2023届高考物理一轮复习知识点精讲与2022高考题模考题训练专题08 力的分解与合成(含详解)

专题08 探究弹力与弹簧伸长之间的关系【总分为：110分时间：90分钟】实验题〔共10小题，每题11分〕1．在“探究弹力和弹簧伸长关系〞的实验中，某实验小组将不同数量的钩码分别挂竖直弹簧下端，进展测量，根据实验所测数据，利用描点法做出了所持钩码的重力G与弹簧总长L的关系图象，根据图象回答以下问题。

〔1〕弹簧的原长为______.〔2〕弹簧的劲度系数为______.〔3〕分析图象，总结出弹簧力F跟弹簧长度L之间的关系式为.【答案】〔1〕10cm 〔2〕 1000N/m 〔3〕F=1000L-100 〔N〕【名师点睛】此题比拟简单，结合图象考查了胡克定律的根底知识，是一道考查根底知识的好题．在研究弹簧的伸长与拉力的关系问题时，一定要特别区分“弹簧的长度〞与“弹簧的伸长〞的不同。

2．橡皮筋也像弹簧一样，在弹性限度内伸长量x与弹力F成正比，即F=kx，k的值与橡皮筋的原长L、横截面积S有关，理论与实验都证明Sk YL，其中Y是由材料决定的常数，材料力学中称之为杨氏模量〔1〕在国际单位中，杨氏模量Y 的单位应为A 、NB 、mC 、N/mD 、2N /m〔2〕某同学通过实验测得该橡皮筋的一些数据，做出了外力F 与伸长量x 之间的关系图像如下列图，由图像可求得该橡皮筋的劲度系数k =______________ N/m〔3〕假设橡皮条的原长为10.0cm ，面积为1.02mm ，如此该橡皮筋的杨氏模量Y 的大小是_________〔只填数字，单位取〔1〕中正确单位，结果保存两位有效数字〕【答案】〔1〕D 〔2〕2510/N m ⨯〔3〕725.010/N m ⨯3．某同学在“探究弹力和弹簧伸长量的关系〞时，将轻质弹簧竖直悬挂，弹簧下端挂一个小盘，在小盘中增添砝码，改变弹簧的弹力，通过旁边竖直放置的刻度尺可以读出弹簧末端指针的位置x ，实验得到了弹簧指针位置x 与小盘中砝码质量m 的图象如图2所示，取g =10m/s 2．回答如下问题．(1)某次测量如图1所示，指针指示的刻度值为cm 〔刻度尺单位为:cm 〕．(2)从图2可求得该弹簧的劲度系数为N/m 〔结果保存两位有效数字〕；(3)另一同学在做该实验时有如下做法，其中错误的答案是．A ．刻度尺零刻度未与弹簧上端对齐B．实验中未考虑小盘的重力C．读取指针指示的刻度值时，选择弹簧指针上下运动最快的位置读取D．在利用x-m图线计算弹奏的劲度系数时舍弃图中曲线局部数据．【答案】(1)18.00 (2)0.3 (3)AC【名师点睛】此题考查探究弹国和弹簧伸长之间的关系实验，要注意明确实验原理与实验中的须知事项，并正确根据图象分析实验数据．4．某物理兴趣小组的同学在研究弹簧弹力的时候，测得弹力的大小F和弹簧长度l的关系如图1所示，如此由图线可知：〔1〕弹簧的劲度系数为N/m．〔2〕为了用弹簧测定两木块A和B间的动摩擦因数μ，两位同学分别设计了如图2所示的甲、乙两种方案．①为了用某一弹簧测力计的示数表示A和B之间的滑动摩擦力的大小，你认为方案更合理．②假设A和B的重力分别为10.0N和20.0N．当A被拉动时，弹簧测力计a的示数为6.0N，b 的示数为11.0N，c的示数为4.0N，如此A和B间的动摩擦因数为．【答案】〔1〕300/N m；〔2〕①甲；②0.3【解析】〔1〕由图读出，弹簧的弹力0F=时，弹簧的长度为10L cm=，即弹簧的原长为10cm，由图读出弹力为60F N=，弹簧的长度为5L cm=，弹簧压缩的长度004020200.2x L L cm m=-=-==；由胡克定律得弹簧的劲度系数为600.2/300/k N m N mxF===。

2023高考一轮知识点精讲和最新高考题模拟题同步训练第二章相互作用专题08 力的分解与合成第一部分知识点精讲一、力的合成与分解1．合力与分力(1)定义：如果一个力产生的效果跟几个共点力共同作用产生的效果相同，这一个力就叫作那几个力的合力，原来那几个力叫作分力。

(2)关系：合力和分力是等效替代的关系。

合力与分力的关系(1)两个分力一定时，夹角θ越大，合力越小。

(2)合力一定，两等大分力的夹角越大，两分力越大。

(3)合力可以大于分力，等于分力，也可以小于分力。

2．共点力作用在物体的同一点，或作用线的延长线交于一点的力。

如下图所示均是共点力。

3．力的合成(1)定义：求几个力的合力的过程。

(2)运算法则。

①平行四边形定则：求两个互成角度的共点力的合力，可以用表示这两个力的线段为邻边作平行四边形，这两个邻边之间的对角线就表示合力的大小和方向，如图甲所示。

②三角形定则：把两个矢量首尾相连，从而求出合矢量的方法，如图乙所示。

特别提醒：首尾相连的三个力构成封闭三角形，则合力为零。

几种特殊情况的共点力的合成4．力的分解(1)定义：求一个已知力的分力的过程。

(2)运算法则：平行四边形定则或三角形定则。

(3)分解力的两种方法：效果分解法(i)根据力的实际作用效果确定两个实际分力的方向。

(ii)再根据两个分力方向画出平行四边形。

(iii)最后由三角形知识求出两个分力的大小和方向。

正交分解法：求几个力的合力时，可以先将各力进行正交分解，求出互相垂直方向的合力后合成，分解的目的是为了将矢量运算转化为代数运算，便于求合力。

(i)选取坐标轴及正方向：正交的两个方向可以任意选取，选取的一般原则是：①使尽量多的力落在坐标轴上；②平行和垂直于接触面；③平行和垂直于运动方向。

(ii)分别将各力沿正交的两个方向(x轴和y轴)分解，如图所示。

(iii)求各力在x 轴和y 轴上的分力的合力F x 和F y ，则有F x ＝F 1x＋F 2x ＋F 3x ＋…，F y ＝F 1y ＋F 2y ＋F 3y ＋…。

