简谐运动典型例题精析
物理一轮复习 专题16.1 简谐运动精讲深剖 选修3-4
专题16。
1 简谐运动1．（2017北京，15）某弹簧振子沿x轴的简谐振动图像如图所示，下列描述正确的是A．t=1s时，振子的速度为零,加速度为负的最大值B．t=2s时，振子的速度为负,加速度为正的最大值C．t=3s时，振子的速度为负的最大值，加速度为零D．t=4s时，振子的速度为正，加速度为负的最大值【答案】A【名师点睛】根据振动图象判断质点振动方向的方法：沿着时间轴看去，“上坡”段质点向上振动，“下坡”段质点向下振动.(二）考纲解读主题内容要求说明机械振动简谐运动Ⅰ1。
简谐振动只限于单摆和弹簧振子.2.简谐振动公式只限于回复力公式；图像只限于位移—时间图像。
简谐运动的公式和图像Ⅱ单摆、周期公式Ⅰ受迫振动和共振Ⅰ本讲共3个一级考点,一个二级考点，高考中以选择题或者计算形式出现，难度一般不大，格外要重视。
(三）考点精讲考向一简谐运动的规律简谐运动的五大特征受力特征回复力F＝－kx,F（或a)的大小与x的大小成正比,方向相反运动特征靠近平衡位置时，a、F、x都减小，v增大；远离平衡位置时，a、F、x都增大，v减小能量特征振幅越大，能量越大．在运动过程中,系统的动能和势能相互转化，机械能守恒周期性特征质点的位移、回复力、加速度和速度随时间做周期性变化，变化周期就是简谐运动的周期T；动能和势能也随时间做周期性变化，其变化周期为错误!对称性特征关于平衡位置O对称的两点，速度的大小、动能、势能相等,相对平衡位置的位移大小相等；由对称点到平衡位置O用时相等【例1】(多选）如图6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．以竖直向上为正方向，物块简谐运动的表达式为y＝0。
1sin (2。
5πt) m．t＝0时刻，一小球从距物块h高处自由落下;t＝0。
6 s 时，小球恰好与物块处于同一高度．取重力加速度的大小g＝10 m/s2。
以下判断正确的是（）图6A．h＝1。
7 mB．简谐运动的周期是0。
简谐运动例题解析14899
第 1 页 简谐运动例题解析［例1］试证明竖直方向的弹簧振子的振动是简谐运动．图9—1—1解析：如图9—1—1所示，设振子的平衡位置为O ，向下方向为正方向．此时弹簧的形变为x 0．根据胡克定律及平衡条件有mg －kx 0＝0 ①当振子向下偏离平衡位置x 时，有：F 回＝mg －k (x ＋x 0) ②将①代入②得：F 回＝－kx ，故重物的振动满足简谐运动的条件．点评：分析一个振动系统是否为简谐运动，关键是判断它的回复力是否满足：其大小随着位移的变化做正比变化．其方向总与位移方向相反，即F ＝－kx ，或者是否λ＝－mk x ．要知道，对不同的简谐运动，F ＝－kx 中的k 的意义不同，不要都认为它是弹簧的劲度系数，如后面讲到的单摆，则k ＝Lmg 就是一例．另外还必须知道，产生简谐运动的回复力可以是一个力，也可以是某个力的分力，也可以是几个力的合力，此题的回复力为弹力和重力的合力．(2)桥梁法破解振动中相关物理量的变化问题．桥梁法是指在分析振动过程中各物理量的变化时，一定要先找到位移的变化情况，然后再根据位移与其他量间的关系来分析相关量的变化．这种以位移为桥梁理清各物理量间的关系的方法称为桥梁法．在简谐运动中，回复力和加速度均跟位移成正比，势能也随位移的增大而增大；速率、动能、动量的大小随位移的增大而减小，随位移的减小而增大．回复力和加速度的方向总跟位移方向相反，而速度、动量的方向可能跟位移方向相同，也可能相反．［例2］有一弹簧振子做简谐运动，则A ．加速度最大时，速度最大B ．速度最大时，位移最大C ．位移最大时，回复力最大D ．回复力最大时，加速度最大解析：振子加速度最大时，处在最大位移处，此时振子的速度为零，由F ＝kx 知道，此时振子所受回复力最大，所以选项A 错，C 、D 两项对．振子速度最大时，是经过平衡位置时，此时位置为零，所以选项B 错．故应选C 、D ．点评：分析振动过程中各物理量的变化关系时，一定要以位移为桥梁理清各物理量间的关系，位移增大时，回复力、加速度、势能均增大，速度、动量、动能均减小；位移减小时，回复力、加速度、势能均减小，速度、动量、动能均增大．各矢量均在其值为零时改变方向，如速度、动量均在最大位移处改变方向，位移、回复力、加速度均在平衡位置改变方向．。
简谐运动典型例题精析
