2024高考物理一輪復(fù)習(xí)第14章機械振動機械波第1講機械振動課時作業(yè)含解析新人教版

PAGE9-第1講機械振動時間：45分鐘滿分：100分一、選擇題(本題共11小題，每小題6分，共66分。其中1～3題為單選，4～11題為多選)1．(2024·上海楊浦高三下學(xué)期調(diào)研)一彈簧振子做簡諧運動，下列說法正確的是()A．若位移為負(fù)值，則速度肯定為正值，加速度也肯定為正值B．振子通過平衡位置時，速度為零，加速度最大C．振子每次通過平衡位置時，加速度相同，速度也相同D．振子每次通過同一位置時，其速度不肯定相同，但加速度肯定相同答案D解析彈簧振子做簡諧運動時，加速度方向與位移方向總是相反，若位移為負(fù)值，加速度肯定為正值，而速度可能為正值，也可能為負(fù)值，故A錯誤。振子每次通過平衡位置時，加速度為零，由于速度有兩種方向，所以速度大小相同，方向可能不同，故B、C錯誤。振子每次通過同一位置時，位移相同，回復(fù)力相同，加速度肯定相同，速度大小相同，方向可能不同，故D正確。2．下列說法正確的是()A．做簡諧運動的物體，當(dāng)速度為正時，位移肯定為負(fù)，加速度肯定為正B．在受迫振動中，物體振動的頻率不肯定等于驅(qū)動力的頻率C．?dāng)[鐘偏快時可增加擺進步行校準(zhǔn)D．做簡諧運動的物體，其振動能量與振動的頻率有關(guān)答案C解析做簡諧運動的物體，當(dāng)速度為正時，位移可能為正，也可能為負(fù)，加速度可能為正，也可能為負(fù)，A錯誤；物體做受迫振動時，物體振動的頻率等于驅(qū)動力的頻率，故B錯誤；擺鐘偏快時，周期偏小，依據(jù)T＝2πeq\r(\f(L,g))可知，可增加擺進步行校準(zhǔn)，C正確；做簡諧運動的物體，其振動能量與振動的振幅有關(guān)，與頻率無關(guān)，D錯誤。3．(2024·北京東城二模)如圖，細(xì)繩一端固定于懸掛點O，另一端系一小球。在懸掛點正下方A點處釘一個釘子。小球從B點由靜止釋放，擺到最低點C的時間為t1，從C點向右擺到最高點的時間為t2。搖擺過程中，假如擺角始終小于5°，不計空氣阻力。下列說法正確的是()A．t1＝t2，擺線碰釘子的瞬間，小球的速率變小B．t1>t2，擺線碰釘子的瞬間，小球的速率變小C．t1>t2，擺線碰釘子的瞬間，小球的速率不變D．t1＝t2，擺線碰釘子的瞬間，小球的速率不變答案C解析因擺角始終小于5°，則小球在釘子兩邊搖擺時均可看做單擺，因為在左側(cè)搖擺時擺長較長，依據(jù)T＝2πeq\r(\f(L,g))可知周期較大，因擺球在釘子兩邊搖擺的時間t1、t2均為對應(yīng)擺周期的eq\f(1,4)，可知t1＝eq\f(1,4)T左>eq\f(1,4)T右＝t2；擺線碰釘子的瞬間，由于水平方向受力為零，可知小球的速率不變。故選C。4．如圖甲所示的彈簧振子(以O(shè)點為平衡位置在B、C間振動)，取水平向右的方向為振子離開平衡位置的位移的正方向，得到如圖乙所示的振動曲線，由曲線所給的信息可知，下列說法正確的是()A．t＝0時，振子處在B位置B．振子運動的周期為4sC．t＝4s時振子對平衡位置的位移為10cmD．t＝2.5s時振子對平衡位置的位移為5cmE．假如振子的質(zhì)量為0.5kg，彈簧的勁度系數(shù)為20N/cm，則振子的最大加速度大小為400m/s2答案ABE解析由圖乙可知，振子做簡諧振動的振幅為10cm，其周期T＝4s，t＝0和t＝4s時，振子在負(fù)的最大位移處，即圖甲中的B位置，由于振子做變速運動，故t＝2.5s時，振子的位移應(yīng)大于5cm，故A、B正確，C、D錯誤；由a＝－eq\f(kx,m)可知，振子的最大加速度大小為400m/s2，E正確。