B間的細(xì)繩，則A在豎直方向做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)，g取10 m/s2，求：圖1-2-10(1)A球的振幅多大？(2)A球的最大加速度多大？解析：(1)要計(jì)算振幅，先要確定A振動(dòng)時(shí)的平衡位置，平衡位置是只懸掛A時(shí)的靜止位置，設(shè)此時(shí)彈簧伸長(zhǎng)了x1.根據(jù)，得x1=2.5 cm振幅A=x-x1=12.5 cm(2)在剪斷細(xì)繩的瞬間，A受到的回復(fù)力最大，有最大的加速度am.此時(shí)回復(fù)力F=(ma+mb)g-mag=mbg=5 N，am=50 m/s2.答案：(1)12.5 cm(2)50 m/s210.在光滑水平面上有一彈簧振子，彈簧的勁度系數(shù)為k，振子質(zhì)量為M，如圖1-2-11所示，當(dāng)振子在最大位移處時(shí)把質(zhì)量為m的物體輕放在其上，已知M和m間最大靜摩擦力為mg的倍，問(wèn)物體m保持與M一起振動(dòng)的最大振幅為多少？圖1-2-11解析：因m在水平方向振動(dòng)，m隨M做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的回復(fù)力只能是M對(duì)m的摩擦力，由簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)F=-km可知，振幅越大，m做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)所需的回復(fù)力也越大，但m與M間存在著最大靜摩擦力，一旦m所需的回復(fù)力超過(guò)這個(gè)值，m和M之間就