章末综合检测
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章末综合检测 一、选择题(本题共8个小题,1~4题为单项选择题,5~8题为多项选择题,每小题6分,共48分.) 1.质点做简谐运动,从质点经过某一位置时开始计时,下列说法正确的是( ) A.当质点再次经过此位置时,经过的时间为一个周期 B.当质点的速度再次与零时刻的速度相同时,经过的时间为一个周期 C.当质点的加速度再次与零时刻的加速度相同时,经过的时间为一个周期 D.当质点经过的路程为振幅的2倍时,经过的时间为半个周期 解析:质点连续两次经过同一位置经过的时间一般不是一个周期,选项A错误;质点同向经过关于平衡位置对称的两点速度相同,但经过的时间不为一个周期,选项B错误;质点连续两次经过同一位置时,加速度相同,但经历的时间不等于一个周期,选项C错误;质点在任何半周期内通过的路程一定是振幅的2倍,选项D正确. 答案:D 2.如图所示,把两个弹簧振子悬挂在同一支架上,已知甲弹簧振子的固有频率为9 Hz,乙弹簧振子的固有频率为72 Hz,当支架在受到竖直方向且频率为9 Hz的驱动力作用做受迫振动时,则两个弹簧振子的振动情况是( )
A.甲的振幅较大,且振动频率为18 Hz B.甲的振幅较大,且振动频率为9 Hz C.乙的振幅较大,且振动频率为9 Hz D.乙的振幅较大,且振动频率为72 Hz 解析:根据受迫振动发生共振的条件可知甲的振幅较大,因为甲的固有频率等于驱动力的频率,做受迫振动的物体的频率等于驱动力的频率,所以B选项正确. 答案:B 3.甲、乙两个单摆摆长相等,将两个单摆的摆球由平衡位置拉开,使摆角α甲>α乙(α甲、α乙都小于5°),在同一地点由静止开始同时释放,则( )
A.甲先到达平衡位置 B.乙先到达平衡位置 C.甲、乙同时到达平衡位置 D.无法判断
解析:由单摆的周期公式T=2π lg,可知周期T与l、g有关,与质量、摆动的幅度无关,当在同一地点释放时,周期只与摆长有关,故同时释放,同时到达平衡位置. 答案:C 4. 一个做简谐运动的质点,先后以同样大小的速度通过相距10 cm的A、B两点,且由A到B的过程中速度方向不变,历时0.5 s(如图).过B点后再经过t=0.5 s质点以方向相反、大小相同的速度再次通过B点,则质点振动的周期是( ) A.0.5 s B.1.0 s C.2.0 s D.4.0 s 解析:根据题意,由振动的对称性可知:AB的中点(设为O)为平衡位置,A、B两点对称分布于O点两侧.质点从平衡位置O向右运动到B的时间应为tOB
=12×0.5 s=0.25 s.质点从B向右到达右方极端位置(设为D)的时间tBD=12×0.5
s=0.25 s.所以质点从O到D的时间tOD=14T=0.25 s+0.25 s=0.5 s.所以T=2.0 s,C对. 答案:C 5.(2017·临沂高二检测)如图所示是质点做简谐运动的图象,由此可知( )
A.t=0时,质点的位移、速度均为零 B.t=1 s时,质点的位移最大,速度为零,加速度最大 C.t=2 s时,质点的位移为零,速度负向最大,加速度为零 D.t=4 s时,质点停止运动 解析:由x-t图象知:t=0时,x=0,速度为正向最大,故A错;t=1 s时,位移最大,速度为0,加速度为负向最大,故B对;t=2 s时,x=0时,速度为负向最大,加速度为0,故C对;t=4 s时与t=0时运动情况相同,故D错. 答案:BC 6.(2016·海南高考)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 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 答案:ABD 7.如图所示为某简谐运动的图象,若t=0时,质点正经过O点向b运动,则下列说法正确的是( )
A.质点在0.7 s时,正在远离平衡位置运动 B.质点在1.5 s时的位移最大 C.1.2 s到1.4 s,质点的位移在增大 D.1.6 s到1.8 s,质点的位移在增大 解析:由于位移是指由平衡位置指向质点所在位置的有向线段,故质点在0.7 s时的位移方向向右,且正在向平衡位置运动,所以A错误;质点在1.5 s时的位移到达最大;质点在1.2 s到1.4 s过程中,正在远离平衡位置,所以其位移在增加;1.6 s到1.8 s时间内,质点正向平衡位置运动,所以其位移正在减小,故D项错误. 答案:BC 8.(2016·成都七中高二月考)如图是某弹簧振子在水平面内做简谐运动的位移-时间图象,则振动系统在( )
A.t1和t3时刻具有相同的动能和速度 B.t3和t5时刻具有相同的势能和速度 C.t1和t5时刻具有相同的加速度 D.t2和t5时刻振子所受回复力大小之比为 解析:由题图知,t1和t3时刻质点的位置相同,但运动方向不同,所以具有相同的功能,而速度是矢量,方向不同,故A错误;t3和t5时刻的位置相对于平衡位置对称,所以势能是相同的,位移虽然不同,但具有相同的速度,故B正
确;t1和t5时刻相差半个周期,处于相对于平衡位置对称的两个位置,由a=-kxm知加速度大小相同而方向相反,故C错误;由回复力的公式:F=-kx,知t2和t5时刻位移大小分别是6 cm和3 cm,则振子所受回复力大小之比为,故D正确. 答案:BD 二、非选择题(本题共4个小题,共52分) 9.(10分)如图所示,一弹簧振子在A、B间做简谐运动,平衡位置为O,已知振子的质量为M.