简谐运动·典型例题精析[例题1] 一弹簧振子在一条直线上做简谐运动，第一次先后经过M、N 两点时速度v(v≠0)相同，那么，下列说法正确的是[] A．振子在M、N两点受回复力相同B．振子在M、N两点对平衡位置的位移相同C．振子在M、N两点加速度大小相等D．从M点到N点，振子先做匀加速运动，后做匀减速运动[思路点拨]建立弹簧振子模型如图9－1所示．由题意知，振子第一次先后经过M、N两点时速度v相同，那么，可以在振子运动路径上确定M、N两点，M、N两点应关于平衡位置O对称，且由M运动到N，振子是从左侧释放开始运动的(若M点定在O点右侧，则振子是从右侧释放的)．建立起这样的物理模型，这时问题就明朗化了．[解题过程] 因位移、速度、加速度和回复力都是矢量，它们要相同必须大小相等、方向相同．M、N两点关于O点对称，振子回复力应大小相等、方向相反，振子位移也是大小相等，方向相反．由此可知，A、B选项错误．振子在M、N两点的加速度虽然方向相反，但大小相等，故C选项正确．振子由M→O速度越来越大，但加速度越来越小，振子做加速运动，但不是匀加速运动．振子由O→N速度越来越小，但加速度越来越大，振子做减速运动，但不是匀减速运动，故D选项错误．由以上分析可知，该题的正确答案为C．[小结] (1)认真审题，抓住关键词语．本题的关键是抓住“第一次先后经过M、N两点时速度v相同”．(2)要注意简谐运动的周期性和对称性，由此判定振子可能的路径，从而确定各物理量及其变化情况．(3)要重视将物理问题模型化，画出物理过程的草图，这有利于问题的解决．[例题2]一质点在平衡位置O附近做简谐运动，从它经过平衡位置起开始计时，经0.13 s质点第一次通过M点，再经0.1s第二次通过M点，则质点振动周期的可能值为多大？[思路点拨]将物理过程模型化，画出具体的图景如图9－2所示．设质点从平衡位置O向右运动到M点，那么质点从O到M运动时间为0.13 s，再由M经最右端A返回M经历时间为0.1 s；如图9－3所示．另有一种可能就是M点在O点左方，如图9－4所示，质点由O点经最右方A点后向左经过O点到达M点历时0.13 s，再由M向左经最左端A′点返回M历时0.1 s．根据以上分析，质点振动周期共存在两种可能性．[解题过程]如图9－3所示，可以看出O→M→A历时0.18 s，根据简谐运动的对称性，可得到T1＝4×0.18=0.72 s．另一种可能如图9－4所示，由O→A→M历时t1=0.13 s，由M→A′历时t2=0.05 s．设M→O历时t，则4(t＋t2)=t1＋2t2＋t．解得t=0.01 s，则T2=4(t＋t2)＝0.24 s．所以周期的可能值为0.72 s和0.24 s．[小结] (1)本题涉及知识有：简谐运动周期、简谐运动的对称性知识．(2)本题的关键是：分析周期的可能性，弄清物理图景．(3)解题方法：将物理过程模型化、分段分析、讨论．[例题3]甲、乙两弹簧振子，振动图象如图9－5所示，则可知[]A．两弹簧振子完全相同B．两弹簧振子所受回复力最大值之比F甲∶F乙=2∶1C．振子甲速度为零时，振子乙速度最大D．振子的振动频率之比f甲∶f乙=1∶2[思路点拨] 观看图象，从图象上尽可能多地获取信息，从图象中能看出甲、乙弹簧振子的振幅、周期，并与物理模型相联系，通过对模型的分析并结合图象，选出正确选项．[解题过程] 从图象中可以看出，两弹簧振子周期之比T甲∶T乙=2∶1，得频率之比f甲∶f乙=1∶2，D正确．弹簧振子周期与振子质量、弹簧劲度系数k有关，周期不同，说明两弹簧振子不同，A错误．由于弹簧的劲度系数k不一定相同，所以两振子受回复力(F=kx)的最大值之比F甲∶F乙不一定为2∶1，所以B错误，对简谐运动进行分析可知，在振子到达平衡位置时位移为零，速度最大；在振子到达最大位移处时，速度为零，从图象中可以看出，在振子甲到达最大位移处时，振子乙恰到达平衡位置，所以C正确．答案为C．D．[小结] (1)图象法是物理问题中常见的解题方法之一，是用数学手段解决物理问题能力的重要体现．应用图象法解物理问题要明确图象的数学意义，再结合物理模型弄清图象描述的物理意义，两者结合，才能全面地分析问题．(2)本题中涉及知识点有：振幅、周期、频率、影响周期的因素、简谐运动在特殊点的速度、回复力、简谐运动的对称性等．(3)分析本题的主要方法是数与形的结合(即图象与模型相结合)分析方法．[例题4]在下列情况下，能使单摆周期变小的是[] A．将摆球质量减半，而摆长不变B．将单摆由地面移到高山C．将单摆从赤道移到两极D．将摆线长度不变，换一较大半径的摆球单摆的振动周期，只与摆长、当地的重力加速度有关，而与其他因素无关．当单摆的某些物理量发生变化时，只要摆长、重力加速度不变，单摆振动周期则不变．为摆长l和重力加速度g．