新教材高中物理階段驗收評價（二）機械振動粵教版選擇性

階段驗收評價（二）機械振動(本試卷滿分：100分)一、單項選擇題(本題共7小題，每小題4分，共28分。在每小題給出的四個選項中，只有一項是符合題目要求的)1．下列說法正確的是()A．自由振動一定是阻尼振動B．物體做阻尼振動時，隨著振幅的減小，頻率不斷增大C．做受迫振動的物體穩(wěn)定時的頻率等于驅(qū)動力的頻率，與物體固有頻率無關(guān)D．受迫振動的頻率由驅(qū)動力和振動系統(tǒng)共同決定解析：選C自由振動一定不是阻尼振動，故A錯誤。物體做阻尼振動時，隨著振幅的減小，頻率不變，所以B錯誤。做受迫振動的物體穩(wěn)定時的頻率等于驅(qū)動力的頻率，與物體固有頻率無關(guān)，所以C正確。受迫振動的頻率僅由驅(qū)動力決定，所以D錯誤。2.如圖所示，彈簧振子在BC間振動，O為平衡位置，BO＝OC＝5cm，若振子從B到C的運動時間為1s，則下列說法正確的是()A．振子從B經(jīng)O到C完成一次全振動B．振動周期為2s，振幅為5cmC．經(jīng)過兩次全振動，振子通過的路程為20cmD．從B開始經(jīng)過3s，振子通過的路程為20cm解析：選B彈簧振子在BC間振動，振子從B到C經(jīng)歷的時間為半個周期，不是一個全振動，故A錯誤；振子從B到C經(jīng)歷的時間為半個周期，所以周期為2s，振子在B、C兩點間做簡諧運動，BO＝OC＝5cm，O是平衡位置，則該彈簧振子的振幅為5cm，故B正確；振子從B到C經(jīng)歷的時間為半個周期，即半個全振動路程為10cm，則經(jīng)過兩次全振動，振子通過的路程是40cm，故C錯誤；從B開始經(jīng)過3s，振子通過的路程為s＝eq\f(3,2)×4×5cm＝30cm，故D錯誤。3.在水平方向上做簡諧運動的質(zhì)點，其振動圖像如圖所示。假設(shè)向右的方向為正方向，則物體的位移向左且速度向右的時間段是()A．0到1s內(nèi) B．1s到2s內(nèi)C．2s到3s內(nèi) D．3s到4s內(nèi)解析：選D據(jù)題意，假設(shè)向右的方向為正方向，則物體的位移向左時為負值，即時間段在2～4s內(nèi)；根據(jù)x-t圖像的切線斜率等于速度，可知速度向右為正值，應(yīng)在3～4s內(nèi)，故D正確。4．蜘蛛捕食是依靠昆蟲落在絲網(wǎng)上引起的振動準確判斷昆蟲的方位。已知絲網(wǎng)固有頻率f0，某昆蟲掉落在絲網(wǎng)上掙扎時振動頻率為f，則該昆蟲落在絲網(wǎng)上時()A．f增大，則絲網(wǎng)振幅增大B．f減小，則絲網(wǎng)振幅減小C．昆蟲引起絲網(wǎng)振動的頻率為f0D．絲網(wǎng)和昆蟲掙扎振動周期相同解析：選D昆蟲落在絲網(wǎng)上時，絲網(wǎng)做受迫振動，絲網(wǎng)的振動周期與昆蟲掙扎的振動周期相同，當絲網(wǎng)的固有周期和昆蟲掙扎振動周期相同時，絲網(wǎng)振幅最大，故A、B、C錯誤，D正確。x軸做簡諧運動的圖像如圖所示，下列描述正確的是()A．t＝1s時，振子的速度為0，加速度為負的最大值B．t＝2s時，振子的速度為負，加速度為正的最大值C．t＝3s時，振子的速度為負的最大值，加速度為0D．