【全程復(fù)習(xí)方略】2021年春高中物理選修3-4-單元質(zhì)量評(píng)估(一)-第十一章-機(jī)械振動(dòng)

溫馨提示：此套題為Word版，請(qǐng)按住Ctrl,滑動(dòng)鼠標(biāo)滾軸，調(diào)整合適的觀看比例，答案解析附后。關(guān)閉Word文檔返回原板塊。單元質(zhì)量評(píng)估(一)第十一章(90分鐘100分)一、選擇題(本大題共10小題,每小題4分,共40分。多選題已在題號(hào)后標(biāo)出)1.簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的平衡位置是指()A.速度為零的位置 B.回復(fù)力為零的位置C.加速度為零的位置 D.位移最大的位置【解析】選B。簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的平衡位置是回復(fù)力為零的位置,而物體在平衡位置時(shí)加速度不愿定為零。例如,單擺在平衡位置時(shí)存在向心加速度。簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的物體經(jīng)過(guò)平衡位置時(shí)速度最大,位移為零。2.(2021·上海高考)做簡(jiǎn)諧振動(dòng)的物體,當(dāng)它每次經(jīng)過(guò)同一位置時(shí),可能不同的物理量是()A.位移 B.速度 C.加速度 D.回復(fù)力【解題指南】解答本題時(shí)應(yīng)留意理解以下兩點(diǎn):(1)做簡(jiǎn)諧振動(dòng)的物體,當(dāng)它經(jīng)過(guò)同一位置時(shí),速度方向可能不同;(2)回復(fù)力F=-kx,加速度a=-QUOTEx。【解析】選B。做簡(jiǎn)諧振動(dòng)的物體,當(dāng)它每次經(jīng)過(guò)同一位置時(shí),位移x相同,回復(fù)力相同,加速度相同,可能不同的物理量是速度,選項(xiàng)B正確。3.如圖所示,彈簧振子的小球在B、C之間做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng),O為BC間的中點(diǎn),B、C間的距離為10cm,則下列說(shuō)法正確的是()A.小球的最大位移是10cmB.只有在B、C兩點(diǎn)時(shí),小球的振幅是5cm,在O點(diǎn)時(shí),小球的振幅是0C.無(wú)論小球在任何位置,它的振幅都是5cmD.從任意時(shí)刻起,一個(gè)周期內(nèi)小球經(jīng)過(guò)的路程都是10cm【解析】選C。簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)中的平衡位置就是對(duì)稱中心,所以O(shè)點(diǎn)是平衡位置。小球的最大位移是+5cm或-5cm,故選項(xiàng)A是不正確的。振幅是物體離開平衡位置的最大距離,反映的是振動(dòng)物體振動(dòng)的力氣,并不說(shuō)明物體確定在最大距離處,在O點(diǎn)的小球也能夠到達(dá)最大距離處,所以小球在O點(diǎn)的振幅也是5cm,故選項(xiàng)B不正確,選項(xiàng)C正確。依據(jù)一次全振動(dòng)的概念,選項(xiàng)D是錯(cuò)誤的。4.(多選)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)得的某單擺搖擺時(shí)懸線上拉力的大小隨時(shí)間變化的曲線如圖所示。某同學(xué)由此圖像供應(yīng)的信息做出的下列推斷中,正確的是()A.t=0.2s時(shí)擺球正經(jīng)過(guò)最低點(diǎn)B.t=1.1s時(shí)擺球正經(jīng)過(guò)最低點(diǎn)C.擺球搖擺過(guò)程中機(jī)械能減小D.擺球搖擺的周期是T=1.4s【解析】選A、C。在擺球經(jīng)過(guò)最低點(diǎn)時(shí)懸線拉力最大,t=0.2s時(shí),F有正向最大值,故A選項(xiàng)正確;t=1.1s時(shí),F有最小值,擺球不在最低點(diǎn),B選項(xiàng)錯(cuò)誤;周期應(yīng)為T=1.2s,D選項(xiàng)錯(cuò)誤;因振幅減小,故機(jī)械能減小,C選項(xiàng)正確。