专题八机械振动和机械波考点1 简谐运动规律和图像描述单摆测重力加速度1.[2021江苏南京高三调研]如图所示,在一条张紧的绳子上挂四个摆,其中a、b的摆长相等.当a球垂直纸面振动时,通过张紧的绳子给b、c、d摆施加驱动力,使其余各摆做受迫振动.观察b、c、d摆的振动发现 ()A.b摆的摆角最大B.c摆的周期最小C.d摆的频率最小D.b、c、d摆的摆角相同2.[多选]关于机械波的现象及应用,下列说法正确的是 ()A.医生利用“彩超”测量病人血管内的血流速度,利用了超声波的多普勒效应B.海豚有完善的“声呐”系统,通过发射和接收超声波,可以在混浊的水中准确地确定远处小鱼的位置C.“闻其声而不见其人”说明对于细小的缝隙,声波能发生明显的干涉现象而光波不能D.向水池扔小石子产生水波,水面上的树叶上下荡漾,并没有运动到远处,说明横波中质点不随波迁移E.游泳时耳朵在水中听到的音乐的音调与在岸上听到的是一样的,说明声波从空气传入水中的过程不会发生折射现象3.[2020北京,6]一列简谐横波某时刻波形如图甲所示.由该时刻开始计时,质点L的振动情况如图乙所示.下列说法正确的是 ()A.该横波沿x轴负方向传播B.质点N该时刻向y轴负方向运动C.质点L经半个周期将沿x轴正方向移动到N点D.该时刻质点K与M的速度、加速度都相同4.[多选]在某均匀介质中建立xOy坐标系,原点处质点做简谐振动,形成的简谐波沿x轴传播,在x轴正半轴上有两个质点P、Q,P与O的距离为35 cm,此距离介于一倍波长与二倍波长之间.已知波源O自t=0时由平衡位置开始向y轴正方向振动,周期T=1 s.当波传到质点P时,波源恰好处于y轴正方向最大位移处;t=5 s时,质点Q第一次处于y轴正方向最大位移处,则下列说法正确的是()A.该简谐波是简谐横波B.t=10 s时,质点Q第二次处于y轴正方向最大位移处C.质点P、Q间的距离为1.40 mD.该简谐波的传播速度为0.28 m/s5.若物体做简谐运动,则下列说法正确的是()A.若位移为负值,则速度一定为正值,加速度也一定为正值B.物体通过平衡位置时,所受合力为零,回复力为零,处于平衡状态C.物体每次通过同一位置时,其速度一定相同,但加速度不一定相同D.物体的位移增大时,动能减少,势能增加6.[2020山西朔州模拟,多选]关于受迫振动和共振,下列说法正确的是()A.火车过桥时限制速度是为了防止火车与桥发生共振B.若驱动力的频率为5 Hz,则受迫振动系统振动频率在任何时刻都为5 HzC.当驱动力的频率等于系统的固有频率时,受迫振动的振幅最大D.受迫振动系统的机械能守恒7[2020山东,4]一列简谐横波在均匀介质中沿x轴负方向传播,已知x=λ处质点的振动方程为y=A cos(t),则t=T时刻的波形图正确的是()A BC D8.[2020全国Ⅱ,34(1),5分]用一个摆长为80.0 cm的单摆做实验,要求摆动的最大角度小于5°,则开始时将摆球拉离平衡位置的距离应不超过cm(保留1位小数).(提示:单摆被拉开小角度的情况下,所求的距离约等于摆球沿圆弧移动的路程.)某同学想设计一个新单摆,要求新单摆摆动10个周期的时间与原单摆摆动11个周期的时间相等.新单摆的摆长应该取为cm.9.[2020四川成都九校联考,10分]如图所示,ACB为光滑弧形槽,弧形槽半径为R,C为弧形槽最低点,也为中点,R≫.甲球从弧形槽的圆心处自由下落,乙球从A点由静止释放,球大小不计.(1)求两球第1次到达C点所用的时间之比.(2)若在圆弧的最低点C的正上方h处由静止释放小球甲,让其自由下落,同时将乙球从圆弧左侧由静止释放,欲使甲、乙两球在圆弧最低点C处相遇,则甲球下落的高度h是多少?考点2 机械波的形成与传播1.[2020上海,5]一列横波的波长为1.4 m,某质点从最大位移处回到平衡位置的最短时间为0.14 s,则这列波的波速为 ()A.0.4 m/sB.2.5 m/sC.5 m/sD.10 m/s2.[2021四川成都毕业班摸底 ,多选]在一根拉直的绸带两端O1和O2同时沿竖直方向抖动后停止,产生的两列简谐横波相向传播,某时刻的波形如图所示.不考虑波的反射,下列说法正确的是()A.两列波在绸带中的波速大小相等B.O1和O2振动的频率相同C.O1和O2开始振动的方向相同D.两列波引起x=6 m处的质点通过的总路程为80 cmE.在两列波叠加的区域内,振动最强的质点的横坐标为x0=0.25 m3.[多选]一列简谐横波沿x轴传播,t=0.1 s时的波形图如图甲所示,A、B为介质中的两质点.图乙为质点B的振动图像.以下判断正确的有 ()A.t=0.15 s时,B的加速度为零B.t=0.15 s时,A的速度沿y轴负方向C.t=0.25 s时,A的位移为-10 cmD.从t=0.1 s到t=0.25 s,波沿x轴负方向传播了7.5 cm4.[2021浙江杭州重点中学检测,多选]如图甲所示,在同一种均匀介质中的一条直线上, a、b 两个振源相距8 m.在t=0时刻,a、b开始振动,它们的振幅相等,且都只振动了一个周期, a、b的振动图像分别如图乙、图丙所示.若a振动形成的横波向右传播,b振动形成的横波向左传播,波速均为10 m/s,则下列说法正确的是()A.t=0.4 s时两列波相遇B.若两列波在传播过程中遇到小于1 m的障碍物,不能发生明显的衍射现象C.t=0.95 s时,b处质点的加速度为正向最大D.在两列波相遇过程中,a、b连线中点c处振动始终加强5.在某种介质中,一列沿x轴传播的简谐横波在t=0时刻的波形图如图(a)所示,此时质点A在波峰位置,质点D刚要开始振动,质点C的振动图像如图(b)所示;t=0时刻在D点有一台机械波信号接收器(图中未画出),正以 2 m/s的速度沿x轴正向匀速运动.下列说法正确的是()图(a)图(b)A.质点D的起振方向沿y轴负方向B.t=0.05 s时质点B回到平衡位置C.信号接收器接收到该机械波的频率为2 HzD.若改变振源的振动频率,则形成的机械波在该介质中的传播速度也将发生改变6.两列简谐横波a、b在同一均匀介质中沿x轴同一方向传播,t=0时刻各自的波形图如图甲所示,横波b上x=0处的质点的振动图像如图乙所示,下列说法正确的是()图甲图乙A.横波b沿x轴正方向传播B.t=0时刻横波b上x=0处的质点的位移为-5 cmC.横波a在介质中传播的速度为2 m/sD.t=13.5 s时x=1.0 m处的质点的位移为20 cm7.