5．一彈簧振子沿x軸振動，振幅為4cm，振子的平衡位置位于x軸上的O點。圖甲上的a、b、c、d為四個不同的振動狀態(tài)；黑點表示振子的位置，黑點上的箭頭表示運動的方向，圖乙給出的①②③④四條振動圖線，可用于表示振子的振動圖象的是()A．若規(guī)定狀態(tài)a時t＝0，則圖象為①B．若規(guī)定狀態(tài)b時t＝0，則圖象為②C．若規(guī)定狀態(tài)c時t＝0，則圖象為③D．若規(guī)定狀態(tài)d時t＝0，則圖象為④答案AD解析振子在狀態(tài)a時t＝0，此時的位移為3cm，且向x軸正方向運動，故A正確；振子在狀態(tài)b時t＝0，此時的位移為2cm，且向x軸負(fù)方向運動，B錯誤；振子在狀態(tài)c時t＝0，此時的位移為－2cm，C錯誤；振子在狀態(tài)d時t＝0，此時的位移為－4cm，速度為零，故D正確。6．(2024·江西九校重點中學(xué)協(xié)作體高三第一次聯(lián)考)甲、乙兩位同學(xué)利用假期分別在兩個地方做“用單擺測重力加速度的試驗”，回來后共同繪制了T2L圖象，如圖甲中A、B所示，此外甲同學(xué)還順便利用其試驗的單擺探究了受迫振動，并繪制了單擺的共振曲線，如圖乙所示，那么下列說法中正確的是()A．單擺的固有周期由擺長和所處環(huán)境的重力加速度共同確定B．由圖甲分析可知A圖象所對應(yīng)的試驗地點重力加速度較大C．若將單擺放入繞地穩(wěn)定飛行的宇宙飛船中，則無法利用單擺測出飛船軌道處的引力加速度D．由圖乙可知，甲同學(xué)探究受迫振動的單擺擺長為8cmE．假如甲同學(xué)增大擺長，他得到的共振曲線的峰值將向左移動答案ACE解析單擺的固有周期公式為T＝2πeq\r(\f(L,g))，L為擺長，g為當(dāng)?shù)刂亓铀俣?，故A正確；依據(jù)T＝2πeq\r(\f(L,g))得：T2＝eq\f(4π2L,g)，所以T2L圖象的斜率k＝eq\f(4π2,g)，圖甲中A圖象的斜率大于B圖象的斜率，故A圖象對應(yīng)的重力加速度較小，故B錯誤；若將單擺放入繞地穩(wěn)定飛行的宇宙飛船中，單擺小球處于完全失重狀態(tài)，只受重力，不能在豎直平面內(nèi)來回?fù)u擺，故C正確；由圖乙可知，當(dāng)驅(qū)動力的頻率為0.5Hz時，擺球發(fā)生共振，故系統(tǒng)的固有頻率為0.5Hz，固有周期T＝eq\f(1,0.5)s＝2s，依據(jù)T＝2πeq\r(\f(L,g))，解得擺長L＝1m，故D錯誤；依據(jù)T＝2πeq\r(\f(L,g))，若在同一地點增長擺長，則單擺固有周期變大，固有頻率變小，則發(fā)生共振時的驅(qū)動力頻率變小，共振峰向左移動，故E正確。7．(2024·安徽模擬)如圖所示為同一地點的兩個單擺甲、乙的振動圖象，下列說法正確的是()A．甲、乙兩單擺的擺長相等B．甲擺的振幅比乙擺的大C．甲擺的機械能比乙擺的大D．在t＝0.5s時有正向最大加速度的是乙擺E．由圖象可以求出當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣却鸢窤BD解析由題圖可知，兩單擺的周期相同，同一地點重力加速度g相同，由單擺的周期公式T＝2πeq\r(\f(l,g))得知，甲、乙兩單擺的擺長相等，A正確；甲擺的振幅為10cm，乙擺的振幅為7cm，則甲擺的振幅比乙擺大，B正確；盡管甲擺的振幅比乙擺大，兩擺的擺長相等，但由于兩擺的擺球質(zhì)量未知，故無法比較機械能的大小，C錯誤；在t＝0.5s時，甲擺經(jīng)過平衡位置，振動的加速度為零，而乙擺的位移為負(fù)的最大，則乙擺具有正向最大加速度，D正確；由單擺的周期公式T＝2πeq\r(\f(l,g))得g＝eq\f(4π2l,T2)，由于不知道單擺的擺長，所以不能求得重力加速度，E錯誤。