5.圖甲是利用沙擺演示簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)圖像的裝置。當(dāng)盛沙的漏斗下面的薄木板被水平勻速拉出時(shí),做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的漏斗漏出的沙在板上顯示出沙擺的振動(dòng)位移隨時(shí)間變化的關(guān)系曲線。已知木板被水平拉動(dòng)的速度為0.20m/s,圖乙所示的一段木板的長(zhǎng)度為0.60m,則這次試驗(yàn)沙擺的擺長(zhǎng)大約為(g取π2m/s2)()A.0.56m B.0.65m C.1.00m 【解析】選A。木板勻速運(yùn)動(dòng)的位移L=0.60m,所需時(shí)間t=QUOTE=3s,則沙擺振動(dòng)周期T=QUOTE=1.5s,由單擺的周期公式T=2πQUOTE,知沙擺的擺長(zhǎng)l=QUOTE=0.56m。故選A。6.(多選)某振動(dòng)系統(tǒng)的固有頻率為f0,在周期性驅(qū)動(dòng)力的作用下做受迫振動(dòng),驅(qū)動(dòng)力的頻率為f。若驅(qū)動(dòng)力的振幅保持不變,下列說(shuō)法正確的是()A.當(dāng)f<f0時(shí),該振動(dòng)系統(tǒng)的振幅隨f增大而減小B.當(dāng)f>f0時(shí),該振動(dòng)系統(tǒng)的振幅隨f減小而增大C.該振動(dòng)系統(tǒng)的振動(dòng)穩(wěn)定后,振動(dòng)的頻率等于f0D.該振動(dòng)系統(tǒng)的振動(dòng)穩(wěn)定后,振動(dòng)的頻率等于f【解析】選B、D。由受迫振動(dòng)的振幅A隨驅(qū)動(dòng)力的頻率變化規(guī)律知,A錯(cuò)B對(duì)。穩(wěn)定時(shí)系統(tǒng)的頻率等于驅(qū)動(dòng)力的頻率,即C錯(cuò)D對(duì)。7.(多選)(2022·太原高二檢測(cè))如圖所示為同一試驗(yàn)室中甲、乙兩個(gè)單擺的振動(dòng)圖像,從圖像可知()A.兩擺球質(zhì)量相等B.兩單擺的擺長(zhǎng)相等C.兩單擺相位相差QUOTED.在相同的時(shí)間內(nèi),兩擺球通過(guò)的路程總有s甲=2s乙【解析】選B、C。由題圖知:T甲=T乙,則擺長(zhǎng)相等,但A甲=2A乙,x甲=2sin(ωt+QUOTE),x乙=sinωt,故B、C項(xiàng)正確。而單擺周期與質(zhì)量無(wú)關(guān),A項(xiàng)錯(cuò)誤。由題圖可知,在任何相等的時(shí)間內(nèi)路程不愿定具有s甲=2s乙的關(guān)系,故D錯(cuò)誤。8.洗衣機(jī)在把衣服脫水完畢拔掉電源后,電動(dòng)機(jī)還要轉(zhuǎn)一會(huì)才能停下來(lái),在拔掉電源后,發(fā)覺洗衣機(jī)先振動(dòng)得比較小,然后有一陣子振動(dòng)得很猛烈,然后振動(dòng)漸漸減小直至停下來(lái),其間振動(dòng)猛烈的緣由是()A.洗衣機(jī)沒放平衡B.電動(dòng)機(jī)有一陣子轉(zhuǎn)快了C.電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的頻率和洗衣機(jī)的固有頻率相近或相等D.這只是一種偶然現(xiàn)象【解析】選C。洗衣機(jī)脫水時(shí),電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速很快,頻率很大,可以說(shuō)遠(yuǎn)大于洗衣機(jī)的固有頻率,不能發(fā)生共振現(xiàn)象。當(dāng)脫水終止時(shí),隨著電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的減小,頻率也在減小,確定有一段時(shí)間,頻率接近或等于洗衣機(jī)的固有頻率,從而發(fā)生共振現(xiàn)象,反映在宏觀上就是洗衣機(jī)振動(dòng)猛烈?！咀兪接?xùn)練】在試驗(yàn)室可以做“聲波碎杯”的試驗(yàn)。用手指輕彈一只酒杯,可以聽到動(dòng)聽的聲音,測(cè)得這聲音的頻率為500Hz。將這只酒杯放在兩只大功率的聲波發(fā)生器之間,操作人員通過(guò)調(diào)整其發(fā)出的聲波,就能使酒杯碎掉。