2022—2023学年高二粤教版（2019）选择性必修第一册 第二章 机械振动 单元检测卷1（含解析）

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2022—2023学年高二粤教版（2019）选择性必修第一册 第二章 机械振动 单元检测卷1（含解析）一、单选题（共28分）1．一质点做简谐运动的振动图像如图所示，在和时刻这个质点的（　　）A．加速度相同 B．位移相同C．速度相同 D．回复力相同2．某质点的振动图像如图所示，该质点的速度方向始终沿x轴正方向的时间段为（　　） A．t=0～2s B．t=1～3s C．t=2～4s D．t=3～5s3．如图甲所示， 弹簧振子以 点为平衡位置， 在两点之间做简谐运动，取 到 为正方向，振子的位移 随 时间 的变化如图C所示，下列说法正确的是（　　）A． 时， 振子在 点右侧 处B． 和 时，振子的加速度完全相同C． 时， 振子的速度方向为负方向D． 到 的时间内， 振子的速度逐渐减小4．如图所示为单摆在两次受迫振动中的共振曲线，下列说法正确的是（　　）A．若两次受迫振动分别在月球上和地球上进行，且摆长相等，则图线Ⅱ是月球上的单摆共振曲线B．若两次受迫振动均在地球上同一地点进行的，则两次摆长之比为C．图线Ⅱ若是在地球表面上完成的，则该单摆摆长约为D．若摆长均为1m，则图线Ⅰ是在地球表面上完成的5．《枫桥夜泊》中有名句：“姑苏城外寒山寺，夜半钟声到客船”。其中，当钟声传到客船时，对大钟的撞击早已停止了，但仍感觉“余音未绝”，分析其原因可能是（　　）A．大钟的回声 B．大钟在继续振动，空气中继续形成声波C．人的听觉发生“暂留”的缘故 D．大钟虽停止振动，但空气仍在振动6．一弹簧振子做简谐运动的图象如图所示，则下列说法正确的是（　　）A．它的振幅为0.1cm B．它在0.15s和0.25s时速度相等C．它在0.5s内通过的路程为0.4 m D．它在0.1s和0.3s时位移相等7．如图所示，质量为m的小球静止在竖直放置的轻弹簧上，小球和弹簧拴接在一起。现用大小为的拉力F竖直向上拉动小球，当小球向上运动的速度达到最大时撤去拉力。已知弹簧始终处于弹性限度内，弹簧的劲度系数为k，重力加速度为g。下列说法正确的是（　　） A．小球运动到最高点时，弹簧处于压缩状态B．小球返回到初始位置时的速度大小为C．小球由最高点返回到初始位置的过程，小球的动能先增加后减少D．小球由最高点运动到最低点的过程，小球和弹簧组成的系统势能一直减小二、多选题（共12分）8．劲度系数为20N/m的水平弹簧振子，它的振动图像如图所示，则图线上的P点反映出此时刻（　　）A．弹簧振子的运动方向沿x轴正向B．弹簧振子的运动方向沿x轴负向C．由t＝0到图线上P点时刻振子所经过的路程为37.5cmD．由t＝0到图线上P点所示时刻的这段时间内，振子运动的位移为2.5cm9．如图甲所示，一弹簧振子在A、B间做简谐运动，O为平衡位置，图乙是弹簧振子做简谐运动时的位移—时间图象，则关于弹簧振子的加速度随时间的变化规律，下列四个图象中不正确的是（　　）A． B． C． D．10．如图甲所示为以O点为平衡位置，在A、B两点间做简谐运动的弹簧振子，图乙为这个弹簧振子的振动图像，由图可知下列说法中正确的是（　　）A．在t＝0.2 s时，弹簧振子的加速度为正向最大B．从t＝0到t＝0.2 s时间内，弹簧振子做加速度增大的减速运动C．在t＝0.6 s时，弹簧振子有最小的弹性势能D．在t＝0.2 s与t＝0.6 s两个时刻，振子的速度都为零三、实验题（共15分）11．“利用单摆测重力加速度”的实验中：（1）用游标卡尺测量小钢球直径，读数如图所示，读数为________mm；（2）下列最合理的装置是_________；A． B．C． D．（3）测单摆周期时，当摆球经过平衡位置时开始计时并计1次，测出经过该位置N次所用时间为t，则单摆周期为T＝________；（4）该同学根据实验数据，利用计算机拟合得到的方程为：T2＝4.04l+0.05。由此可以得出当地重力加速度g＝________m/s2（π取3.14，结果保留2位有效数字），从方程中可知T2与l没有成正比关系，其原因可能是________。A．计算摆长时，可能加了小球的直径B．小球摆动过程中，可能摆角太大C．开始计时时，小球可能在最高点D．计算摆长时，可能只算了绳长12．在“用单摆测定重力加速度”的实验中：（1）小博同学制作了如图所示的甲、乙、丙三个单摆，你认为他应选用_______图来做实验。 （2）实验过程小博同学分别用了图a、b的两种不同方式悬挂小钢球，你认为_______（选填“a”或“b”）悬挂方式较好。（3）某同学用秒表测得单摆完成40次全振动的时间如图1所示，则单摆的周期为_______s。 （4）若单摆在任意摆角θ时的周期公式可近似为，式中T0为摆角趋近于0°时的周期，a为常数；为了用图像法验证该关系式，需要测量的物理量有_______；某同学在实验中得到了如图2所示的图线，则图线的斜率表示。四、解答题（共45分）13．如图所示，轻弹簧上端固定，下端连接一小物块，物块沿竖直方向做简谐运动，其偏离平衡位置的位移随时间的变化规律满足（以竖直向下为正方向）。已知t＝0时一小球从与弹簧上端等高处由静止开始自由落下，t＝0.3s时小球恰好与物块处于同一高度，取重力加速度大小。求：（1）0~0.3s时间内物块通过的路程s；（2）小物块的平衡位置到弹簧上端的距离d。14．如图甲所示，水平方向的弹簧振子，什么力充当回复力；如图乙所示，竖直方向的弹簧振子，什么力充当回复力；如图丙所示，m随M一起振动，m的回复力由什么力提供。15．简述自由振动、阻尼振动和受迫振动的特点和区别。16．波源的振动能否是无阻尼的自由振动?为什么?