当摆球质量减半时摆长未变，周期不变；当将单摆由地面移到高山时，g值变小，T变大；当单摆从赤道移到两极时g 变大，T变小；当摆线长度不变，摆球半径增大时，摆长l增大，T变大．所以选C．本题答案为C．[小结] (1)本题涉及单摆周期公式、影响单摆周期的因素、影响重力加速度的因素等知识．(2)抓住各知识点间的联系，进行推理分析是顺利解决本题的关键．[例题5] 高楼顶上吊下一根长绳，给你一块秒表，一把只有几米长的米尺，一个带钩的重球，你能否量出楼高？[思路点拨] 本题中虽给出米尺，但却不便测绳的(楼高)长度，而用秒表、重球来测楼高，与我们所学知识相联系，可想到利用单摆周期公式测摆长的方法，在重力加速度未知时，可采用变换摆长测两个周期值的方法，在计算中消去g，即可得到摆长，进而知道楼高．[解题过程] (1)设绳长l1，将重球挂在绳的端点，让其摆动，测得周期T1(实际上需测得摆动N次全振动所需时间t，T1＝t/N)．(2)将重球挂在绳的另一位置，这时摆长为l2，用米尺量出摆长变化Δl，则Δl=l1－l2，让摆球摆动，测得此时周期为T2．所以得由此测得绳长，也就测得楼高．[小结] 从秒表、重球进而联系到长度，这是一个逆向思维过程，这需要有较扎实的基础知识和较灵活的思维能力才可，在平时训练中，我们应加强知识在实际中的灵活运用．提高我们分析问题和解决问题的能力．[例题6]在海平面校准的摆钟，拿到某高山山顶，经过t时间，发现表的示数为t′，若地球半径为R，求山的高度h(不考虑温度对摆长的影响)．[思路点拨] 由钟表显示时间的快慢程度可以推知表摆振动周期的变化，而这种变化是由于重力加速度的变化引起的，所以，可以得知由于高度的变化引起的重力加速度的变化，再根据万有引力公式计算出高度的变化，从而得出山的高度．一般山的高度都不是很高(与地球半径相比较)，所以，由于地球自转引起的向心力的变化可以不考虑，而认为物体所受向心力不变且都很小，物体所受万有引力近似等于物体的重力．[解题过程] (1)设在地面上钟摆摆长l，周期为T0，地面附近重力加速度g，拿到高山上，摆振动周期为T′，重力加速度为g′，应有(2)在地面上的物体应有在高山上的物体应有得[小结] (1)本题涉及知识点：单摆的周期及公式，影响单摆周期的因素，万有引力及公式，地面附近重力与万有引力关系等．(2)解题关键：抓住影响单摆周期的因素g，找出g的变化与t变化的关系，再根据万有引力知识，推出g变化与高度变化关系，从而顺利求解．。
简谐运动知识点以及习题
知识点一：弹簧振子要点诠释：1. （2）振子位移的变化规律）振子位移的变化规律振子的运动振子的运动 A →O O →B B →O O→简谐运动及其图象弹簧振子如图，把连在一起的弹簧和小球穿在水平杆上，把连在一起的弹簧和小球穿在水平杆上，弹簧左端固定在弹簧左端固定在弹簧左端固定在支架支架上，小球可以在杆上滑动。
小球滑动时的杆上滑动。
小球滑动时的摩擦摩擦力可以忽略，弹簧的质量比小球的质量小得多，也可忽略力可以忽略，弹簧的质量比小球的质量小得多，也可忽略. .注意：注意：①小球原来静止的位置就是平衡位置。
小球在平衡位置附近所做的往复运动，是一种机械振动。
②小球的运动是平动，可以看作质点。
②小球的运动是平动，可以看作质点。
②小球的运动是平动，可以看作质点。
③弹簧振子是一个不考虑摩擦阻力，③弹簧振子是一个不考虑摩擦阻力，不考虑弹簧的质量，不考虑弹簧的质量，不考虑弹簧的质量，不考虑振子（不考虑振子（不考虑振子（金属金属小球）小球）的大的大小和形状的理想化的物理模型。
小和形状的理想化的物理模型。
2.弹簧振子的位移——时间图象（1）振动物体的位移是指由平衡位置指向振子所在处的有向线段，可以说某时刻的位移。
移。
说明：振动物体的位移与振动物体的位移与运动学运动学中位移的含义不同，振子的位移总是相对于平衡位置而言的，即初位置是平衡位置，末位置是振子所在的位置。
末位置是振子所在的位置。
因而振子对平衡位置的位移方向始因而振子对平衡位置的位移方向始终背离平衡位置。
终背离平衡位置。
A 对O 点位移的方向点位移的方向向右向右 向左向左 向左向左 向右向右 大小变化大小变化减小减小增大增大减小减小增大增大（3）如何记录振动的图象）如何记录振动的图象①用①用频闪照相频闪照相的方法。
因为摄像底片从下向上匀速运动，底片运动的距离与时间成底片运动的距离与时间成正比正比，因此可用底片运动的距离代表因此可用底片运动的距离代表时间轴时间轴。
振子的频闪振子的频闪照片照片反映了不同时刻振子离开平衡位置的位移，也就是位移随时间变化的规律。
高二物理简谐运动的图象试题答案及解析