[2020浙江7月选考,15,多选]如图所示,x轴上-2 m、12 m处有两个振动周期均为4 s、振幅均为1 cm的相同的波源S1、S2,t=0时刻同时开始竖直向下振动,产生波长均为4 m沿x轴传播的简谐横波.P、M、Q分别是x轴上 2 m、5 m和8.5 m的三个点,下列说法正确的是()A.6.0 s时,P、M、Q三点均已振动B.8.0 s后M点的位移始终是2 cmC.10.0 s后P点的位移始终是0D.10.5 s时Q点的振动方向竖直向下8.[10分]一列简谐横波沿直线由a向b传播,图甲、图乙分别为质点a、b的振动图像,已知a、b两质点间的距离为Δx=6 m,该波波长大于3 m.求:(1)质点a的振动方程;(2)该波的波速大小.一、选择题(共2小题)1.[2021湖北武汉高三质量检测]两列波速大小相同的简谐横波在t=0时刻的波形图如图所示,此时x=2 m处的质点的振动沿y轴负方向,在t1=0.3 s时,两列波第一次完全重合,则下列说法正确的是()A.两列波的波速大小均为10 m/sB.在t2=1.1 s时,两列波的波形第二次完全重合C.x=4.5 m处的质点为振动减弱点D.x=2.5 m处的质点的位移可能为8 cm2.[2021贵州贵阳高三摸底两列频率相同、振幅分别为A1和A2的横波相遇时某一时刻的干涉示意图如图所示,实线表示波峰,虚线表示波谷,M、N两点是两列波相遇点.下列说法正确的是()A.N质点的振幅为|A1-A2|B.M质点的位移始终为A1+A2C.M质点的位移总是大于N质点的位移D.M质点的振幅一定大于N质点的振幅二．多项选择题（共6小题）3.[多选]一列简谐横波沿x轴正方向传播,波刚传到x1=5 m的质点P处时的波形如图所示,已知质点P连续两次位于波峰的时间间隔为0.2 s,质点Q位于x2=6 m处.若从图示时刻开始计时,则下列说法正确的是()A.此列波的传播速度是10 m/sB.t=0.2 s时质点Q第一次到达波谷位置C.质点Q刚开始振动的方向为沿y轴正方向D.当质点Q第一次到达波谷位置时,质点P通过的路程为15 cm4.[2021吉林长春高三质量监测,多选]一列简谐横波在某时刻的波形如图(a)所示,从该时刻经半个周期后开始计时,这列波上质点A的振动图像如图(b)所示.下列说法正确的是()A.这列波的传播速度为1 m/sB.这列波沿x轴负方向传播C.在这一时刻以后的任意0.2 s的时间内,质点A通过的路程均为0.4 mD.与这列波发生干涉的另一列简谐横波的频率可能为5.0 HzE.这列波上质点A与质点B振动的速率总是相等5.[多选]一列简谐横波沿x轴传播,在t=0时刻的波形如图中实线所示,在t=0.5 s时刻的波形如图中虚线所示,虚线恰好过质点P的平衡位置.已知质点P平衡位置在x=0.5 m处.下列说法正确的是()A.该简谐波传播的最小速度为1.0 m/sB.波传播的速度为(1.4+2.4n) m/s(n=0,1,2,…)C.若波向x轴正方向传播,质点P比质点Q先回到平衡位置D.若波向x轴负方向传播,则从t=0到t=0.5 s时间内,质点P运动路程的最小值为25 cmE.质点O的振动方程可能为y=10sin πt(cm)(n=0,1,2,…)6.[多选]一列波向右传播,经过某个有一串粒子的介质.如图所示为某一时刻各粒子的位置,虚线为各粒子对应的平衡位置.以下关于该波在图示时刻的说法正确的是 ()A.此波为纵波,波长为16 cmB.粒子8和10正朝同一方向运动C.粒子3此时速度为零D.粒子7和11的位移大小始终相同7.[多选]某同学利用较宽阔的水槽研究水波.如图所示,水面上有A、B、C三点构成直角三角形,其中A、B间距离为40 cm,B、C间距离为30 cm,振针上下振动形成连续的简谐波向四周传播,不考虑水槽边缘对水波的反射.水波波速为0.4 m/s,则()A.当只有一个振针在A处以10 Hz的频率振动时,B、C处水面开始振动的时间间隔为0.75 sB.当只有一个振针在A处以10 Hz的频率振动时,C处水面处于波峰时,B处水面处于波谷C.当有两个振针分别在A、B处以10 Hz的频率同步调振动时,足够长时间后C处振动加强D.当有两个振针分别在A、C处以10 Hz的频率同步调振动时,足够长时间后B处振动减弱E.当有两个振针在A、C处分别以10 Hz、20 Hz的频率振动时,足够长时间后B处振动加强8. [多选]B超即B型超声检查,其运用高频率声波(超声波)对人体内部组织、器官反射成像,以便于观察组织的形态(如图甲所示).图乙为仪器检测到的发送和接收的超声波图像,其中实线为沿x轴正方向发送的超声波,虚线为遇到人体组织后沿x轴负方向返回的超声波.已知超声波在人体内的传播速度约为1 500 m/s,下列说法正确的是()A.发送和接收的超声波频率相同B.图乙中质点A振动的周期约为8×10-4 sC.图乙中质点A在此后的十二分之一周期内运动的路程大于1 mmD.图乙中质点B在此后的十二分之一周期内的加速度将增大三．非选择题(共4小题)9.[5分]有几个登山运动员登上一无名高峰,他们想粗略地测峰顶处的重力加速度,但是他们只带了三条长度均为L的细线,可当秒表使用的手表和一些食品,附近还有一些石子、树木等,在山顶上用细线和小石块做成如图所示的单摆,A、B是水平树杆上相距为L的两点,并将长为L的细线固定在A、B两点,在两细线结点O1处连接另一长为L的细线,下端悬挂一小石块.先让小石块在纸面内做小角度的左右摆动,用秒表测得单摆的振动周期T1,再让小石块做垂直纸面的小角度摆动,用秒表测得单摆的振动周期T2,则可求得小石块的重心到点O1的距离h= ,重力加速度g=.10.[5分]某同学在学习单摆及其周期公式后,应用所学的知识解决如下问题.(1)测量一半球形锅的半径R:该同学将一可视为质点的光滑小铁球放在锅底让其略偏离最低点而做往复运动,从小铁球第一次通过最低点开始计时,用秒表测得小铁球第N(N≥2)次通过最低点的时间为t,已知当地重力加速度为g,不计一切摩擦,则半球形锅的半径R=.(2)进一步验证单摆的周期和重力加速度的关系:由于不能去不同地区做实验,该同学将单摆与光电门传感器安装在一块摩擦不计、足够大的板上,使板倾斜α角度,让摆球在板的平面内做小角度摆动,如图甲所示.利用该装置可以验证单摆的周期和等效重力加速度的关系.若保持摆长不变,则实验中需要测量的物理量有.若从实验中得到所测物理量数据的图线(抛物线的一部分)如图乙所示,若图像中的纵轴表示,则横轴表示的是.11.[10分]如图所示,实线是一列简谐横波在t1时刻的波形图,虚线是在t2=(t1+0.2) s时刻的波形图.(1)若波速为45 m/s,求质点M在t1时刻的振动方向(阐述判断依据).(2)在t1到t2的时间内,如果M通过的路程为1.4 m,那么波的传播方向怎样?波速为多大?12.[10分]声波遇到平直反射面时,和光的镜面反射一样,也遵循反射定律.