参考答案1．C【解析】【详解】ABD．由振动图像可知，和时刻质点的位移大小相等、方向相反，则加速度和回复力也大小相等、方向相反，故A、B、D错误；C．在和时刻质点的位置关于平衡位置对称，而且都沿负方向运动，所以速度相同，故C正确；故选C。2．C【解析】【详解】A．0～2s内质点的速度方向始终沿x轴负方向，故A不符合题意；B．1～3s内质点的速度方向先沿x轴负方向，后沿x轴正方向，故B不符合题意；C．2～4s内质点的速度方向始终沿x轴正方向，故C符合题意；D．3～5s内质点的速度方向先沿x轴正方向，后沿x轴负方向，故D不符合题意。故选C。3．C【解析】【详解】A．在0～0.4s内，振子做变速运动，不是匀速运动，所以t=0.2s时，振子不在O点右侧6cm处，根据数学知识可知此时振子的位移为，故A错误；B．t=0.4s和t=1.2s时，振子的位移最大，由知加速度最大，但方向不同，故B错误；C．由乙图可知，t=0.8s时，振子位移为0，说明振子正通过平衡位置，振子的速度负向最大，故C正确；D． 到 的时间内， 振子向平衡位置运动，速度逐渐增大，故D错误。故选C。4．C【解析】【详解】AD．当受迫振动的频率等于单摆的固有频率，将发生共振，振幅最大，若两次受迫振动分别在月球和地球上进行，因为图线单摆的固有频率较小，则固有周期较大，根据单摆的周期公式知周期大的重力加速度小，则图线Ⅰ是月球上单摆的共振曲线，故AD错误；B．若两次受迫振动均在地球上同一地点进行的，则重力加速度相等，因为固有频率之比为，则固有周期比之为，根据知摆长之比为故B错误；C．图线Ⅱ若是在地球表面上完成的，则固有频率为，则由解得故C正确。故选C。5．B【解析】【详解】停止对大钟的撞击后，大钟做阻尼振动，仍在空气中形成声波，随着能量的减弱，钟声逐渐消失。故选B。6．B【解析】【详解】A．由简谐运动图像可知，振幅为故A错误；B．图像的斜率表示速度，在0.15s和0.25s时，图像的斜率相同，所以速度相同，故B正确；C．图像在一个周期0.4s内通过的路程为所以在0.5s内通过的路程大于0.4m，故C错误；D．由图像可知，在0.1s和0.3s时位移大小相等，方向相反，故D错误。故选B。7．A【解析】【详解】A．设开始弹簧被压缩的长度为x0，根据平衡条件得撤去拉力F时，小球的速度最大，合力等于零，设此时弹簧被压缩的长度为x1，根据平衡条件得 解得 如果不撤去拉力，小球将做振幅为 的简谐运动，最高点在弹簧原长位置；撤去拉力后，小球的最高点将在弹簧原长位置以下，所以小球运动到最高点时，弹簧处于压缩状态，A正确；B．小球从初位置到返回初始位置的过程中，根据动能定理得 解得B错误；C．小球由最高点返回到初始位置的过程，弹簧的弹力始终小于小球的重力，小球的合力始终向下，合力始终做正功，小球的动能始终增加，C错误；D．小球由最高点运动到最低点的过程，小球的动能先增加后减小，因小球和弹簧组成的系统机械能守恒，则系统的势能先减小后增大，D错误。故选A。8．AC【解析】【详解】AB．P点稍后的时刻，质点的正向位移大于xP＝2.5cm，所以可以判定弹簧振子在时刻tP运动方向沿x轴正方向， B错误A正确；C．由图像知，在0～3.5s这段时间内，振子所通过的路程为3.5s末到tP的这段时间Δt内再通过2.5cm，所以路程C正确；D．位移是矢量，振动的位移是指振动质点相对于平衡位置的距离，P点所在位置为＋2.5cm.但运动的位移则是指质点在某段时间的初、末两时刻位置的变化，在t＝0时刻振子在＋5cm处，在tP时刻振子在＋2.5cm处，所以其运动的位移为－2.5cm，其大小为2.5cm，方向沿x轴负方向，D错误。故选AC。9．ABD【解析】【详解】根据简谐运动振子的加速度与位移的关系得到t=0时刻振子的加速度a=0，而且在前半个周期内加速度为负值。