高二物理简谐运动的图象试题答案及解析1. P、Q是一列简谐横波中的两质点，已知P离振源较近，P、Q两点的平衡位置相距15m（小于一个波长），各自的振动图象如图所示。
此列波的波速为 m/s。
【答案】2.5m/s【解析】由图知，周期为，若点P离波源较近，波由P传到Q，则间的距离，得，因P、Q两点的平衡位置相距15m（小于一个波长），所以；则波速为。
【考点】考查了横波的图象；波长、频率和波速的关系．2.(6分)某弹簧振子在水平面上做简谐运动，其位移x随t变化的关系为x＝Asin ωt，振动图象如图所示，下列说法正确的是________。
(填入正确选项前的字母)A．弹簧在第1 s末与第5 s末的长度相同B．简谐运动的圆频率是 rad/sC．第3 s末振子的位移大小是AD．从第3 s末到第5 s末，振子的速度方向发生变化【答案】BC【解析】在第1s末与第3s末的位移大小相等，方向相反，故弹簧的长度不同，故A错误；由图知简谐运动的周期 T=8s，则圆频率，故B正确；位移x随时间t变化的关系为x=Asinωt，第3s末振子的位移大小为：，故C正确；x-t图象的切线斜率表示速度，可知从第3s末到第5s末，振子的速度方向并没有发生变化，故D错误。
【考点】振动图像3.如图一做简谐运动的物体的振动图像，下列说法正确的是()．A．振动周期是2×10－2 sB．前2×10－2 s内物体的位移是－10 cmC．物体的振动频率为25 HzD．物体的振幅是10 cm【答案】CD【解析】物体做简谐运动的周期、振幅是振动图像上能明显标识的两个物理量，由图知，周期为4×10－2 s ，振幅为10 cm ，频率f ＝＝25 Hz ，选项A 错误，C 、D 正确；前2×10－2 s 内物体从平衡位置又运动到平衡位置，物体位移为0，选项B 错误．4. 一质点做简谐运动的振动图象如图所示，质点在哪两段时间内的速度与加速度方向相同（ ）A ．0～0.3s 和0.3～0.6sB ．0.6～0.9s 和0.9～1.2sC ．0～0.3s 和0.9～1.2sD ．0.3～0.6s 和0.9～1.2s【答案】D【解析】试题解析：在0～0.3s 时间内，质点由平衡位置向正向最大位置移动，故速度方向与受力方向相反，即速度方向与加速度方向相反；0.3～0.6s 时间内，质点由正向最大位置向平衡位置移动，速度方向与加速度方向相同；0.6～0.9s 时间内，质点由平衡位置向负的最大位置移动，故速度的方向与加速度方向相反；在0.9～1.2s 时间内，质点的速度方向与加速度方向一致，故D 是正确的。
简谐运动典型例题精析
简谐运动·典型例题精析[例题1] 一弹簧振子在一条直线上做简谐运动，第一次先后经过M、N 两点时速度v(v≠0)相同，那么，下列说确的是[ ] A．振子在M、N两点受回复力相同B．振子在M、N两点对平衡位置的位移相同C．振子在M、N两点加速度大小相等D．从M点到N点，振子先做匀加速运动，后做匀减速运动[思路点拨]建立弹簧振子模型如图9－1所示．由题意知，振子第一次先后经过M、N两点时速度v相同，那么，可以在振子运动路径上确定M、N两点，M、N两点应关于平衡位置O对称，且由M运动到N，振子是从左侧释放开始运动的(若M点定在O点右侧，则振子是从右侧释放的)．建立起这样的物理模型，这时问题就明朗化了．[解题过程] 因位移、速度、加速度和回复力都是矢量，它们要相同必须大小相等、方向相同．M、N两点关于O点对称，振子回复力应大小相等、方向相反，振子位移也是大小相等，方向相反．由此可知，A、B选项错误．振子在M、N两点的加速度虽然方向相反，但大小相等，故C选项正确．振子由M→O速度越来越大，但加速度越来越小，振子做加速运动，但不是匀加速运动．振子由O→N速度越来越小，但加速度越来越大，振子做减速运动，但不是匀减速运动，故D选项错误．由以上分析可知，该题的正确答案为C．[小结] (1)认真审题，抓住关键词语．本题的关键是抓住“第一次先后经过M、N两点时速度v相同”．(2)要注意简谐运动的周期性和对称性，由此判定振子可能的路径，从而确定各物理量及其变化情况．(3)要重视将物理问题模型化，画出物理过程的草图，这有利于问题的解决．[例题2]一质点在平衡位置O附近做简谐运动，从它经过平衡位置起开始计时，经0.13 s质点第一次通过M点，再经0.1s第二次通过M点，则质点振动周期的可能值为多大？[思路点拨]将物理过程模型化，画出具体的图景如图9－2所示．设质点从平衡位置O向右运动到M点，那么质点从O到M运动时间为0.13 s，再由M经最右端A返回M经历时间为0.1 s；如图9－3所示．另有一种可能就是M点在O点左方，如图9－4所示，质点由O点经最右方A点后向左经过O点到达M点历时0.13 s，再由M向左经最左端A′点返回M历时0.1 s．