高考物理一轮复习课时练习 第8章第1练　机械振动（含详解）

1.如图所示，弹簧振子在A、B之间做简谐运动，O为平衡位置，测得A、B间距为6cm，小球完成30次全振动所用时间为60s，则()A．该振子振动周期是2s，振幅是6cmB．该振子振动频率是2HzC．小球完成一次全振动通过的路程是12cmD．小球过O点时开始计时，3s内通过的路程为24cm2．(2024·甘肃天水市期中)如图甲所示为以O点为平衡位置，在A、B两点间运动的弹簧振子，图乙为这个弹簧振子的振动图像，则下列说法正确的是()A．在t＝0.2s时，弹簧振子的加速度为正向最大B．在t＝0.1s与t＝0.3s两个时刻，弹簧振子的速度相同C．从t＝0到t＝0.2s时间内，弹簧振子做加速度增大的减速运动D．在t＝0.6s时，弹簧振子有最小的位移3.(2023·贵州遵义市模拟)如图所示，某小组同学用细线悬挂一个去掉柱塞的注射器，注射器内装满墨汁。注射器在小角度内摆动过程中，沿着垂直于注射器摆动的方向匀速拖动木板，注射器下端与木板距离很小。其中墨迹上A、B两点到OO′的距离均为注射器振幅的一半。不计空气阻力，则()A．在不同地方重复该实验，摆动周期一定相同B．注射器从A点上方摆到B点上方的时间小于eq\f(1,4)摆动周期C．注射器在A点上方与在B点上方时加速度相同D．在一个摆动周期内，形成墨迹的轨迹长度等于4倍振幅4．(2024·广西河池市开学考)如图甲所示，竖直悬挂弹簧振子在C、D两点之间做简谐运动，O点为平衡位置，振子到达D点开始计时，规定竖直向下为正方向。图乙是弹簧振子做简谐运动的x－t图像，则()A．弹簧振子从D点经过O点再运动到C点为一次全振动B．图乙中的P点时刻振子的速度方向与加速度方向都沿正方向C．弹簧振子的振动方程为x＝0.1sin(2πt＋eq\f(3π,2))mD．弹簧振子在前2.5s内的路程为1m5.(2024·江苏镇江市检测)如图所示，固定在竖直平面内的光滑圆弧轨道对应的圆心角的度数很小，O是圆弧的最低点。两个完全相同的小球M、N(可视为质点)从圆弧左侧的不同位置同时释放。它们从释放到O点过程中都经过图中的P点。下列说法正确的是()A．M比N后到达O点B．M、N通过P点时所受的回复力相同C．M有可能在P点追上N并与之相碰D．从释放到O点过程中，重力对M的冲量比重力对N的冲量大6.(2023·广东江门市一模)轿车的“悬挂系统”是指由车身与轮胎间的弹簧及避震器组成的整个支持系统。已知某型号轿车“悬挂系统”的固有频率是2Hz。如图所示，这辆轿车正匀速通过某路口的条状减速带，已知相邻两条减速带间的距离为1.0m，该车经过该减速带过程中，下列说法正确的是()A．当该轿车通过减速带时，车身上下振动的频率均为2Hz，与车速无关B．该轿车通过减速带的速度越大，车身上下颠簸得越剧烈C．当该轿车以2m/s的速度通过减速带时，车身上下颠簸得最剧烈D．当该轿车以不同速度通过减速带时，车身上下颠簸的剧烈程度一定不同7.(2023·上海市二模)摆球质量为m的单摆做简谐运动，其动能Ek随时间t的变化关系如图所示，重力加速度为g，则该单摆()A．摆长为eq\f(gt\o\al(02),4π2)B．摆长为eq\f(gt\o\al(02),π2)C．摆球向心加速度的最大值为eq\f(π2E0,2mgt\o\al(02))D．摆球向心加速度的最大值为eq\f(2π2E0,mgt\o\al(02))8.