2025年高考物理复习之小题狂练600题(解答题):机械振动(10题).docx

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2025年高考物理复习之小题狂练600题(解答题):机械振动(10题)

一.解答题(共10小题)

1.(2024?东城区一模)平抛运动、简谐运动、匀速圆周运动是三种典型的质点运动模型,初速度和受力情况的不同决定了质点做何种运动。

(1)平抛运动是加速度为重力加速度g的匀变速曲线运动。一质点以初速度v0在竖直面内做平抛运动,以抛出点为原点,以v0的方向为x轴的正方向,竖直向下为y轴的正方向建立坐标系。

a.某时刻质点速度与水平方向的夹角为θ,质点相对于抛出点的位移与水平方向的夹角为α,请证明θ与α满足:tanθ=2tanα;

b.请写出质点的轨迹方程。

(2)简谐运动的质点所受回复力F与位移x成正比,且方向总和位移相反,即F=﹣kx,其中k为常数。

如图所示,竖直平面内有一光滑的抛物线轨道,其轨迹方程与(1)问中求得的结果相同。现有一质量为m的小珠子套在轨道上,且可在轨道上自由滑动。若将小珠子从轨道上距轨道中心O点很近的地方由静止释放,小珠子将围绕O点做往复运动。请证明小珠子在轨道中心O点附近的往复运动是简谐运动(当θ很小时,sinθ≈tanθ)。

(3)做匀速圆周运动的质点,其合力总指向圆心,大小等于质量乘以向心加速度。若第(2)问的抛物线轨道绕y轴转动,请讨论并说明当以不同角速度匀速转动时,小珠子能否相对轨道静止?若能,请说明相对静止的位置。

2.(2024?泰州模拟)如图所示,一根粗细均匀的木筷下端绕有几圈铁丝,竖直浮在一个较大的盛水容器中,以木筷静止时下端所在位置为坐标原点O建立直线坐标系,把木筷往下压一段距离x=10cm后放手,木筷就在水中上下振动。已知水的密度为ρ,重力加速度为g,不计水的阻力。

(1)试证明木筷的振动是简谐运动;

(2)观测发现筷子每10秒上下振动20次,从释放筷子开始计时,写出筷子振动过程位移随时间变化的关系式。

3.(2024?昌平区二模)如图所示,一单摆的摆长为l,摆球质量为m,固定在悬点O。将摆球向右拉至N点,由静止释放,摆球将在竖直面内来回摆动,其中P点为摆动过程中的最低位置。摆球运动到N点时,摆线与竖直方向的夹角为θ(约为5°),θ很小时可近似认为sinθ≈θ、PN=PN。重力加速度为

(1)请证明摆球的运动为简谐运动。

(2)如图2甲所示,若在O点正下方34l的O处放置一细铁钉,当摆球摆至P

a.求摆球摆动一个周期的时间T;

b.摆球向右运动到P点时,开始计时,设摆球相对于P点的水平位移为x,且向右为正方向。在图乙中定性画出摆球在开始一个周期内的x﹣t关系图线。

4.(2024?重庆三模)如图1所示,劲度系数为k的水平轻弹簧左端固定在竖直墙壁上,右端连接一质量为m且可视为质点的物块甲,物块甲处于光滑水平面上,O点为弹簧的原长位置。将物块甲向左缓慢移动至与O点相距x0的P点,在O点放置一质量为m且可视为质点的物块乙,然后将物块甲从P点由静止开始无初速度释放,物块甲与物块乙碰撞后立即粘合在一起运动,碰撞时间极短可不计。已知质点振动时,如果使质点回到平衡位置的回复力满足F回复=﹣kx(式中x为质点相对平衡位置的位移,k为比例系数),则质点做简谐运动,且周期T=2πmk;弹簧形变量为x时的弹性势能Ep

(1)求物块甲与物块乙碰撞粘合在一起后瞬时速度大小,以及碰撞后甲、乙一起第一次回到O点所经过的时间;

(2)如图2所示,移走物块乙,将物块甲置于粗糙水平面上,物块甲与粗糙水平面间的动摩擦因数为μ,最大静摩擦力等于滑动摩擦力,其他条件不变且x0=21μmg2k

5.(2024?衡水三模)如图所示,倾角θ=37°的光滑斜面固定,斜面下端有固定挡板,质量分别为mA=2kg、mB=5kg的滑块A、B用轻弹簧相连放置在斜面上处于静止状态,滑块A与挡板接触。现将质量为mC=1kg的滑块C在斜面上与B相距d=3m处由静止释放,C与B发生弹性碰撞,碰后立即将C取走,B在斜面上做简谐运动。重力加速度g=10m/s2,sin37°=0.6,弹簧的劲度系数为k=100N/m且弹簧始终在弹性限度内,已知弹簧的弹性势能为Ep=12kx2(k为弹簧的劲度系数,x

(1)物块C与B碰后瞬间的速度分别为多大;

(2)物块C与B碰后B做简谐运动的振幅;

(3)若物块C从斜面上某处由静止释放后,C与B碰后粘在一起做简谐运动且A恰好未离开挡板,求:

①A对挡板压力的最大值;

②物块C从斜面上由静止释放时与B的距离。

6.(2024?上海二模)摆钟是最早能够精确计时的一种工具,如图1所示。十七世纪意大利天文学家伽利略研究了教堂里吊灯的运动,发现单摆运动具有等时性,后人根据这一原理制成了摆钟,其诞生三百多年来,至今还有很多地方在使用。完成下列问题:

(1)把摆钟的钟摆简化成一个单摆。如果一个摆钟

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