t＝4s時，振子的速度為正，加速度為負的最大值解析：選At＝1s時，振子在正的最大位移處，振子的速度為0，由a＝－eq\f(kx,m)知，加速度為負的最大值，A項正確；t＝2s時，振子位于平衡位置，由a＝－eq\f(kx,m)知，加速度為0，B項錯誤；t＝3s時，振子在負的最大位移處，由a＝－eq\f(kx,m)知，加速度為正的最大值，C項錯誤；t＝4s時，振子位于平衡位置，由a＝－eq\f(kx,m)知，加速度為0，D項錯誤。6.如圖所示，將彈簧振子從平衡位置拉下一段距離Δx，釋放后振子在A、B間振動，且AB＝20cm，振子由A到B的時間為0.1s，則下列說法中正確的是()A．振子在A、B兩點時，彈簧彈力大小相等B．振子由A到O的時間比振子由O到B的時間短C．振子完成一次全振動通過的路程為20cmD．若使振子在AB＝10cm間振動，則振子由A到B的時間仍為0.1s解析：選D振子在A、B兩點，彈力大小并不相等，但回復(fù)力大小相等，故A錯誤。據(jù)對稱性，振子從A到O和從O到B的時間相同，B錯誤。一次全振動的路程為4A＝40cm，C錯誤。同一彈簧振子振幅改變，但周期不變，仍為0.2s，A到B仍用時0.1s，D正確。7．某單擺的擺動過程如圖甲所示，乙圖中圖像記錄了該單擺中擺球的動能、勢能隨擺球位置變化的關(guān)系，不計空氣阻力，下列關(guān)于圖像的說法正確的是()A．b圖線表示動能隨位置的變化關(guān)系B．a(chǎn)圖線表示機械能隨位置的變化關(guān)系C．c圖線表示動能隨位置的變化關(guān)系D．圖像表明擺球在勢能和動能的相互轉(zhuǎn)化過程中機械能不變解析：選D單擺擺動過程中，只有重力做功，機械能守恒，在A、C兩點動能最小，勢能最大，故a圖線表示動能隨位置的變化關(guān)系，b圖線表示重力勢能隨位置的變化關(guān)系，c圖線表示擺球在勢能和動能的相互轉(zhuǎn)化過程中機械能不變，故A、B、C錯，D對。二、多項選擇題(本題共3小題，每小題6分，共18分。在每小題給出的四個選項中，有多項符合題目要求。全部選對的得6分，選對但不全的得3分，有選錯的得0分)8．一簡諧振子沿x軸振動，平衡位置在坐標原點。t＝0時刻振子的位移x＝－0.1m；t＝eq\f(4,3)s時刻x＝0.1m；t＝4s時刻x＝0.1m。該振子的振幅和周期可能為()A．0.1m，eq\f(8,3)s B．0.1m,8sC．0.2m，eq\f(8,3)s D．0.2m,8s解析：選ACD若振幅A＝0.1m，T＝eq\f(8,3)s，則eq\f(4,3)s為半周期，從－0.1m處運動到0.1m處，符合運動實際，4s－eq\f(4,3)s＝eq\f(8,3)s＝T為一個周期，正好返回0.1m處，故選項A正確；若A＝0.1m，T＝8s，eq\f(4,3)s只是T的eq\f(1,6)，不可能由負的最大位移處運動到正的最大位移處，故選項B錯誤；若A＝0.2m，T＝eq\f(8,3)s，eq\f(4,3)s＝eq\f(T,2)，振子可以由－0.1m處運動到對稱位置，4s－eq\f(4,3)s＝eq\f(8,3)s＝T，振子可以由0.1m處返回0.1m處，故選項C正確；若A＝0.2m，T＝8s，eq\f(4,3)s＝2×eq\f(T,12)，而sineq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(2π,T)·\f(T,12)))＝eq\f(1,2)，即eq\f(T,12)時間內(nèi)，振子可以從平衡位置運動到0.1m處，再經(jīng)eq\f(8,3)s又恰好能由0.1m處運動到0.2m處后，再返回0.1m處，故選項D正確。