某学习小组现探究声波的反射和干涉现象,音箱播放频率f=680 Hz的声音,作为波源S,放在距平直墙壁d=3 m处,离地高度与组内某同学的耳朵离地高度相等,俯视图如图所示.SABC构成矩形,AB距离L=8 m.已知声速v=340 m/s.声波反射时有半波损失,相当于镜像波源振动的步调始终与实际波源相反.该同学在B、C连线上从B点缓慢移动到C点,可听到声音有强弱的变化.不考虑地面的反射.(1)计算B、C连线上共有几处声音加强的点.(2)若气温升高,声速稍有变大,则原来声音加强的点会向哪侧偏移?(回答“左侧”“右侧”或“不偏移”,并说明理由)答案专题八机械振动和机械波考点1 简谐运动规律和图像描述单摆测重力加速度1.A a摆摆动并带动其他3个摆做受迫振动,受迫振动的频率等于驱动力的频率,故其他各摆振动的周期和频率均与a摆相同,B、C错误;受迫振动中,当固有频率等于驱动力频率时,出现共振现象,振幅达到最大,由于a、b的摆长相等,故b摆的固有频率与a摆的相同,b摆发生共振,振幅最大,摆角最大,A正确,D错误.2.ABD医生利用仪器向人体内发射频率已知的超声波,超声波被血管中的血液反射后又被仪器接收,测出反射波的频率,与原超声波频率对比,计算就能知道血流的速度,可以检查心脏、大脑和眼底血管的病变,这是利用了声波的多普勒效应,A正确;海豚有完善的“声呐”系统,通过发射和接收超声波,使它能在混浊的水中准确地确定远处小鱼的位置,B正确;“闻其声而不见其人”是因为声波波长跟一般障碍物的尺寸相比较大,发生了明显的衍射现象,而光波波长跟一般障碍物的尺寸相比非常小,所以通常的情况下看不到光的衍射,C错误;横波中质点不随波迁移,D正确;游泳时耳朵在水中听到的音乐的音调与在岸上听到的是一样的,说明声波从空气传入水中的过程频率不变,不能证明没有发生折射现象,E错误.3.B由题图乙知该时刻质点L向上振动,再结合题图甲,可知该横波沿x轴正方向传播,故选项A错误;结合该横波沿x轴正方向传播,从题图甲可看出,质点N在该时刻向y轴负方向运动,故选项B正确;在横波的传播过程中,质点不沿x轴方向移动,故选项C错误;该时刻质点K与M 的速度与加速度方向都相反,故选项D错误.4.AD质点的振动方向与传播方向垂直,所以该简谐波为横波,A正确;t=5 s时,质点Q第一次处于y轴正方向最大位移处,而周期为1 s,说明再经过5 s,质点Q第六次处于y轴正方向最大位移处,B错误;由题意知,O、P间的距离与波长λ之间满足OP==35 cm,解得λ=28 cm,波速为v==28 cm/s,D正确;在 5 s的时间间隔内,波传播的路程为s=v·5 s=1.40 m,由题意有s=PQ+OP+λ,解得PQ=98 cm,C错误.5.D如图所示,图线中a、b两处,物体处于同一位置,位移为负值,加速度一定相同,但速度方向相反,选项A、C错误;物体的位移增大时,动能减少,势能增加,选项D正确;摆球通过平衡位置时,回复力为零,但合力不为零,选项B错误.6.AC火车过桥时限制速度是为了防止火车与桥发生共振,选项A正确;对于一个受迫振动系统,若驱动力的频率为5 Hz,则系统稳定后的振动频率才为5 Hz,选项B错误;由共振的定义可知,选项C正确;受迫振动系统,驱动力做功,系统的机械能不守恒,选项D错误.7.D根据题述,x=处质点的振动方程y=A cos(t),t=时刻x=处质点的位移y=A cos(×)= A cos()=0,再经微小时间Δt,位移y为正值,可知质点向上运动,根据题述波沿x轴负方向传播,可知t=时刻的波形图正确的是D.8.6.9(2分)96.8(3分)解析:由弧长公式可知l=θR,又结合题意所求的距离近似等于弧长,则d=×2π×80.0 cm=6.98 cm,结合题中保留1位小数和摆动最大角度小于5°可知不能填7.0,应填6.9;由单摆的周期公式T=2π可知,单摆的周期与摆长的平方根成正比,即T∝,又由题意可知旧单摆周期与新单摆周期的比为10:11,则=,解得l'=96.8 cm.9.(1)(2)(n=0,1,2,…)解析:(1)甲球做自由落体运动,有R=g(1分)得t1=(1分)乙球沿圆弧做简谐运动(由于≪R,可认为摆角θ<5°),此运动与一个摆长为R的单摆运动模型相同,故此运动等效摆长为R,因此乙球第1次到达C处所用的时间为t2=T=×2π=(2分)所以=(1分).(2)甲球从离弧形槽最低点h高处自由下落,到达C点所用的时间为t甲=(1分)由于乙球运动具有周期性,所以乙球到达C点所用的时间为t乙=+n=(2n+1)(n=0,1,2,…)(2分)由于甲、乙在C点相遇,故t甲=t乙(1分)联立解得h=(n=0,1,2,…)(1分).考点2 机械波的形成与传播1.B从最大位移处回到平衡位置的最短时间为T=0.14 s,故周期T=0.56 s,波速v==m/s=2.5 m/s,B项正确.2.ADE 在同种介质中传播的两列波的波速相等,A项正确.由波形图可知,两列波的波长不等,由v=λf可知,两列波的频率不相等,B项错误.由波传播过程中“上坡下、下坡上”规律可知,左列波的起振方向向下,右列波的起振方向向上,C项错误.左列波引起x=6 m处质点振动的路程为20 cm;右列波引起x=6 m处质点振动的路程为60 cm,故x=6 m处的质点通过的总路程为80 cm,所以D项正确.当两列波的波谷相遇时,该质点的位移为两列波分别引起的位移的矢量和,振动最强;两列波波速大小相等,在波形图中两波谷对应平衡位置的中点相遇,x0=m=0.25 m,E项正确.3.BD由题图乙可知,质点B在0.1 s时正经过平衡位置沿y轴的负方向运动,结合题图甲可知,该简谐横波沿x轴负方向传播.再经0.05 s即t=0.15 s时,质点B处在波谷位置,加速度最大且方向沿y轴正方向,A错误.经0.05 s的时间质点B的振动形式传到A,则t=0.15 s时,质点A正处在平衡位置沿y轴负方向运动,B正确.再经过0.10 s即t=0.25 s时,质点A正处在平衡位置,即此时的位移为零,C错误.