(多选)(2023·河北保定市二模)如图所示，劲度系数为k的竖直轻弹簧下端固定在水平地面上，上端拴接一质量为m的物体A，初始时系统处于静止状态，弹簧的弹性势能大小为E，将另一与A完全相同的物体B轻放在A上，重力加速度为g，关于物体A、B之后在竖直方向上的运动，下列说法正确的是()A．物体B被弹簧弹回到某位置后将脱离物体A向上运动B．A、B运动过程中的最大加速度为gC．A、B运动过程中的最大加速度为eq\f(g,2)D．弹簧的最大弹性势能为eq\f(4m2g2,k)＋E9.(多选)(2023·湖北十堰市检测)如图所示，质量为1.44kg的小球(视为质点)在B、C两点间做简谐运动，O点是它振动的平衡位置。若从小球经过O点开始计时，在t1＝0.1s时刻小球第一次经过O、B两点间的M点(图中未画出)，在t2＝0.5s时刻小球第二次经过M点，已知弹簧振子的周期T＝2πeq\r(\f(m,k))，其中m为小球的质量，k为弹簧的劲度系数，取π2＝10，则下列说法正确的是()A．弹簧振子的周期为1.2sB．弹簧的劲度系数为80N/mC．在t3＝1.3s时刻，小球第四次经过M点D．O、M两点间的距离为5cm10.(2023·江苏扬州市三模)如图所示，“杆线摆”可以绕着固定轴OO′来回摆动。摆球的运动轨迹被约束在一个倾斜的平面内，这相当于单摆在光滑斜面上来回摆动。轻杆水平，杆和线长均为L，重力加速度为g，摆角很小时，“杆线摆”的周期为()A．2πeq\r(\f(\r(3)L,g)) B．2πeq\r(\f(L,g))C．2πeq\r(\f(2L,g)) D．2πeq\r(\f(2\r(3)L,3g))11．(多选)(2024·河南焦作市检测)下端附着重物的粗细均匀木棒，竖直浮在河面，在重力和浮力作用下，沿竖直方向做频率为1Hz的简谐运动；与此同时，木棒在水平方向上随河水做匀速直线运动，如图(a)所示。以木棒所受浮力F为纵轴，木棒水平位移x为横轴建立直角坐标系，浮力F随水平位移x的变化如图(b)所示。已知河水密度为ρ，木棒横截面积为S，重力加速度大小为g。下列说法正确的是()A．x从0.05m到0.15m的过程中，木棒的动能先增大后减小B．x从0.21m到0.25m的过程中，木棒加速度方向竖直向下，大小逐渐变小C．x＝0.35m和x＝0.45m时，木棒的速度大小相等，方向相反D．木棒在竖直方向做简谐运动的振幅为eq\f(F1－F2,2ρSg)12.(多选)(2023·山东卷·10)如图所示，沿水平方向做简谐振动的质点，依次通过相距L的A、B两点。已知质点在A点的位移大小为振幅的一半，B点位移大小是A点的eq\r(3)倍，质点经过A点时开始计时，t时刻第二次经过B点，该振动的振幅和周期可能是()A.eq\f(2L,\r(3)－1)，3t B.eq\f(2L,\r(3)－1)，4tC.eq\f(2L,\r(3)＋1)，eq\f(12,5)t D.eq\f(2L,\r(3)＋1)，eq\f(12,7)t13.(多选)(2024·山东省联考)如图所示，沿水平方向做简谐运动的质点，以相等的速率依次通过相距0.2m的A、B两点。质点经过A点时开始计时，t1＝1s时经过B点，t2＝3s时也刚好经过B点，则该质点简谐运动的振幅和周期可能是()A．0.1m,1s B．0.1m,0.4sC．0.2m,0.4s D．0.2m，eq\f(6,7)s第1练机械振动1．C[由题意可知T＝eq\f(60,30)s＝2s，A＝eq\f(6,2)cm＝3cm，A错误；f＝eq\f(1,T)＝0.5Hz，B错误；小球完成一次全振动通过的路程为振幅的4倍，即s0＝4×3cm＝12cm，C正确；小球在3s内通过的路程为s＝eq\f(t,T)×4A＝eq\f(3,2)×4×3cm＝18cm，D错误。]