下列說(shuō)法正確的是()A.操作人員確定要把聲波發(fā)生器的功率調(diào)到最大B.操作人員可能是使聲波發(fā)生器發(fā)出了頻率很高的超聲波C.操作人員確定是同時(shí)增大了聲波發(fā)生器發(fā)出的聲波的頻率和功率D.操作人員只需將聲波發(fā)生器發(fā)出的聲波頻率調(diào)到500Hz【解析】選D。用手指彈酒杯后,酒杯做機(jī)械振動(dòng),其固有頻率為500Hz。使用聲波發(fā)生器時(shí),聲波的頻率等于酒杯的固有頻率時(shí),酒杯發(fā)生共振,此時(shí)酒杯最簡(jiǎn)潔碎掉,故選項(xiàng)A、B、C錯(cuò),D對(duì)。9.(2021·新課標(biāo)全國(guó)卷Ⅱ改編)如圖,一輕彈簧一端固定,另一端連接一物塊構(gòu)成彈簧振子,該物塊是由a、b兩個(gè)小物塊粘在一起組成的。物塊在光滑水平面上左右振動(dòng),振幅為A0,周期為T0。當(dāng)物塊向右通過(guò)平衡位置時(shí),a、b之間的粘膠脫開;以后小物塊a振動(dòng)的振幅和周期分別為A和T,則()A.A>A0T>T0 B.A>A0T=T0C.A<A0T<T0 D.A>A0T<T0【解題指南】解答本題應(yīng)留意以下兩點(diǎn):(1)振子振動(dòng)過(guò)程中機(jī)械能守恒;(2)在平衡位置處質(zhì)量減小后,機(jī)械能減小?！窘馕觥窟xC。物塊以確定的速度通過(guò)平衡位置時(shí),質(zhì)量減小,則振動(dòng)的動(dòng)能減小,也就是系統(tǒng)的機(jī)械能減小,所以能到達(dá)的最大位移減小,振幅減小;由于在這QUOTE周期內(nèi),小物塊仍做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng),而初速度和末速度不變,位移卻減小了,所以運(yùn)動(dòng)時(shí)間減小,即振動(dòng)周期減小。10.如表所示為某受迫振動(dòng)的振幅隨驅(qū)動(dòng)力頻率變化的關(guān)系,若該振動(dòng)系統(tǒng)的固有頻率為f固,則固有頻率為()驅(qū)動(dòng)力頻率/Hz304050607080受迫振動(dòng)振幅/cm10.216.827.228.116.58.3A.f固=40HzB.70HzC.50Hz<f固<60HzD.以上選項(xiàng)都不對(duì)【解析】選C。由共振曲線可推斷出f驅(qū)與f固相差越大,受迫振動(dòng)的振幅越小,f驅(qū)與f固越接近,受迫振動(dòng)的振幅越大,并從表格中看出頻率為40～50Hz時(shí)振幅還在不斷增大,固有頻率不行能等于40Hz,A錯(cuò);另從表格中看出頻率為70Hz時(shí)的振幅小于頻率為60Hz時(shí)的振幅,固有頻率不行能等于70Hz,B錯(cuò);比較各組數(shù)據(jù)知f固可能在50～60Hz范圍內(nèi),C對(duì)。【總結(jié)提升】物體發(fā)生共振與做受迫振動(dòng)的關(guān)系(1)物體做受迫振動(dòng)不愿定發(fā)生共振,但發(fā)生共振的物體確定做受迫振動(dòng)。(2)物體做受迫振動(dòng)時(shí),當(dāng)驅(qū)動(dòng)力的周期(或頻率)等于該物體的固有周期(或固有頻率)時(shí),物體發(fā)生共振。二、試驗(yàn)題(本大題共2小題,共16分)11.(9分)(2022·天津高考)某同學(xué)用試驗(yàn)的方法探究影響單擺周期的因素。(1)他組裝單擺時(shí),在擺線上端的懸點(diǎn)處,用一塊開有狹縫的橡皮夾牢擺線,再用鐵架臺(tái)的鐵夾將橡皮夾緊,如圖所示。這樣做的目的是。(填字母代號(hào))A.保證搖擺過(guò)程中擺長(zhǎng)不變B.可使周期測(cè)量得更加精確C.需要轉(zhuǎn)變擺長(zhǎng)時(shí)便于調(diào)整D.保證擺球在同一豎直平面內(nèi)搖擺(2)他組裝好單擺后在擺球自然懸垂的狀況下,用毫米刻度尺從懸點(diǎn)量到擺球的最低端的長(zhǎng)度L=0.9990m,再用游標(biāo)卡尺測(cè)量擺球直徑,結(jié)果如圖所示,則該擺球的直徑為mm,單擺擺長(zhǎng)為m。