(1)简谐运动的能量取决于________,本题中物体振动时________能和________能相互转化,总________守恒. (2)(多选)关于振子的振动过程有以下说法,其中正确的是( ) A.振子在平衡位置,动能最大,势能最小 B.振子在最大位移处,势能最大,动能最小 C.振子在向平衡位置运动时,由于振子振幅减小,故总机械能减小 D.在任意时刻,动能与势能之和保持不变 解析:(1)简谐运动的能量取决于振幅,本题中物体振动时动能和弹性势能相互转化,总机械能守恒. (2)振子在平衡位置两侧往复振动,在最大位移处速度为零,动能为零,此时弹簧的形变量最大,势能最大,所以B正确;在任意时刻只有弹簧的弹力做功,所以机械能守恒,D正确;到平衡位置处速度达到最大,动能最大,势能最小,所以A正确;振幅的大小与振子的位置无关,所以选项C错误. 答案:(1)振幅 动 弹性势 机械能 (2)A、B、D 10.(12分)在做“用单摆测定重力加速度”的实验时,用摆长l和周期T计算重力加速度的公式是g=________.若已知摆球直径为2.00 cm,让刻度尺的零点对准摆线的悬点,摆线竖直下垂,如图所示,则单摆摆长是________ m.若测定了40次全振动的时间为75.2 s,单摆摆动周期是________.
为了提高测量精度,需多次改变l值,并测得相应的T值.现将测得的六组数据标示在以l为横坐标,以T2为纵坐标的坐标系上,即图中用“·”表示的点,则:
(1)单摆做简谐运动应满足的条件是________. (2)试根据图中给出的数据点作出T2和l的关系图线,根据图线可求出g=________ m/s2.(结果取两位有效数字)
解析:由T=2π lg,可知g=4π2lT2.由图可知:摆长l=(88.50-1.00) cm=87.50 cm=0.875 0 m.T=t40=1.88 s. (1)单摆做简谐运动的条件是摆角小于5°. (2)把在一条直线上的点连在一起,误差较大的点平均分布在直线的两侧,
则直线斜率k=ΔT2Δl.由g=4π2ΔlΔT2=4π2k,可得g=9.8 m/s2(9.9 m/s2也正确). 答案:见正确解答 11.(12分)(2017·潼关高二检测)一物体沿x轴做简谐运动,振幅为8 cm,频率为0.5 Hz,在t=0时,位移是4 cm,且向x轴负方向运动. (1)试写出用正弦函数表示的振动方程. (2)求10 s内通过的路程是多少. 解析:(1)简谐运动振动方程的一般表达式为 x=Asin(ωt+φ).根据题目条件,有:A=0.08 m,ω=2πf=π rad/s.所以x=0.08sin(πt+φ) m.将t=0,x=0.04 m,代入得0.04=0.08sinφ,解得初相位φ=16
π或φ=56π,因为t=0时,速度方向沿x轴负方向,即位移在减小,所以取φ=56
π.故所求的振动方程为x=0.08sinπt+56π m.
(2)周期T=1f=2 s,所以t=5T,因1T内的路程是4A, 则通过的路程s=5×4A=20×8 cm=1.6 m. 答案:(1)x=0.08sin
πt+56π m
(2)1.6 m 12.(18分)(2017·大连高二检测)一水平弹簧振子做简谐运动,其位移和时间关系如图所示.
(1)求t=0.25×10-2 s时的位移. (2)在t=1.5×10-2 s到t′=2×10-2 s的时间内,质点的位移、回复力、速度、动能、势能如何变化? (3)从t=0到t=8.5×10-2 s的时间内,质点的路程为多大?
解析:(1)由题图可知T=2×10-2 s,则ω=2πT=100π rad/s 则简谐运动的表达式为 x=-Acosωt=-2cos100πt cm 所以当t=0.25×10-2 s时 x=-2cos(100π×0.25×10-2) cm≈-1.414 cm. (2)在t=1.5×10-2 s到t′=2×10-2 s的时间内,质点的位移、回复力、势能都增大,速度、动能均减小. (3)因振动是变速运动,因此只能利用其周期性求解,即一个周期内通过的路程为4个振幅.
因为Δt=8.5×10-2 s=174T=4+14T
路程s=4A×174=17A=17×2 cm=34 cm. 答案:(1)-1.414 cm (2)见解析 (3)34 cm