9.甲、乙兩單擺在同一地點做簡諧運動的圖像如圖所示，由圖可知()A．甲和乙的擺長一定相等B．甲的擺球質(zhì)量較小C．甲的擺角大于乙的擺角D．擺到平衡位置時，甲和乙擺線所受的拉力可能相等解析：選ACD由題圖可知，甲和乙兩擺的周期相同，則由單擺的周期公式T＝2πeq\r(\f(l,g))可知，兩擺的擺長一定相同，故A正確；因為單擺的周期與擺球質(zhì)量無關(guān)，故B錯誤；擺長相同，而甲的振幅大，故甲擺的擺角大，故C正確；在最低點時，拉力與重力的合力充當向心力，則有：F－mg＝meq\f(v2,r)，解得F＝meq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(g＋\f(v2,r)))，因為擺長相等，但偏角不同，故到達底部時的速度不同，同時因為質(zhì)量未知，故拉力有可能相同，故D正確。10．如圖甲所示為一彈簧振子自由振動(即做簡諧運動)時的位移隨時間變化的圖像，圖乙為該彈簧振子在某外力的作用下做受迫振動時的位移隨時間變化的圖像，則下列說法中正確的是()A．由圖甲可知該彈簧振子的固有周期為4sB．由圖乙可知該彈簧振子的固有周期為8sC．由圖乙可知外力的周期為8sD．如果改變外力的周期，當周期在4s附近時該彈簧振子的振幅較大解析：選ACD圖像甲是物體自由振動時的周期，故由圖像甲可知，物體的固有周期為T0＝4s，故A正確；圖像乙是受迫振動的圖像，故實際的振動周期為8s，即T＝8s，故B錯誤；由B選項可知，外力的周期為8s，故C正確；當物體的驅(qū)動力的頻率等于物體的固有頻率時，物體的振動達到最強，故當T在4s附近時，發(fā)生共振，振幅顯著增大，當T比4s小得多或大得多時，振幅很小，故D正確。三、非選擇題(本題共5小題，共54分)11．(7分)在用單擺測量重力加速度的實驗中，測得單擺擺角很小時，完成n次全振動時間為t，用毫米刻度尺測得擺線長為l，用螺旋測微器測得擺球直徑為d。(1)測得重力加速度的表達式為g＝__________。(2)實驗中某學生所測g值偏大，其原因可能是______。A．實驗室海拔太高B．擺球太重C．測出n次全振動時間為t，誤作為(n＋1)次全振動時間進行計算D．以擺線長與擺球直徑之和作為擺長來計算解析：(1)單擺的周期為：T＝eq\f(t,n)；擺長為：L＝l＋eq\f(d,2)，根據(jù)T＝2πeq\r(\f(L,g))得：g＝eq\f(4π2,T2)L＝eq\f(2π2n22l＋d,t2)。(2)實驗室海拔太高，所測值應(yīng)偏小，故A錯誤；擺球的輕重對實驗沒有影響，故B錯誤；測出n次全振動時間為t，誤作為(n＋1)次全振動時間進行計算，周期算小了，由g＝eq\f(4π2,T2)L可知，會導致所測g值偏大，故C正確；以擺線長與擺球直徑之和作為擺長來計算，擺長算長了，會導致g偏大，故D正確。答案：(1)eq\f(2π2n22l＋d,t2)(2)CD12．(9分)甲同學想在家里做用單擺測量重力加速度的實驗，但沒有合適的擺球，他找到了一塊長為3cm左右，外形不規(guī)則的大理石塊代替小球。他設(shè)計的實驗步驟是：A．將石塊用細線系好，結(jié)點為M，將細線的上端固定于O點(如圖所示)B．用刻度尺測量OM間細線的長度l作為擺長C．將石塊拉開一個大約α＝30°的角度，然后由靜止釋放D．