根据以上分析，质点振动周期共存在两种可能性．[解题过程]如图9－3所示，可以看出O→M→A历时0.18 s，根据简谐运动的对称性，可得到T1＝4×0.18=0.72 s．另一种可能如图9－4所示，由O→A→M历时t1=0.13 s，由M→A′历时t2=0.05 s．设M→O历时t，则4(t＋t2)=t1＋2t2＋t．解得t=0.01 s，则T2=4(t＋t2)＝0.24 s．所以周期的可能值为0.72 s和0.24 s．[小结] (1)本题涉及知识有：简谐运动周期、简谐运动的对称性知识．(2)本题的关键是：分析周期的可能性，弄清物理图景．(3)解题方法：将物理过程模型化、分段分析、讨论．[例题3]甲、乙两弹簧振子，振动图象如图9－5所示，则可知[ ]A．两弹簧振子完全相同B．两弹簧振子所受回复力最大值之比F甲∶F乙=2∶1C．振子甲速度为零时，振子乙速度最大D．振子的振动频率之比f甲∶f乙=1∶2[思路点拨] 观看图象，从图象上尽可能多地获取信息，从图象中能看出甲、乙弹簧振子的振幅、周期，并与物理模型相联系，通过对模型的分析并结合图象，选出正确选项．[解题过程] 从图象中可以看出，两弹簧振子周期之比T甲∶T乙=2∶1，得频率之比f甲∶f乙=1∶2，D正确．弹簧振子周期与振子质量、弹簧劲度系数k有关，周期不同，说明两弹簧振子不同，A错误．由于弹簧的劲度系数k不一定相同，所以两振子受回复力(F=kx)的最大值之比F甲∶F乙不一定为2∶1，所以B错误，对简谐运动进行分析可知，在振子到达平衡位置时位移为零，速度最大；在振子到达最大位移处时，速度为零，从图象中可以看出，在振子甲到达最大位移处时，振子乙恰到达平衡位置，所以C正确．答案为C．D．[小结] (1)图象法是物理问题中常见的解题方法之一，是用数学手段解决物理问题能力的重要体现．应用图象法解物理问题要明确图象的数学意义，再结合物理模型弄清图象描述的物理意义，两者结合，才能全面地分析问题．(2)本题中涉及知识点有：振幅、周期、频率、影响周期的因素、简谐运动在特殊点的速度、回复力、简谐运动的对称性等．(3)分析本题的主要方法是数与形的结合(即图象与模型相结合)分析方法．[例题4]在下列情况下，能使单摆周期变小的是[ ] A．将摆球质量减半，而摆长不变B．将单摆由地面移到高山C．将单摆从赤道移到两极D．将摆线长度不变，换一较大半径的摆球单摆的振动周期，只与摆长、当地的重力加速度有关，而与其他因素无关．当单摆的某些物理量发生变化时，只要摆长、重力加速度不变，单摆振动周期则不变．为摆长l和重力加速度g．当摆球质量减半时摆长未变，周期不变；当将单摆由地面移到高山时，g值变小，T变大；当单摆从赤道移到两极时g 变大，T变小；当摆线长度不变，摆球半径增大时，摆长l增大，T变大．所以选C．本题答案为C．[小结] (1)本题涉及单摆周期公式、影响单摆周期的因素、影响重力加速度的因素等知识．(2)抓住各知识点间的联系，进行推理分析是顺利解决本题的关键．[例题5] 高楼顶上吊下一根长绳，给你一块秒表，一把只有几米长的米尺，一个带钩的重球，你能否量出楼高？[思路点拨] 本题中虽给出米尺，但却不便测绳的(楼高)长度，而用秒表、重球来测楼高，与我们所学知识相联系，可想到利用单摆周期公式测摆长的方法，在重力加速度未知时，可采用变换摆长测两个周期值的方法，在计算中消去g，即可得到摆长，进而知道楼高．[解题过程] (1)设绳长l1，将重球挂在绳的端点，让其摆动，测得周期T1(实际上需测得摆动N次全振动所需时间t，T1＝t/N)．(2)将重球挂在绳的另一位置，这时摆长为l2，用米尺量出摆长变化Δl，则Δl=l1－l2，让摆球摆动，测得此时周期为T2．所以得由此测得绳长，也就测得楼高．[小结] 从秒表、重球进而联系到长度，这是一个逆向思维过程，这需要有较扎实的基础知识和较灵活的思维能力才可，在平时训练中，我们应加强知识在实际中的灵活运用．提高我们分析问题和解决问题的能力．[例题6]在海平面校准的摆钟，拿到某高山山顶，经过t时间，发现表的示数为t′，若地球半径为R，求山的高度h(不考虑温度对摆长的影响)．[思路点拨] 由钟表显示时间的快慢程度可以推知表摆振动周期的变化，而这种变化是由于重力加速度的变化引起的，所以，可以得知由于高度的变化引起的重力加速度的变化，再根据万有引力公式计算出高度的变化，从而得出山的高度．一般山的高度都不是很高(与地球半径相比较)，所以，由于地球自转引起的向心力的变化可以不考虑，而认为物体所受向心力不变且都很小，物体所受万有引力近似等于物体的重力．[解题过程] (1)设在地面上钟摆摆长l，周期为T0，地面附近重力加速度g，拿到高山上，摆振动周期为T′，重力加速度为g′，应有(2)在地面上的物体应有在高山上的物体应有得[小结] (1)本题涉及知识点：单摆的周期及公式，影响单摆周期的因素，万有引力及公式，地面附近重力与万有引力关系等．(2)解题关键：抓住影响单摆周期的因素g，找出g的变化与t变化的关系，再根据万有引力知识，推出g变化与高度变化关系，从而顺利求解．。