从t=0.1 s到t=0.25 s,即经过个周期该简谐横波沿x轴的负方向传播个波形,由题图甲可知该波的波长为10 cm,则该段时间内简谐横波沿x轴的负方向传播了7.5 cm,D正确.4.AC两列波相向匀速传播,t==0.4 s时两列波相遇,A项正确;由振动图像可知波的周期为0.2 s,所以波的波长λ=vT=2 m,所以当其遇到小于1 m的障碍物时可以发生明显的衍射现象,B 项错误;a、b连线中点到两振源的距离相等,但两振源振动情况恰好相反,所以中点处振动始终减弱,D项错误;由于a、b两振源都只振动了一个周期,a振源的振动形式经0.8 s传到b处,则在t=0.95 s时,由a振源引起的振动在b处位于波谷位置,而b振源引起的振动在b处已经停止,故t=0.95 s时,b处质点的加速度为正向最大,C正确.5.C根据题述和图像可知,波沿x轴正方向传播,质点D的起振方向沿y轴正方向,A错误;由图(a)可知,波长λ=4.0 m,波速v==10 m/s,t=0时刻D点的机械波信号接收器正以2 m/s的速度沿x轴正方向匀速运动,波相对于接收器的速度为v相对=10 m/s-2 m/s=8 m/s,信号接收器1 s 内接收到的波数为2,即信号接收器接收到的该机械波的频率为2 Hz,C正确;t=0.05 s时,波向右传播了x1=0.05×10 m=0.5 m,即此时A的形式传到B,则质点B振动到最大位移处,B错误;机械波传播速度与介质有关,改变振源的振动频率,则形成的机械波在该介质中的波长改变,传播速度不变,D错误.6.D根据图乙振动图像可知,t=0时刻横波b上x=0处的质点振动方向沿y轴负方向,所以横波b沿x轴负方向传播,选项A错误;同一介质中简谐波的传播速度相同,则波速v a=v b==1 m/s,选项C错误;由T b==4 s,t=0.5 s时,y b=-10 cm可知,横波b上x=0处质点的振动方程为y=-10sin(t+) cm,则t=0时刻横波b上x=0处的质点的位移为-5 cm,选项B错误;根据图甲可知横波a的波长λa=2.0 m,横波b的波长λb=4 m,要使x=1.0 m处的质点的位移为20 cm,设所需时间为t,则t时刻两列波波峰叠加,t==(m,n均为自然数),得m=2n(m,n均为自然数),当m=6,n=3时,代入可得t=13.5 s,符合题意,选项D正确.7.CD 由题可知波速v==1 m/s,经6.0 s,两波沿传播方向传播6 m,而M点离左、右两波源距离均为7 m,所以此时M点未振动,A项错误;8.0 s时,两波均经过M点,M点到两波源距离相等,是振动加强点,即振幅为2 cm,仍做简谐运动,B项错误;10.0 s时,两波均经过P点,P点到两波源的路程差为6 m=λ,则10.0 s后P点位移始终为0,C正确;10.5 s时,仅有S1时,Q点位于平衡位置且将要向下振动,仅有S2时,Q质点正在向下振动,故10.5 s时Q的振动方向竖直向下,D正确.8.(1)y=-10sin t(cm)(2)当n=0时,v=6 m/s;当n=1时,v=1.2 m/s解析:(1)由题意可知,质点a振动方程表达式为y=A sin(ωt+φ0)(1分)由图甲可知,质点a振动的周期为T=4 s,A=10 cm,则有ω== rad/s,y=10sin (t+φ0)(1分)当t=1 s时,y=-10 cm,故有sin(+φ0)=-1解得φ0=±π(1分)故质点a的振动方程为y=-10sin t(cm)(1分).(2)由甲、乙两图可知,在t=0时刻,质点a在平衡位置,质点b在波峰,故有Δx=(n+)λ(n=0,1,2,…)(2分)整理并代入数据可得λ== m(n=0,1,2,…)(1分)当n=0时,λ=24 m,波速为v== m/s=6 m/s(1分)当n=1时,λ=4.8 m,波速为v== m/s=1.2 m/s(1分)当n=2时,λ= m<3 m,故n≥2时不符合题意(1分).1.B根据已知条件可判断出,实线波沿x轴正方向传播,虚线波沿x轴负方向传播,则有2vt1=3 m,解得波速v=5 m/s,A错误;由题图可知,两列波的波长均为8 m,故从第一次两波完全重合到第二次两波完全重合,有2vΔt=8 m,解得Δt=0.8 s,故在t2=t1+Δt=1.1 s时,两列波的波形第二次完全重合,B正确;易知t1=0.3 s时,两列波的波峰同时到达x=4.5 m处,故x=4.5 m 处的质点为振动加强点,C错误;在x=2.5 m处,两波的振动位移大小始终相等,方向始终相反,故该质点的位移始终为零,D错误.2.ADE N质点为波峰和波谷相遇点,应为振动减弱点,故其振幅为A=|A1-A2|,M质点为波峰和波峰相遇点,应为振动加强点,其振幅为A=A1+A2,但是M点仍会上下振动,故其位移不会始终为A1+A2,可知M质点的位移不会总是大于N质点的位移,而M质点的振幅总是大于N质点的振幅,选项A、D正确,B、C错误;图中M点为振动加强点,此时位移最大,再过个周期,M点到达平衡位置,位移为零,选项E正确.3.BC根据题意可知,该简谐横波的周期为0.2 s,波长为4 m,所以其波速为20 m/s ,A错误.由题图可知,质点P和Q刚开始振动时的方向都沿y轴正方向,而且质点Q比P晚四分之一周期,所以t=0.2 s时,质点P正好完成了一次全振动,质点Q第一次到达波谷位置,而这一过程中质点P通过的路程为20 cm,B、C正确,D错误.4.BCE由题图(a)知,波长λ=0.4 cm,由题图(b)知,质点振动的周期T=0.4 s,那么波速v==0.01 m/s,故A选项错误;由题图(b)知,计时开始时,A振动方向沿y轴负方向,推得题图(a)中质点A振动方向沿y轴正方向,那么这列波沿x轴负方向传播,故B选项正确;由题图(b)可知,A在这一时刻以后的任意0.2 s内,振动的时间为,又A在半个周期内运动的路程为振幅的2倍,即路程为0.4 m,故C选项正确;由于该波的频率为2.5 Hz,那么与该波发生干涉的另一列简谐横波的频率一定为2.5 Hz,选项D错误;质点A与质点B相差半个波长,那么质点A与质点B的振动方向总是相反,速度大小总是相等,故E选项正确.5.ADE由题图可知,0.5 s内波传播的最短距离为0.5 m,故最小速度为1.0 m/s,A正确.若波向x轴正方向传播,波速为v= m/s=(1.0+2.4n)m/s(n=0,1,2,…);若波向x轴负方向传播,波速为v= m/s=(1.4+2.4n)m/s(n=0,1,2,…),故B错误.若波向x轴正方向传播,t=0时刻后质点P远离平衡位置运动,质点Q靠近平衡位置运动,故质点P比质点Q后回到平衡位置,C 错误.若波向x轴负方向传播,质点P向平衡位置运动,0.5 s时质点P向上振动,0 s时质点P 向下振动,0.5 s时质点P至少运动了T,所以最短路程为25 cm,D正确.若波向x轴正方向传播,则周期T== s= s(n=0,1,2,…),质点O的振动方程为y=10sin πt(cm)(n=0,1,2,…);若波向x轴负方向传播,则周期T== s= s(n=0,1,2,…),质点O 的振动方程为y=10sin πt(cm)(n=0,1,2,…),故E正确.6.AD从图中看出,此波有疏部和密部,所以此波为纵波,3到11正好为一个波长,λ=8×2 cm=16 cm,选项A正确.波向右传播,由波形平移法可知,8在靠近平衡位置向左运动,10在远离。