2．C[在t＝0.2s时，弹簧振子的位移为正向最大，加速度为负向最大，故A错误；在t＝0.1s与t＝0.3s两个时刻，弹簧振子的位移相同，说明弹簧振子在同一位置，速度大小相同，但是方向相反，故B错误；从t＝0到t＝0.2s时间内，弹簧振子的位移增大，加速度增大，速度减小，所以弹簧振子做加速度增大的减速运动，故C正确；在t＝0.6s时，弹簧振子的位移为负方向最大，故D错误。]3．B[注射器做单摆运动，周期为T＝2πeq\r(\f(l,g))，不同地方重力加速度不同，在不同地方重复该实验，摆动周期不一定相同，故A错误；在一个摆动周期内，注射器从最高位置运动至平衡位置所需的时间为eq\f(T,4)，离平衡位置越近，注射器摆动得越快，可知注射器从A点上方运动至平衡位置的时间小于eq\f(T,8)，同理可知注射器从平衡位置运动至B点上方的时间小于eq\f(T,8)，故注射器从A点上方摆到B点上方的时间小于eq\f(1,4)摆动周期，故B正确；注射器在A点上方与在B点上方时，注射器的位移大小相同，方向相反，根据a＝eq\f(F,m)＝eq\f(－kx,m)，可知注射器在A点上方与在B点上方时加速度大小相同，方向相反，故C错误；在一个摆动周期内，注射器在平衡位置附近摆动，摆动的路程等于4倍振幅，匀速拖动木板，可知木板在OO′方向上的路程不为零，故在一个摆动周期内，形成墨迹的轨迹长度大于4倍振幅，故D错误。]4．D[弹簧振子从D点经过O点运动到C点然后再经过O点回到D点为一次全振动，故A错误；题图乙中的P点时刻振子的速度方向沿负方向，加速度方向沿正方向，故B错误；由题图乙知周期为T＝1s，弹簧振子的振幅为A＝0.1m，则ω＝eq\f(2π,T)＝2πrad/s，规定竖直向下为正方向，振子到达D点开始计时，t＝0时刻位移为0.1m，可知初相位为eq\f(π,2)，则弹簧振子的振动方程为x＝0.1sin(2πt＋eq\f(π,2))m，故C错误；弹簧振子在前2.5s内的路程为s＝eq\f(5,2)×4A＝10A＝1m，故D正确。]5．B[根据T＝2πeq\r(\f(L,g))，两个小球做简谐运动的周期相同，M、N同时到达O点，故A错误；M、N通过P点时所受的回复力相同，均为小球在该点重力沿着切线方向的分力，故B正确；M、N同时到达O点，则M不可能在P点追上N并与之相碰，故C错误；从释放到O点过程中，根据I＝mgt，重力对M的冲量等于重力对N的冲量，故D错误。]6．C[当轿车以速度v通过减速带时，车身上下振动的周期为T＝eq\f(L,v)，则车身上下振动的频率为f＝eq\f(1,T)＝eq\f(v,L)，该值与车速有关，故A错误；车身上下振动的频率与车身系统的固有频率越接近，车身上下振动的幅度越大，即当车速满足f＝eq\f(v,L)＝2Hz，即v＝2m/s，车身上下颠簸得最剧烈，故B错误，C正确；当该轿车以不同速度通过减速带时，车身上下振动的频率可能分别大于或小于车身系统的固有频率，车身上下颠簸的剧烈程度可能相同，故D错误。]7．C[由题图可知，单摆的周期T＝4t0，根据单摆周期公式T＝2πeq\r(\f(l,g))，解得l＝eq\f(4gt02,π2)，故A、B错误；摆球到最低点的动能Ek＝E0＝eq\f(1,2)mv2，向心加速度的最大值为a＝eq\f(v2,l)，解得a＝eq\f(π2E0,2mgt02)，故C正确，D错误。]8．