高三物理简谐运动试题答案及解析
高三物理简谐运动试题答案及解析1.一位游客在千岛湖边欲乘游船，当日风浪很大，游船上下浮动。
可把游艇浮动简化成竖直方向的简谐运动，振幅为20cm，周期为3.0s。
当船上升到最高点时，甲板刚好与码头地面平齐。
地面与甲板的高度差不超过10cm时，游客能舒服地登船。
在一个周期内，游客能舒服地登船的时间是（）A．0.5s B．0.75s C．1.0s D．1.5s【答案】C【解析】试题分析:由题意知，游艇在做简谐振动其振动图像如图所示，根据振动方程，结合振动图像知地面与甲板的高度差不超过10cm的时间有三分之一周期，故C正确；A、B、D错误。
【考点】机械振动2.下列说法正确的是____．（填正确答案标号。
选对1个得3分，选对2个得4分，选对3个得6分.每选错1个扣3分，最低得分为0分）A．狭义相对论只涉及无加速运动的惯性系B．做简谐运动的质点，其振动能量与振幅无关C．孔的尺寸比波长小才发生衍射现象D．振荡的电场一定产生同频率振荡的磁场E．泊松亮斑是光的衍射现象，玻璃中的气泡看起来特别明亮是光的全反射【答案】 ADE【解析】狭义相对论只涉及无加速运动的惯性系，广义相对论才涉及加速运动的非惯性系，故A正确；做简谐运动的质点，其振动能量与振幅有关，振幅越大，能量越大．故B错误；波发生明显的衍射现象的条件是：当孔、缝的宽度或障碍物的尺寸与波长相比差不多或比波长更小，所以C错误；根据麦克斯韦的电磁理论，振荡的电场一定产生同频率振荡的磁场，故D正确；泊松亮斑是光的衍射现象，玻璃中的气泡看起来特别明亮是光的全反射现象．故E正确【考点】相对论初步；简谐运动；波的衍射；麦克斯韦的电磁理论；全反射3.（6分）关于振动和波动，下列说法正确的是（）（选对1个给3分，选对2个给4分，选对3个给6分，每选错1个扣3分，最低得分为0分）A．单摆做简谐运动的周期与摆球的质量有关B．部队过桥不能齐步走而要便步走，是为了避免桥梁发生共振现象C．在波的干涉中，振动加强的点位移不一定始终最大D．各种波均会发生偏振现象E．我们在地球上接收到来自遥远星球的光波的波长变长，可以判断该星球正在离我们远去【答案】（1）BCE【解析】单摆做简谐运动的周期公式是，由此可见周期与摆球的质量无关关，A错误；部队过桥为了避免桥梁发生共振现象，不能齐步走而要便步走，B正确．在波的干涉中，振动加强的点位移在零和振幅之间变化，不是始终最大C正确．并不是各种波均会发生偏振现象，D错误．根据多普勒效应原理，当我们在地球上接收到来自遥远星球的光波的波长变长时，可以判断该星球正在离我们远去，E正确．【考点】本题考查了振动和波的特点。
2.1 简谐运动(解析版)
第1节简谐运动一、弹簧振子及其运动1．对于做简谐运动的弹簧振子，下述说法正确的是（）A．振子通过平衡位置时，加速度最大B．振子在最大位移处时，速度最大C．振子在连续两次通过同一位置时，位移相同D．振子连续两次通过同一位置时，动量相同【答案】C【详解】A．振子经过平衡位置时速度最大，加速度是零，A错误；B．振子在最大位移处时速度最小，是零，B错误；C．振子在连续两次经同一位置时，相对于平衡位置的位移相同，C正确；D．动量是矢量，振子连续两次经同一位置时，速度的大小相同，方向相反，则动量大小相同，方向相反，D错误。
故选C。
2．如图所示为一弹簧振子，O为平衡位置，以向右为正方向，则振子在B、C之间振动时（）→位移为正、速度为负A．B O→位移为负、速度为正B．O C→位移为正、速度为负C．C O→位移为负、速度为正D．O B【答案】A【详解】A．速度方向即振子运动方向，则B O→位移向左为负，速度向右为正，A正确；→位移向右为正，速度向右为正，B错误；B．O CC．C O→位移向右为正，速度向左为负，C错误；→位移向左为负，速度向左为负，D错误。
故选A。
D．O B二、简谐运动的x-t图像3．如图所示是某振子做简谐运动的图像，以下说法正确的是（）A．因为振动图像可由实验直接得到，所以振动图像就是振子实际运动的轨迹B．振动图像反映的是振子位移随时间变化的规律，并不是振子运动的实际轨迹C．振子在B位置的位移就是曲线BC的长度D．振子运动到B点时的速度方向即该点的切线方向【答案】B【详解】ABC．振动图像表示振子位移随时间的变化规律，并不是振子实际运动的轨迹，故B正确，AC错误；D．B点切线的方向不表示振子运动到B点时的速度方向，故D错误。