2023高考一轮知识点精讲和最新高考题模拟题同步训练第二十一章物理学史和物理思想方法专题123 物理学史第一部分知识点精讲一、力学：1、1638年，意大利物理学家伽利略在《两种新科学的对话》中用科学推理论证重物体和轻物体下落一样快；并在比萨斜塔做了两个不同质量的小球下落的实验，证明了他的观点是正确的，推翻了古希腊学者亚里士多德的观点（即：质量大的小球下落快是错误的）；2、1654年，德国的马德堡市做了一个轰动一时的实验——马德堡半球实验；3、1687年，英国科学家牛顿在《自然哲学的数学原理》著作中提出了三条运动定律（即牛顿三大运动定律）。

4、17世纪，伽利略通过构思的理想实验指出：在水平面上运动的物体若没有摩擦，将保持这个速度一直运动下去；得出结论：力是改变物体运动的原因，推翻了亚里士多德的观点：力是维持物体运动的原因。

同时代的法国物理学家笛卡儿进一步指出：如果没有其它原因，运动物体将继续以同速度沿着一条直线运动，既不会停下来，也不会偏离原来的方向。

5、英国物理学家胡克对物理学的贡献：胡克定律；经典题目：胡克认为只有在一定的条件下，弹簧的弹力才与弹簧的形变量成正比（对）6、1638年，伽利略在《两种新科学的对话》一书中，运用观察－假设－数学推理的方法，详细研究了抛体运动。

17世纪，伽利略通过理想实验法指出：在水平面上运动的物体若没有摩擦，将保持这个速度一直运动下去；同时代的法国物理学家笛卡儿进一步指出：如果没有其它原因，运动物体将继续以同速度沿着一条直线运动，既不会停下来，也不会偏离原来的方向。