8．在“用單擺測定當(dāng)?shù)刂亓铀俣取钡脑囼炛校铝凶龇ㄕ_的是()A．應(yīng)選擇伸縮性小、盡可能長的細(xì)線做擺線B．用刻度尺測出細(xì)線的長度并記為擺長lC．在小偏角下讓小球在豎直面內(nèi)搖擺D．測量擺球周期時，應(yīng)選擇擺球經(jīng)最低點時起先計時，測量50次全振動的時間t，則單擺的周期T＝eq\f(t,49)E．多次變更擺線的長度l，測量對應(yīng)的周期T，作T2－l圖象，得到圖象的斜率值約為4答案ACE解析單擺的懸點到小球重心的距離為擺長，并非只是擺線的長度，B錯誤；單擺的周期等于一次全振動所用時間，即T＝eq\f(t,50)，D錯誤；由T＝2πeq\r(\f(l,g))可得，T2＝eq\f(4π2,g)·l，故T2l圖象斜率約為4，E正確；A、C說法正確。9．(2024·唐山模擬)關(guān)于受迫振動和共振，下列說法正確的是()A．火車過橋時限制速度是為了防止火車發(fā)生共振B．若驅(qū)動力的頻率為5Hz，則受迫振動穩(wěn)定后的振動頻率肯定為5HzC．當(dāng)驅(qū)動力的頻率等于系統(tǒng)的固有頻率時，受迫振動的振幅最大D．一個受迫振動系統(tǒng)在非共振狀態(tài)時，同一振幅對應(yīng)的驅(qū)動力頻率肯定有兩個E．受迫振動系統(tǒng)的機械能守恒答案BCD解析火車過橋時限制速度是為了防止橋發(fā)生共振，A錯誤；對于一個受迫振動系統(tǒng)，若驅(qū)動力的頻率為5Hz，則振動系統(tǒng)穩(wěn)定后的振動頻率也肯定為5Hz，B正確；由共振的定義可知，C正確；由共振曲線可知，D正確；受迫振動系統(tǒng)，驅(qū)動力做功，系統(tǒng)的機械能不守恒，E錯誤。10.如圖所示，甲、乙兩木塊疊放在光滑水平面上，質(zhì)量分別為m和M，甲木塊與乙木塊之間的最大靜摩擦力為fm，乙木塊與勁度系數(shù)為k的輕質(zhì)彈簧連接構(gòu)成彈簧振子，為使甲木塊和乙木塊在振動過程中不發(fā)生相對滑動，則()A．它們的振幅不能大于A＝eq\f((M＋m)fm,kM)B．它們的振幅不能大于A＝eq\f((M＋m)fm,km)C．它們的最大加速度不能大于eq\f(fm,M)D．它們的最大加速度不能大于eq\f(fm,m)答案BD解析當(dāng)甲木塊和乙木塊在振動過程中恰好不發(fā)生相對滑動時，甲、乙兩木塊間靜摩擦力在最大位移處達到最大。依據(jù)牛頓其次定律，以甲木塊為探討對象，最大加速度a＝eq\f(fm,m)，C錯誤，D正確；以甲、乙兩木塊整體為探討對象，kA＝(M＋m)a，代入a＝eq\f(fm,m)得，A＝eq\f((M＋m)fm,km)，A錯誤，B正確。11．(2024·山東高考)如圖，輕彈簧上端固定，下端連接一小物塊，物塊沿豎直方向做簡諧運動。以豎直向上為正方向，物塊簡諧運動的表達式為y＝0.1sin(2.5πt)m。t＝0時刻，一小球從距物塊h高處自由落下；t＝0.6s時，小球恰好與物塊處于同一高度。取重力加速度的大小g＝10m/s2。以下推斷正確的是()A．h＝1.7mB．簡諧運動的周期是0.8sC．0.6s內(nèi)物塊運動的路程是0.2mD．t＝0.4s時，物塊與小球運動方向相反答案AB解析由小物塊的運動方程可知，eq\f(2π,T)＝2.5π，T＝0.8s，故B正確。0.6s內(nèi)物塊運動了eq\f(3,4)個周期，故路程應(yīng)為0.3m，C錯誤。t＝0.4s時物塊運動了半個周期，正向下運動，與小球運動方向相同，故D錯誤。