CD[初始时，A、B的加速度最大，对A、B组成的系统，根据牛顿第二定律有2mg－kx1＝2ma，kx1＝mg，解得a＝eq\f(g,2)，故B错误，C正确；当两物体运动到最低点时，其速度为零，弹簧的弹性势能达到最大，根据简谐运动的对称性有kx2－2mg＝2ma，解得x2＝eq\f(3mg,k)，对A、B和弹簧组成的系统根据机械能守恒定律有Epmax＝2mg(x2－x1)＋E＝eq\f(4m2g2,k)＋E，故D正确；由于A、B在运动过程中的最大加速度为eq\f(g,2)，所以物体B将始终受到向下的重力和A对B向上的支持力，所以B被弹簧弹回到某位置后将不会脱离物体A向上运动，故A错误。]9．AD[根据题意可知，小球从t＝0开始先向右运动(先向左运动的情况不符合题意)，M点到B点的时间为t0＝eq\f(t2－t1,2)＝0.2s，则eq\f(T,4)＝t0＋t1＝0.3s，T＝1.2s，故A正确；根据T＝2πeq\r(\f(m,k))，代入数据得k＝40N/m，故B错误；小球第三次经过M点时间t3＝t2＋t1＋eq\f(T,2)＋t1＝1.3s，故C错误；小球做简谐运动，有y＝Asinωt＝Asin

eq\f(2π,T)t＝10sin

eq\f(5π,3)t(cm)，t1＝0.1s时，y＝5cm，即O、M两点间的距离为5cm，故D正确。]10．A[由于摆球绕OO′轴转动，摆球的运动轨迹被约束在一个倾斜的平面内，则在摆角很小时，重力沿图中虚线向下的分力的沿摆球摆动的切线方向的分力提供回复力，“杆线摆”的摆长为l＝Lcos30°＝eq\f(\r(3),2)L，摆球沿虚线方向等效重力G′＝Gcos60°＝eq\f(1,2)mg＝mg′，故g′＝eq\f(1,2)g，“杆线摆”的周期为T＝2πeq\r(\f(l,g′))＝2πeq\r(\f(\r(3)L,g))，故选A。]11．ABD[由简谐运动的对称性可知，水平位移为0.1m、0.3m、0.5m时木棒处于平衡位置；x从0.05m到0.15m的过程中，木棒从平衡位置下方向上移动，经平衡位置后到达平衡位置上方，速度先增大后减小，所以动能先增大后减小，故A正确；x从0.21m到0.25m的过程中，木棒从平衡位置上方向平衡位置移动，加速度竖直向下，大小逐渐减小，故B正确；x＝0.4m时木棒位于最低点，x＝0.35m和x＝0.45m时，由图像的对称性知浮力大小相等，说明木棒在最低点上方相同距离处，木棒在竖直方向的速度大小相等，方向相反，而两时刻木棒在水平方向的速度相同，所以合速度大小相等，方向不是相反，故C错误；木棒在最低点时有F1＝ρSgh1，在最高点时有F2＝ρSgh2，其中h1－h2＝2A，故振幅A＝eq\f(F1－F2,2ρSg)，故D正确。]12．BC[当A、B两点在平衡位置的同侧时有eq\f(1,2)A＝AsinφA，eq\f(\r(3),2)A＝AsinφB，可得φA＝eq\f(π,6)或eq\f(5,6)π(由图中运动方向知应舍去)，φB＝eq\f(π,3)或eq\f(2π,3)，因此可知第二次经过B点时φB＝eq\f(2π,3)，则eq\f(\f(2,3)π－\f(π,6),2π)T＝t，解得T＝4t，此时位移关系为eq\f(\r(3),2)A－eq\f(1,2)A＝L，解得A＝eq\f(2L,\r(3)－1)，故A错误，B正确；当A、B两点在平衡位置两侧时有－eq\f(1,2)A＝AsinφA，eq\f(\r(3),2)A＝AsinφB，解得φA＝－eq\f(π,6)或－eq\f(5π,6)(由图中运动方向知应舍去)，φB＝eq\f(π,3)或eq\f(2π,3)，当第二次经