故选B。
4．如图甲所示，一弹簧振子在A、B间振动，取向右为正方向，振子经过O点时为计时起点，其振动的x －t图像如图乙所示，则下列说法正确的是（）A．t4时刻振子在A点B．t2时刻振子在B点C．在t1～t2时间内，振子的位移在增大D．在t3～t4时间内，振子的位移在减小【答案】C【详解】AB．振子在A点和B点时位移最大，由于取向右为正方向，所以振子运动到A点有正向最大位移，运动到B点有负向最大位移，则t2时刻，振子在A点，t4时刻，振子在B点，故AB错误；CD．振子的位移以平衡位置为起点，所以在t1～t2和t3～t4时间内振子的位移都在增大，故C正确，D错误。
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简谐运动•典型例题精析
[ 例题1] 一弹簧振子在一条直线上做简谐运动，第一次先后经过M、N
两点时速度v（v工0）相同，那么，下列说法正确的是
A.振子在M N两点受回复力相同
B.振子在M N两点对平衡位置的位移相同
C.振子在M N两点加速度大小相等
D.从M点到N点，振子先做匀加速运动，后做匀减速运动
[ 思路点拨] 建立弹簧振子模型如图9－1 所示.由题意知，振子第一
次先后经过M N两点时速度v相同，那么，可以在振子运动路径上确定M N两点，M N 两点应关于平衡位置O对称，且由M运动到N,振子是从左侧释放开始运动的（若M点定在O点右侧，则振子是从右侧释放的）.建立起这样的物理模型，这时问题就明朗化了.
[ 解题过程] 因位移速度加速度和回复力都是矢量，它们要相同必须大小相等、方向相同.M N两点关于O点对称，振子回复力应大小相等、方向相反，振子位移也是大小相等，方向相反.由此可知，A B选项错误.振
子在M N 两点的加速度虽然方向相反，但大小相等，故 C 选项正确•振子由 M RO 速度越来越大，但加速度越来越小，振子做加速运动，但不是匀加速运
动.振子由O HN 速度越来越小，但加速度越来越大，振子做减速运动，但不 是匀减速运动，故D 选项错误.由以上分析可知，该题的正确答案为 C.
［小结］(1)认真审题，抓住关键词语.本题的关键是抓住“第一次先 后经过M N 两点时速度v 相同”.
(2) 要注意简谐运动的周期性和对称性，由此判定振子可能的路径，从而 确定各物理量及其变化情况.
(3) 要重视将物理问题模型化，画出物理过程的草图，这有利于问题的解 决. ［例题2］ 一质点在平衡位置0附近做简谐运动，从它经过平衡位置起 开始计时，经0.13 s 质点第一次通过M 点，再经0.1s 第二次通过M 点，则 质点振动周期的可能值为多大？
［思路点拨］ 将物理过程模型化，画出具体的图景如图 9-2所示.设 质点从平衡位置O 向右运动到M 点，那么质点从O 到M 运动时间为0.13 s ， 再由M 经最右端A 返回M 经历时间为0.1 s ;如图9-3所示.
另有一种可能就是M 点在0点左方，如图9-4所示，质点由0点经最右 方A
点后團^-3
向左经过0点到达M点历时0.13 s，再由M向左经最左端A'点返回M历时0.1 s .
根据以上分析，质点振动周期共存在两种可能性．
［解题过程］如图9-3所示，可以看出O^M RA历时0.18 s,根据简
谐运动的对称性，可得到T i = 4X 0.18=0.72 s .
另一种可能如图9 —4所示，由O^A—M历时11=0.13 s，由M H A'历时t 2=0.05 s .设M HO 历时t，则4(t + t2)=t 1 + 2t2 +1 .解得t=0.01 s，贝U T2=4(t +1 2) = 0.24 s .
所以周期的可能值为0.72 s 和0.24 s ．
［小结］(1) 本题涉及知识有：简谐运动周期、简谐运动的对称性知识．
(2)本题的关键是：分析周期的可能性，弄清物理图景．
(3)解题方法：将物理过程模型化、分段分析、讨论．
［例题3］甲、乙两弹簧振子，振动图象如图9-5所示，则可知
A.两弹簧振子完全相同
B.两弹簧振子所受回复力最大值之比F甲：F乙=2 ：1
C•振子甲速度为零时，振子乙速度最大
D.振子的振动频率之比f甲：f乙=1 ：2
［思路点拨］观看图象，从图象上尽可能多地获取信息，从图象中能看出甲、乙弹簧振子的振幅、周期，并与物理模型相联系，通过对模型的分析并结合图象，选出正确选项.