(3)下列振動(dòng)圖像真實(shí)地描述了對(duì)擺長(zhǎng)約為1m的單擺進(jìn)行周期測(cè)量的四種操作過(guò)程,圖中橫坐標(biāo)原點(diǎn)表示計(jì)時(shí)開頭,A、B、C均為30次全振動(dòng)的圖像,已知sin5°=0.087,sin15°=0.26,這四種操作過(guò)程合乎試驗(yàn)要求且誤差最小的是。(填字母代號(hào))【解析】(1)試驗(yàn)中要留意減小試驗(yàn)誤差和便于試驗(yàn)操作,題目中的措施可以保證搖擺過(guò)程中擺長(zhǎng)不變,并且便于轉(zhuǎn)變擺長(zhǎng),故選項(xiàng)A、C正確。(2)游標(biāo)卡尺主尺上的讀數(shù)為12mm,游標(biāo)尺上第0條刻度線與主尺刻度線對(duì)齊,所以游標(biāo)卡尺的讀數(shù)為12mm+0×0.1mm=12.0mm單擺的擺長(zhǎng)為l=L-QUOTE=0.9990m-QUOTEm=0.9930m(3)用單擺測(cè)量周期時(shí),為了減小誤差,需使擺角小于5°,且從擺球經(jīng)過(guò)最低點(diǎn)時(shí)開頭計(jì)數(shù),故振幅A≤lsin5°=8.6cm,只有選項(xiàng)A符合要求。答案:(1)A、C(2)12.00.9930(3)A12.(7分)有兩個(gè)同學(xué)利用假期分別去參觀北京高校和南京高校的物理試驗(yàn)室,各拘束那里利用先進(jìn)的DIS系統(tǒng)較精確地探究了“單擺的周期T與擺長(zhǎng)L的關(guān)系”,他們通過(guò)校內(nèi)網(wǎng)交換試驗(yàn)數(shù)據(jù),并由計(jì)算機(jī)繪制了T2-L圖像,如圖甲所示。去北大的同學(xué)所測(cè)試驗(yàn)結(jié)果對(duì)應(yīng)的圖線是(選填“A”或“B”)。另外,在南大做探究的同學(xué)還利用計(jì)算機(jī)繪制了a、b兩個(gè)擺球的振動(dòng)圖像(如圖乙),由圖可知,兩單擺擺長(zhǎng)之比QUOTE=。在t=1s時(shí),b球振動(dòng)方向是。【解析】由單擺的周期公式T=2πQUOTE,解得T2=QUOTEL,即圖像的斜率k=QUOTE,重力加速度大,斜率小,我們知道北京的重力加速度比南京的大,所以去北大的同學(xué)所測(cè)試驗(yàn)結(jié)果對(duì)應(yīng)的圖線是B;從題圖乙可以得出:Tb=1.5Ta,由單擺的周期公式得:Ta=2πQUOTE,Tb=2πQUOTE,聯(lián)立解得:QUOTE=QUOTE;從題圖乙可以看出,t=1s時(shí),b球正在向負(fù)最大位移處運(yùn)動(dòng),所以在t=1s時(shí),b球的振動(dòng)方向沿y軸負(fù)方向。答案:BQUOTE沿y軸負(fù)方向三、計(jì)算題(本大題共4小題,共44分。要有必要的文字說(shuō)明和解題步驟,有數(shù)值計(jì)算的要注明單位)13.(10分)如圖所示,一塊涂有炭黑的玻璃板,質(zhì)量為2kg,在拉力F的作用下,在t=0時(shí)由靜止開頭豎直向上做勻加速運(yùn)動(dòng)。一個(gè)裝有水平振針的振動(dòng)頻率為5Hz的固定電動(dòng)音叉在玻璃板上畫出了圖示曲線,量得OA=1.5cm,BC=3.5cm。求自玻璃板開頭運(yùn)動(dòng),經(jīng)過(guò)多長(zhǎng)時(shí)間才開頭接通電動(dòng)音叉的電源?接通電源時(shí),玻璃板的速度是多大?(g取10m/s2)【解析】由題意可得,振針振動(dòng)周期T0=0.2s,經(jīng)過(guò)OA與BC所用的時(shí)間均為T=QUOTE=0.1s, (2分)則對(duì)玻璃板:sBC-sOA=2aT2, (2分)得a=1m/s2。vA=QUOTE=QUOTE=0.2m/s, (2分)再求O點(diǎn)速度vO=vA-aT=0.1m/s, (2分)由vO=at得時(shí)間t=QUOTE=0.1s, (2分)即經(jīng)過(guò)0.1s才開頭接通電動(dòng)音叉的電源,且接通時(shí)玻璃板的速度為0.1m/s。答案:0.1s0.1m/s14.(10分)如圖所示為一彈簧振子的振動(dòng)圖像,試完成以下問題:(1)寫出該振子簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的表達(dá)式。