7、人们根据日常的观察和经验，提出“地心说”，古希腊科学家托勒密是代表；而波兰天文学家哥白尼提出了“日心说”，大胆反驳地心说。

8、17世纪，德国天文学家开普勒提出开普勒三大定律；9、牛顿于1687年正式发表万有引力定律；1798年英国物理学家卡文迪许利用扭秤实验装置比较准确地测出了引力常量；10、1846年，英国剑桥大学学生亚当斯和法国天文学家勒维烈（勒维耶）应用万有引力定律，计算并观测到海王星，1930年，美国天文学家汤苞用同样的计算方法发现冥王星。

2021年高考物理一轮复习考点专题（08）实验二探究弹力和弹簧伸长量的关系（解析版）考点一基础实验考查处理实验数据的方法1．列表分析法：分析列表中弹簧拉力F与对应弹簧的形变量Δx的关系，可以先考虑F和Δx的乘积，再考虑F和Δx的比值，也可以考虑F和(Δx)2的关系或F和Δx的关系等，结论：FΔx为常数．2．图象分析法：作出F­Δx图象，如图所示．此图象是过坐标原点的一条直线，即F和Δx成正比关系．作图的规则：(1)要在坐标轴上标明轴名、单位，恰当地选取纵轴、横轴的标度，并根据数据特点正确确定坐标起点，使所作出的图象几乎占满整个坐标图纸．(2)作图线时，尽可能使直线通过较多坐标描点，不在直线上的点也要尽可能对称分布在直线的两侧(若有个别点偏离太远，则是因偶然误差太大所致，应舍去)．(3)要注意坐标轴代表的物理量的意义，注意分析图象的斜率、截距的意义．题型1 对实验操作的考查【典例1】如图(a)所示，一弹簧上端固定在支架顶端，下端悬挂一托盘；一标尺由游标和主尺构成，主尺竖直固定在弹簧左边；托盘上方固定有一能与游标刻度线准确对齐的装置，简化为图中的指针．现要测量图(a)中弹簧的劲度系数．当托盘内没有砝码时，移动游标，使其零刻度线对准指针，此时标尺读数为1.950 cm；当托盘内放有质量为0.100 kg的砝码时，移动游标，再次使其零刻度线对准指针，标尺示数如图(b)所示，其读数为________ cm.当地的重力加速度大小为9.80 m/s2，此弹簧的劲度系数为________N/m(保留3位有效数字)．【答案】3.775 53.7【解析】标尺的游标为20分度，精确度为0.05 mm，游标的第15个刻度与主尺刻度对齐，则读数为37 mm ＋15×0.05 mm＝37.75 mm＝3.775 cm.弹簧形变量x＝(3.775－1.950) cm＝1.825 cm，砝码平衡时，mg ＝kx ， 所以劲度系数k ＝mg x ＝0.100×9.801.825×10－2N/m ＝53.7 N/m.【变式1】(1)某次研究弹簧所受弹力F 与弹簧长度L 的关系实验时得到如图甲所示的F ­L 的图象．由图象可知：弹簧原长L 0＝________ cm ，由此求得弹簧的劲度系数k ＝________ N/m.(2)如图乙的方式挂上钩码(已知每个钩码重G ＝1 N)，使(1)中研究的弹簧压缩，稳定后指针指示如图乙，则指针所指刻度尺示数为________ cm.由此可推测图乙中所挂钩码的个数________个． 【答案】(1)3.0 200 (2)1.50 3【解析】(1)由题图甲可知，弹簧原长L 0＝3.0 cm.由胡克定律F ＝kx 得k ＝F x ＝12 N0.09 m －0.03 m＝200 N/m.(2)由题图乙可知，指针所指刻度尺示数为L ＝1.50 cm.设钩码个数为n ，由胡克定律得nG ＝k (L 0－L )，解得n ＝k L 0－L G ＝200 N/m ×0.03 m －0.015 m1 N＝3. 题型2 对数据处理和误差的考查【典例2】某同学做实验探究弹力和弹簧伸长量的关系，并测量弹簧的劲度系数是k .他先将待测弹簧的一端固定在铁架台上，然后将分度值是毫米的刻度尺竖直放在弹簧一侧，并使弹簧另一端的指针恰好落在刻度尺面上．当弹簧自然下垂时，指针指示的刻度数值记作L 0；弹簧下端挂一个50 g 的砝码时，指针指示的刻度数值记作L 1；弹簧下端挂两个50 g 的砝码时，指针指示的刻度数值记作L 2；…；挂七个50 g 的砝码时，指针指示的刻度数值记作L 7.(1)下表记录的是该同学已测出的6个数值，其中有两个数值在记录时有误，它们的代表符号分别是________和________．代表符号 L 0L 1L 2L 3 L 4L 5L 6L 7刻度数值/cm1.703.405.108.6010.312.1(2)37(3)为充分利用测量数据，该同学将所测得的数值按如下方法逐一求差，分别计算出了三个差值：d 1＝L 4－L 0＝6.90 cm ，d 2＝L 5－L 1＝6.90 cm ，d 3＝L 6－L 2＝7.00 cm.请你给出第四个差值：d 4＝________＝________ cm.(4)根据以上差值，可以求出每增加50 g 砝码，弹簧平均伸长量ΔL .ΔL 用d 1、d 2、d 3、d 4表示的式子为：ΔL ＝________.代入数据解得ΔL ＝________cm.(5)计算弹簧的劲度系数k ＝________ N/m.(取g ＝9.8 m/s 2)【答案】(1)L 5 L 6 (2)6.85(6.84～6.86均可) 14．05(14.04～14.06均可) (3)L 7－L 3 7.20(7.18～7.22均可) (4)d 1＋d 2＋d 3＋d 44×41.75 (5)28【解析】(1)通过对6个值的分析可知记录有误的是L 5、L 6(估读位不正确)．(2)用分度值是毫米的刻度尺测量时，应正确读数并记录到毫米的下一位，由题图知L 3＝6.85 cm ，L 7＝14.05 cm.(3)利用逐差法并结合已求差值可知第四个差值d 4＝L 7－L 3＝14.05 cm －6.85 cm ＝7.20 cm. (4)ΔL ＝d 1＋d 2＋d 3＋d 44×4＝6.90＋6.90＋7.00＋7.2016cm ＝1.75 cm.