從石塊擺到最高點時開始計時，測出30次全振動的總時間t，由T＝eq\f(t,30)得出周期(1)則該同學以上實驗步驟中有錯誤的是________。(2)若該同學用OM的長作為擺長，這樣做引起的系統(tǒng)誤差將使重力加速度的測量值比真實值________(選填“偏大”或“偏小”)。(3)如果該同學改正了錯誤，改變OM間細線的長度做了2次實驗，記下每次相應(yīng)的細線長度l1、l2和周期T1、T2，則由上述四個量得到重力加速度g的表達式是______________________。解析：(1)該同學以上實驗步驟中有錯誤的是B、C、D；B中，擺長應(yīng)是從懸點到大理石塊的質(zhì)心的距離；C中，石塊的擺角太大，將不能看作簡諧運動，單擺周期公式失效，不能測定g；D中，測量時間應(yīng)從石塊擺到最低點開始計時，因為最低點的位置石塊速度最大，相同的視覺距離誤差，引起的時間誤差較小，則周期測量比較準確。(2)根據(jù)單擺的周期公式T＝2πeq\r(\f(l,g))，得：g＝eq\f(4π2l,T2)。該同學用OM的長l作為擺長，擺長偏小，根據(jù)上述表達式得知，g的測量值偏小。(3)設(shè)擺線的結(jié)點到大理石塊質(zhì)心的距離為r，則根據(jù)單擺的周期公式T＝2πeq\r(\f(l,g))得：T1＝2πeq\r(\f(l1＋r,g))，T2＝2πeq\r(\f(l2＋r,g))，聯(lián)立解得：g＝eq\f(4π2l2－l1,T22－T12)。答案：(1)BCD(2)偏小(3)g＝eq\f(4π2l2－l1,T22－T12)13．(10分)彈簧振子以O(shè)點為平衡位置在B、C兩點之間做簡諧運動，B、C相距20cm。某時刻振子處于B點，經(jīng)過0.5s，振子首次到達C點，求：(1)振動的周期和頻率；(2)振子在5s內(nèi)通過的路程；(3)振子在B點的加速度大小跟它距O點4cm處P點的加速度大小的比值。解析：(1)設(shè)振幅為A，由題意BC＝2A＝20cm，所以A＝10cm。振子從B到C所用時間t＝0.5s，為周期T的一半，所以T＝1.0s；f＝eq\f(1,T)＝1.0Hz。(2)振子在1個周期內(nèi)通過的路程為4A。故在t′＝5s＝5T內(nèi)通過的路程s＝eq\f(t′,T)×4A＝200cm。(3)振子加速度a＝－eq\f(k,m)x，a∝x，所以aB∶aP＝xB∶xP＝10∶4＝5∶2。答案：(1)1.0s1.0Hz(2)200cm(3)5∶214.(12分)擺長為l的單擺在平衡位置O的左右做擺角小于5°的簡諧運動，當擺球經(jīng)過平衡位置O(O在A點正上方)向右運動的同時，另一個以速度v在光滑水平面運動的小滑塊，恰好經(jīng)過A點向右運動，如圖所示，小滑塊與豎直墻面P碰撞后以原來的速率返回，略去碰撞所用時間，試問：(1)A、P間的距離滿足什么條件，才能使小滑塊剛好返回A點時，擺球也同時到達O點且向左運動？(2)A、P間的最小距離是多少？解析：(1)小滑塊做勻速直線運動的往返時間為t1，t1＝eq\f(2x,v)，單擺做簡諧運動回到O點且向左運動所需時間為t2t2＝eq\f(T,2)＋nT(n＝0,1,2，…)，其中T＝2πeq\r(\f(l,g))由題意可知t1＝t2，所以eq\f(2x,v)＝eq\f(T,2)＋nT解得x＝eq\f(v,2)(2n＋1)πeq\r(\f(l,g))(n＝0,1,2，…)。(2)由(1)知，當n＝0時，A、P間的距離最小，xmin＝eq