(2)在第2s末到第3s末這段時(shí)間內(nèi),彈簧振子的加速度、速度、動(dòng)能和彈性勢(shì)能各是怎樣變化的?(3)該振子在第100s時(shí)的位移是多少?前100s內(nèi)的路程是多少?【解析】(1)由振動(dòng)圖像可得:振幅A=5cm,周期T=4s,初相φ=0,則圓頻率ω=QUOTE=QUOTErad/s (2分)故該振子做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的表達(dá)式為x=5sinQUOTEt(cm) (2分)(2)由圖可知,在t=2s時(shí)振子恰好通過(guò)平衡位置,此時(shí)加速度為零,隨著時(shí)間的連續(xù),位移值不斷加大,加速度的值也變大,速度值不斷變小,動(dòng)能不斷減小,彈性勢(shì)能漸漸增大,當(dāng)t=3s時(shí),加速度的值達(dá)到最大,速度等于零,動(dòng)能等于零,彈性勢(shì)能達(dá)到最大值。 (3分)(3)振子經(jīng)過(guò)一個(gè)周期位移為零,路程為5×4cm=20cm,前100s時(shí)剛好經(jīng)過(guò)了25個(gè)周期,所以第100s振子位移x=0,振子路程s=20×25cm=500cm=5m。(3分)答案:(1)x=5sinQUOTEt(cm)(2)見解析(3)05m【總結(jié)提升】對(duì)簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)能量的深刻生疏(1)打算因素:對(duì)于一個(gè)確定的振動(dòng)系統(tǒng),簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的能量由振幅打算,振幅越大,系統(tǒng)的能量越大。(2)能量獲得:系統(tǒng)開頭振動(dòng)的能量是通過(guò)外力做功由其他形式的能轉(zhuǎn)化來(lái)的。(3)能量轉(zhuǎn)化:當(dāng)振動(dòng)系統(tǒng)自由振動(dòng)后,假如不考慮阻力作用,系統(tǒng)只發(fā)生動(dòng)能和勢(shì)能的相互轉(zhuǎn)化,機(jī)械能守恒。(4)抱負(fù)化模型:①?gòu)牧Φ慕嵌确治?簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)沒考慮摩擦阻力。②從能量轉(zhuǎn)化角度分析,簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)沒考慮因阻力做功產(chǎn)生的能量損耗。15.(12分)簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的振動(dòng)圖線可用下述方法畫出:如圖甲所示,在彈簧振子的小球上安裝一支繪圖筆P,讓一條紙帶在與小球振動(dòng)方向垂直的方向上勻速運(yùn)動(dòng),筆P在紙帶上畫出的就是小球的振動(dòng)圖像。取振子水平向右的方向?yàn)檎褡与x開平衡位置的位移正方向,紙帶運(yùn)動(dòng)的距離代表時(shí)間,得到的振動(dòng)圖線如圖乙所示。(1)為什么必需勻速拖動(dòng)紙帶?(2)剛開頭計(jì)時(shí)時(shí),振子處在什么位置?t=17s時(shí)振子相對(duì)平衡位置的位移是多少?(3)若紙帶運(yùn)動(dòng)的速度為2cm/s,振動(dòng)圖線上1、3兩點(diǎn)間的距離是多少?(4)振子在s末負(fù)方向速度最大;在s末正方向加速度最大;2.5s時(shí)振子正在向方向運(yùn)動(dòng)。(5)寫出振子的振動(dòng)方程?！窘馕觥?1)紙帶勻速運(yùn)動(dòng)時(shí),由x=vt知,位移與時(shí)間成正比,因此在勻速條件下,可以用紙帶通過(guò)的位移表示時(shí)間。 (2分)(2)由圖乙可知t=0時(shí),振子在平衡位置左側(cè)最大位移處;周期T=4s,t=17s時(shí)位移為零。 (2分)(3)由x=vt,所以1、3間距x=2cm/s×2s=4cm。 (2分)(4)3s末負(fù)方向速度最大;加速度方向總是指向平衡位置,所以t=0或t=4s時(shí)正方向加速度最大;t=2.5s時(shí),向-x方向運(yùn)動(dòng)。 (3分)(5)x=10sinQUOTEcm。