(5)ΔF ＝k ·ΔL ，又ΔF ＝mg ，所以k ＝ΔF ΔL ＝mg ΔL ＝0.050×9.80.017 5 N/m ＝28 N/m.【变式2】某同学探究弹力与弹簧伸长量的关系．(1)将弹簧悬挂在铁架台上，将刻度尺固定在弹簧一侧．弹簧轴线和刻度尺都应在________(填“水平”或“竖直”)方向．(2)弹簧自然悬挂，待弹簧________时，长度记为L 0；弹簧下端挂上砝码盘时，长度记为L x ；在砝码盘中每次增加10 g 砝码，弹簧长度依次记为L 1至L 6.数据如下表：(3)如图所示是该同学根据表中数据作的图，纵轴是砝码的质量，横轴是弹簧长度与________(填“L 0”或“L x ”)的差值．(4)由图可知弹簧的劲度系数为________ N/m ；通过图和表可知砝码盘的质量为________．(结果保留两位有效数字，重力加速度取9.8 m/s 2)【答案】(1)竖直 (2)静止 L 3 1 mm (3)L x (4)4.9 10 g【解析】(1)为保证弹簧的形变只由砝码和砝码盘的重力引起，所以弹簧轴线和刻度尺均在竖直方向． (2)弹簧静止时，记录原长L 0；表中的数据L 3与其他数据有效数字位数不同，所以数据L 3不规范，标准数据应读至厘米位的后两位，最后一位应为估计值，所以刻度尺的分度值为1 mm. (3)由题图知所挂砝码质量为0，x 为0，所以x 应为弹簧长度与L x 的差值．(4)由胡克F ＝k Δx 知，mg ＝k (L －L x )，即mg ＝kx ，所以图线斜率即为劲度系数k ＝ΔmgΔx＝60－10×10－3×9.812－2×10－2N/m ＝4.9 N/m.同理，砝码盘质量m ＝kL x －L 0g ＝4.9×27.35－25.35×10－29.8kg ＝0.01 kg ＝10 g. 考点二 创新实验考查本实验需要测量的物理量是弹力和弹簧的伸长量，命题创新的方向有： 1．运用k ＝ΔFΔx来处理数据 (1)将“弹力变化量”转化为“质量变化量”； (2)将“弹簧伸长量”转化为“弹簧长度变化量”． 2．将弹簧平放在桌面上，消除弹簧自身重力的影响．3．利用计算机及传感器技术，得到弹簧弹力和弹簧形变量的关系图象． 4．将弹簧换为橡皮条．题型 探究弹簧的劲度系数与其长度的关系【典例3】某实验小组探究弹簧的劲度系数k 与其长度(圈数)的关系．实验装置如图甲所示：一均匀长弹簧竖直悬挂，7个指针P 0、P 1、P 2、P 3、P 4、P 5、P 6分别固定在弹簧上距悬点0、10、20、30、40、50、60圈处；通过旁边竖直放置的刻度尺，可以读出指针的位置，P 0指向0刻度．设弹簧下端未挂重物时，各指针的位置记为x 0；挂有质量为0.100 kg 的砝码时，各指针的位置记为x .测量结果及部分计算结果如下表所示(n 为弹簧的圈数，取重力加速度为9.80 m/s 2)．已知实验所用弹簧总圈数为60，整个弹簧的自由长度为11.88 cm.P 1P 2P 3P 4P 5P 6x 0(cm) 2.04 4.06 6.06 8.05 10.03 12.01 x (cm) 2.64 5.26 7.81 10.30 12.93 15.41 n 10 20 30 40 50 60 k (N/m)163 ① 56.043.633.828.81k(m/N) 0.006 1②0.017 9 0.022 9 0.029 6 0.034 7(1)(2)以n 为横坐标，1k 为纵坐标，在图乙给出的坐标纸上画出1k­n 的图象．(3)图乙中画出的直线可近似认为通过原点．若从实验中所用的弹簧截取圈数为n 的一段弹簧，该弹簧的劲度系数k 与其圈数n 的关系表达式为k ＝________ N/m ；该弹簧的劲度系数k 与其自由长度l 0(单位为m)的关系表达式为k ＝________ N/m.【答案】(1)81.7 0.012 2 (2)见解析图 (3)1.75×103n 3.47l 0【解析】(1)根据胡克定律有mg ＝k (x －x 0)，解得k ＝mg x －x 0＝0.100×9.805.26－4.06×10－2 N/m ≈81.7 N/m ，1k≈0.012 2.(2)1k­n 图象如图所示．(3)根据图象可知，k 与n 的关系表达式为k ＝1.75×103n N/m ，由于60匝弹簧的总长度为11.88 cm ，则n 匝弹簧的原长满足n l 0＝6011.88×10－2，代入k＝1.75×103nN/m ，可得k ＝3.47l 0N/m.【变式3】某研究性学习小组要研究弹簧的劲度系数与绕制弹簧的金属丝直径间的关系，为此他们选择了同种材料制成的不同直径的钢丝来绕制弹簧．(1)进行此项实验需要采用控制变量法，除了材料相同外，你认为还应控制哪些因素相同(写出两项即可)______________________________________________．(2)用游标卡尺测量绕制弹簧的钢丝直径，某次测量示数如图所示，则该钢丝的直径为________mm.(3)根据下表中相关数据，分析可得：在其他条件相同的情况下，弹簧的劲度系数与其所用钢丝直径的________次幂成正比.可)(2)1.4 (3)4【解析】(1)弹簧的自然长度、总匝数、弹簧圈的直(半)径或弹簧的粗细或弹簧的横截面积等． (2)由图知，该钢丝的直径为1 mm ＋4×0.1 mm ＝1.4 mm.(3)由表可得弹簧的劲度系数与其所用钢丝直径的几次幂的比值，1320.9＝146.7，4141.2＝345，1321.11＝118.9，4140.83＝498.8，1320.81＝162.9，4141.44＝287.5，1320.73＝180.8，4141.73＝239.3，1320.66＝200，4142.07＝200，故在其他条件相同的情况下，弹簧的劲度系数与其所用钢丝直径的4次幂成正比．。