t＝0.6s時，物塊的位移y＝－0.1m，小球下落距離H＝eq\f(1,2)gt2＝1.8m，由題圖可知，h＝H＋y＝1.7m，故A正確。二、非選擇題(本題共3小題，共34分)12．(10分)(2024·天津高考)某同學(xué)利用單擺測量重力加速度。(1)為了使測量誤差盡量小，下列說法正確的是________。A．組裝單擺須選用密度和直徑都較小的擺球B．組裝單擺須選用輕且不易伸長的細(xì)線C．試驗時須使擺球在同一豎直面內(nèi)搖擺D．?dāng)[長肯定的狀況下，擺的振幅盡量大(2)如圖所示，在物理支架的豎直立柱上固定有擺長約1m的單擺。試驗時，由于僅有量程為20cm、精度為1mm的鋼板刻度尺，于是他先使擺球自然下垂，在豎直立柱上與擺球最下端處于同一水平面的位置做一標(biāo)記點，測出單擺的周期T1；然后保持懸點位置不變，設(shè)法將擺長縮短一些，再次使擺球自然下垂，用同樣方法在豎直立柱上做另一標(biāo)記點，并測出單擺的周期T2；最終用鋼板刻度尺量出豎直立柱上的兩標(biāo)記點之間的距離ΔL。用上述測量結(jié)果，寫出重力加速度的表達式g＝________。答案(1)BC(2)eq\f(4π2ΔL,T\o\al(2,1)－T\o\al(2,2))解析(1)為了減小試驗誤差，應(yīng)選用密度大、體積小的擺球，A項錯誤；擺線應(yīng)選用不易伸縮的輕線，B項正確；試驗時擺球應(yīng)在同一豎直面內(nèi)搖擺，而不能做成圓錐擺，C項正確；擺長肯定的狀況下，擺角不能超過5度，因此擺的振幅不能過大，D項錯誤。(2)由單擺周期公式得T1＝2πeq\r(\f(L,g))，T2＝2πeq\r(\f(L－ΔL,g))，解得g＝eq\f(4π2ΔL,T\o\al(2,1)－T\o\al(2,2))。13．(12分)(2024·武漢三模)地心隧道是依據(jù)凡爾納的《地心游記》所設(shè)想出的一條假想隧道，它是一條穿過地心的筆直隧道，如圖所示。假設(shè)地球的半徑為R，質(zhì)量分布勻稱，地球表面的重力加速度為g。已知勻稱球殼對殼內(nèi)物體引力為零。(1)不計阻力，若將物體從隧道口靜止釋放，試證明物體在地心隧道中的運動為簡諧運動；(2)理論表明：做簡諧運動的物體的周期T＝2πeq\r(\f(m,k))，其中，m為振子的質(zhì)量，物體的回復(fù)力為F＝－kx，求物體從隧道一端靜止釋放后到達另一端須要的時間t(地球半徑R＝6400km，地球表面的重力加速度為g＝10m/s2)。答案(1)證明見解析(2)41.9min解析(1)物體在地表時重力近似等于萬有引力，有：eq\f(GMm,R2)＝mgM＝ρeq\f(4,3)πR3以地心為位移起點，設(shè)某時刻物體的位移為x，則半徑為|x|的球的質(zhì)量M′＝ρ·eq\f(4,3)π·|x|3，由于勻稱球殼對殼內(nèi)物體引力為零，則此時物體所受引力(與x反向)F＝－Geq\f(mM′,x2)聯(lián)立可得：F＝－eq\f(mg,R)x，eq\f(mg,R)為常數(shù)，即該物體的運動為簡諧運動。(2)由F＝－kx，F(xiàn)＝－eq\f(mg,R)x，得k＝eq\f(mg,R)，代入T＝2πeq\r(\f(m,k))得，該物體做簡諧運動的周期為：T＝2πeq\r(\f(R,g))物體從隧道口一端靜止釋放后到達另一端所用的時間為半個周期，則有：t＝eq\f(T,2)＝πeq\r(\f(R,g))地球半徑R＝6400km＝6.4×106m，地表重力加速度為g＝10m/s2，π＝代入數(shù)據(jù)可得：t＝2512s＝41.9min。14．(12分)(2024·吉林模擬)如圖所示，ACB為光滑弧形槽，弧形槽半徑為R，C為弧形