人教版高中物理选择性必修第一册课后习题 第2章 机械振动 3 简谐运动的回复力和能量 (3).docVIP

人教版高中物理选择性必修第一册课后习题 第2章 机械振动 3 简谐运动的回复力和能量 (3).doc

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3简谐运动的回复力和能量

课后·训练提升

基础巩固

一、选择题(第1~4题为单选题,第5~7题为多选题)

1.(上海卷)真空中有一点P与微粒Q,Q在运动中受到指向P且大小与离开P的位移成正比的回复力,则下列情况有可能发生的是()

A.速度增大,加速度增大 B.速度增大,加速度减小

C.速度增大,加速度不变 D.速度减小,加速度不变

答案B

解析微粒Q向P点运动时,位移减小,回复力减小,根据牛顿第二定律可知加速度减小,这时回复力方向指向P点,和速度方向一致,速度增大,选项A、C错误,B正确。微粒Q远离P点运动时,位移增大,回复力增大,根据牛顿第二定律可知加速度增大,这时回复力方向指向P点,和速度方向相反,速度减小,选项D错误。

2.做简谐运动的弹簧振子中振动物体质量为0.2kg,当它运动到平衡位置左侧20cm时受到的回复力是4N;当它运动到平衡位置右侧40cm时,它的加速度为()

A.20m/s2,向右 B.20m/s2,向左

C.40m/s2,向右 D.40m/s2,向左

答案D

解析因为振动物体运动到平衡位置左侧20cm时受到的回复力是4N,根据F=-k时回复力F=8N,方向向左,根据牛顿第二定律可知加速度a=Fm=80.

3.一弹簧振子在水平方向振动,则当振子远离中心位置时,逐渐增大的是()

A.弹性势能

B.重力势能

C.动能

D.机械能

答案A

解析当振子远离中心位置时,弹簧振子的形变量增大,因此弹性势能增大,选项A正确;弹簧振子在水平方向振动,竖直高度不变,因此重力势能不变,选项B错误;当振子远离中心位置时,速度减小,动能减小,选项C错误;由于只有弹簧弹力做功,系统的机械能守恒,选项D错误。

4.图甲为某个质点做简谐运动的x-t图像,对图乙的下列判断正确的是()

A.图(1)可作为v-t图像

B.图(2)可作为F-t图像

C.图(3)可作为F-t图像

D.图(4)可作为a-t图像

答案C

解析t=0时刻,质点在平衡位置,速度最大且沿x轴的正方向,选项A错误。根据回复力F=-kx和牛顿第二定律,加速度和回复力总与位移方向相反,且与位移大小成正比,所以选项C正确,B、D错误。

5.下图为两个相同的弹簧振子,但偏离平衡位置的最大距离不同。振动图像如下,已知弹簧劲度系数都是k,弹性势能公式为E弹=12kx2

A.甲的振动能量是乙的4倍

B.甲的振动频率是乙的2倍

C.乙的振动周期是甲的1

D.甲、乙所受回复力最大值之比为1∶2

答案AB

解析甲、乙振动的振幅之比为2∶1,根据Ep=12kA2可知,甲、乙振动的能量之比为4∶1,选项A正确。由振动图像可知,乙的周期是甲的周期的2倍,则甲的振动频率是乙的2倍,选项B正确,C错误。根据回复力F=-kx可知,甲、乙所受回复力最大值之比为2∶

6.如图所示,弹簧上面固定一质量为m的小球,小球在竖直方向上做振幅为A的简谐运动,当小球振动到最高点时弹簧正好为原长,则在振动过程中()

A.小球最大动能应小于mgA

B.弹簧的弹性势能和小球动能总和保持不变

C.弹簧最大弹性势能等于2mgA

D.小球在最低点时的弹力大于2mg

答案AC

解析小球到达平衡位置时动能最大,有mgA=12mv2+Ep,故小球的最大动能小于mgA,选项A正确。简谐运动过程中机械能守恒,因此动能、重力势能和弹性势能之和保持不变,选项B错误。从最高点到最低点,重力势能全部转化为弹性势能,Epm

7.弹簧振子做简谐运动的振动图像如图所示,可以判定 ()

A.t1到t2时间内系统的动能不断增大,势能不断减小

B.t2到t3时间内动能先增大再减小

C.t3时刻振动物体处于平衡位置处,动能最大

D.t1、t4时刻振动物体的动能、速度都相同

答案AC

解析t1到t2时间内,x减小,弹力做正功,系统的动能不断增大,势能不断减小,选项A正确;t2到t3时间内,动能先减小后增大,选项B错误;t3时刻振动物体位移为零,处于平衡位置,速度最大,动能最大,选项C正确;t1和t4时刻振动物体的位移相同,即位于同一位置,其速度等大反向,动能相同,选项D错误。

二、非选择题

8.有一个弹簧的劲度系数为100N/m、小球的质量为0.5kg的弹簧振子,让其在水平方向上的B、C之间做简谐运动。已知B、C间的距离为20cm,振动物体在2s内完成了10次全振动。求:

(1)振动物体的振幅和周期;

(2)振动物体振动过程中处于最大位移处的加速度大小。

答案(1)10cm0.2s(2)20m/s2

解析(1)小球的振幅A=12lBC

周期T=tn

(2)小球振动过程中处于最大位移处的加速度大小

am=kAm=100×0.1

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