［解题过程］从图象中可以看出，两弹簧振子周期之比T甲：T乙=2：1,
得频率之比f甲：f乙=1 : 2, D正确.弹簧振子周期与振子质量、弹簧劲度系数k有关，周期不同，说明两弹簧振子不同，A错误.由于弹簧的劲度系
数k不一定相同，所以两振子受回复力(F=kx)的最大值之比F甲：F乙不一定为2：1，所以B 错误，对简谐运动进行分析可知，在振子到达平衡位置时位移为零，速度最大；在振子到达最大位移处时，速度为零，从图象中可以看出，在振子甲到达最大位移处时，振子乙恰到达平衡位置，所以C正确.答
案为C. D.
［小结］(1) 图象法是物理问题中常见的解题方法之一，是用数学手段解决物理问题能力的重要体现.应用图象法解物理问题要明确图象的数学意义，再结合物理模型弄清图象描述的物理意义，两者结合，才能全面地分析问题.
⑵本题中涉及知识点有：振幅、周期、频率、影响周期的因素、简谐运动在特殊点的速度、回复力、简谐运动的对称性等.
(3)分析本题的主要方法是数与形的结合(即图象与模型相结合)分析方法.
[例题4] 在下列情况下，能使单摆周期变小的是
[ ]
A.将摆球质量减半，而摆长不变
B.将单摆由地面移到高山
C•将单摆从赤道移到两极
D.将摆线长度不变，换一较大半径的摆球
[思路点拔]单摆的周期公式为7 = 2兀£・从公式中可以看岀，
单摆的振动周期，只与摆长、当地的重力加速度有关，而与其他因素无关.当单摆的某些物理量发生变化时，只要摆长、重力加速度不变，单摆振动周期则不变.
［解题过程］根据单摆周期公式―河］?彩响单摆周期的因素
为摆长I和重力加速度g.当摆球质量减半时摆长未变，周期不变；当将单摆由地面移到高山时，g值变小，T变大；当单摆从赤道移到两极时g 变大，T变小；当摆线长度不变，摆球半径增大时，摆长I增大，T变大•所以选C•本题答案为C.
［小结］(1)本题涉及单摆周期公式、影响单摆周期的因素、影响重力加速度的因素等知识.
(2)抓住各知识点间的联系，进行推理分析是顺利解决本题的关键.
［例题5］高楼顶上吊下一根长绳，给你一块秒表，一把只有几米长的米尺，一
个带钩的重球，你能否量出楼高？
［思路点拨］本题中虽给出米尺，但却不便测绳的(楼高)长度，而用秒
表、重球来测楼高，与我们所学知识相联系，可想到利用单摆周期公式测摆长的方法，在重力加速度未知时，可采用变换摆长测两个周期值的方法，在计算中消去g,即可得到摆长，进而知道楼高.
［解题过程］(1)设绳长11，将重球挂在绳的端点，让其摆动，测得周期T1(实际上需测得摆动N次全振动所需时间t，T1 = t/N).
(2)将重球挂在绳的另一位置，这时摆长为12,用米尺量出摆长变化△ I , 则△ I=I1-I2，让摆球摆动，测得此时周期为T2 •
所以
得
由此测得绳长，也就测得楼高．
[ 小结] 从秒表、重球进而联系到长度，这是一个逆向思维过程，这需要有较扎实的基础知识和较灵活的思维能力才可，在平时训练中，我们应加强知识在实际中的灵活运用．提高我们分析问题和解决问题的能力．
[ 例题6] 在海平面校准的摆钟，拿到某高山山顶，经过t 时间，发现表的示数为t '，若地球半径为R,求山的高度h(不考虑温度对摆长的影响).
[ 思路点拨] 由钟表显示时间的快慢程度可以推知表摆振动周期的变化，而这种变化是由于重力加速度的变化引起的，所以，可以得知由于高度
的变化引起的重力加速度的变化，再根据万有引力公式计算出高度的变化，从而得出山的高度.
一般山的高度都不是很高(与地球半径相比较)，所以，由于地球自转引起的向心力的变化可以不考虑，而认为物体所受向心力不变且都很小，物体所受万有引力近似等于物体的重力.
［解题过程］(1)设在地面上钟摆摆长I，周期为T o,地面附近重力加速度g，拿到高山上，摆振动周期为T'，重力加速度为g'，应有
在高山上，时间内表的示数为L ,应有寺T厂L ,可得
从而
(2)在地面上的物体应有在高山上的物体应有
[ 小结] (1) 本题涉及知识点：单摆的周期及公式，影响单摆周期的因素，万有引力及公式，地面附近重力与万有引力关系等．
⑵ 解题关键：抓住影响单摆周期的因素g,找出g的变化与t变化的关系，再根据万有引力知识，推出g变化与高度变化关系，从而顺利求解.。