简谐运动的x-t图象是正弦曲线，则a-t图象也是正弦曲线，不正确的是ABD。故选ABD。10．BD【解析】【详解】A．在t＝0.2 s时，弹簧振子的位移为正向最大值，而弹簧振子的加速度大小与位移大小成正比，方向与位移方向相反，故A错误；B．从t＝0到t＝0.2 s时间内，弹簧振子从平衡位置向正向最大位移处运动，位移逐渐增大，加速度逐渐增大，加速度方向与速度方向相反，弹簧振子做加速度增大的减速运动，故B正确；C．在t＝0.6 s时，弹簧振子的位移为负向最大值，即弹簧的形变量最大，弹簧振子的弹性势能最大，故C错误；D．在t＝0.2 s与t＝0.6 s两个时刻，振子在最大位移处，速度为零，故D正确。故选BD。11．     9.7或9.8     D          9.8     D【解析】【详解】（1）[1]用游标卡尺测量小钢球直径读数为9mm+0.1mm×7=9.7mm（2）[2]固定摆线时要用铁夹夹住固定，防止摆球摆动时摆长变化；摆球要用质量大体积相对较小的铁球，以减小相对阻力；摆线要用无弹力的细丝线；故选D。（3）[3]单摆周期为（4）[4]根据可得则解得g=9.8m/s2 [5]由T2＝4.04l+0.05可知图像在纵轴上有正截距，可能是计算摆长时忘记加上了小球的半径，即计算摆长时只算了绳长；若是计算摆长时加了小球的直径，则图像在纵轴出现负截距；而摆角大小对周期无影响；而开始计时时小球在最高点，可能会造成测量周期的误差，则对图像的斜率有影响，从而影响重力加速度的测量值，综上所述，选项D正确，ABC错误。故选D。12．     乙     b     1.85     T（或t、n）、θ【解析】【详解】（1）[1]单摆在摆动过程中，阻力要尽量小甚至忽略不计，应选择密度大的球，所以摆球选铁球；悬线要无弹性，直径小，摆长不能过小，一般取1m左右的细线，故选乙；（2）[2]a装置，摆动过程中，摆长在不断变化，无法准确测量，b装置在摆动过程中，摆长固定，应选b装置；（3）[3]由图可知，单摆完成40次全振动的时间单摆的周期为（4）根据可知，需要测量的物理量有T（或t、n）、θ，由整理得所以图线的斜率为13．（1）0.75m；（2）0.3m【解析】【详解】（1）小物块做简谐运动的振幅A＝0.15m，设小物块做简谐运动的周期为T，则有解得所以0~0.3s内物块运动的路程（2）设小球在0.3s内下降的高度为h，t＝0.3s时物块的位移为，则有解得14．见解析【解析】【详解】如图甲所示，水平方向的弹簧振子，弹簧弹力充当回复力；如图乙所示，竖直方向的弹簧振子，弹簧弹力与重力的合力充当回复力；如图丙所示，m随M一起振动，m的回复力由M对m的摩擦力提供。15．见解析【解析】【详解】自由振动：振动的系统在外力的作用下物体离开平衡位置以后就能自行按其固有频率振动，而不再需要外力的作用，这种不在外力的作用下的振动称为自由振动。理想情况下的自由振动叫无阻尼自由振动，自由振动时的周期叫固有周期，自由振动时的频率叫固有频率，它们由振动系统自身条件所决定的。阻尼振动：由于振动系统受到摩擦和介质阻力或其他能耗而使振幅随时间逐渐衰减的振动，又称减幅振动、衰减振动。不论是弹簧振子还是单摆由于外界的摩擦和介质阻力总是存在，在振动过程中要不断克服外界阻力做功，消耗能量，振幅就会逐渐减小，经过一段时间，振动就会完全停下来，在停下来前振动频率不变，仍等于固有频率。受迫振动：振动系统在周期性的外力作用下，其所发生的振动称为受迫振动。受迫振动达到稳定状态时，其振动的频率与驱动力频率相同，而与物体的固有频率无关；当驱动力的频率等于振动系统的固有频率时，受迫振动系统的振幅达到最大。16．见解析【解析】【详解】不能是自由振动，不然波源和外界无相互作用，不能把能量传播出去，也就无法形成波动。