选修3-4 第1讲 机械振动

选修3-4 机械振动机械波光电磁波
相对论简介
第1讲机械振动
时间：60分钟
1．(单选)弹簧振子在光滑水平面上做简谐运动，在振子向平衡位置运动的过程中()．A．振子所受的回复力逐渐增大
B．振子的位移逐渐增大
C．振子的速度逐渐减小
D．振子的加速度逐渐减小
解析分析这类问题，关键是首先抓住回复力与位移的关系，然后运用牛顿运动定律逐步分析．
在振子向平衡位置运动的过程中，振子的位移逐渐减小，因此，振子所受回复力逐渐减小，加速度逐渐减小，但加速度方向与速度方向相同，故速度逐渐增大．
答案 D
2．(单选)一质点做简谐运动时， 其振动图象如图1－1－17所示．由图可知，在t 1和t 2时刻，质点运动的( )． A ．位移相同 B ．回复力相同 C ．速度相同 D ．加速度相同
解析 从题图中可以看出在t 1和t 2时刻，质点的位移大小相等、方向相反．则有，在t 1和t 2时刻质点所受的回复力大小相等、方向相反，加速度大小相等、方向相反，A 、B 、D 错误；在t 1和t 2时刻，质点都是从负最大位移向正最大位移运动，速度方向相同，由于位移大小相等，所以速度大小相等，C 正确，本题答案为C. 答案 C
3．(多选)如图1－1－18 是一做简谐运动的物体的振动图象，下列说法正确的是( )． A ．振动周期是2×10－
2 s
B ．前2×10－2 s 内物体的位移是－10 cm
C ．物体的振动频率为25 Hz
D ．物体的振幅是10 cm
解析 物体做简谐运动的周期、振幅是振动图象上明显标识的两个物理量，由题图知，周期为4×10－2 s ，振幅为10 cm ，频率f ＝1T ＝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． 答案 CD
4．(单选)如图1－1－19所示为某弹簧振子在0～5 s 内的振动图象，由图可知，下列说法中正确的是
( )．
A ．振动周期为5 s ，振幅为8 cm
图1－1－17
图1－1－18
图1－1－19
B ．第2 s 末振子的速度为零，加速度为负向的最大值
C ．第3 s 末振子的速度为正向的最大值
D ．从第1 s 末到第2 s 末振子在做加速运动
解析 根据题图象可知，弹簧振子的周期T ＝4 s ，振幅A ＝8 cm ，选项A 错误；第2 s 末振子到达负的最大位移处，速度为零，加速度最大，且沿x 轴正方向，选项B 错误；第3 s 末振子经过平衡位置，速度达到最大，且向x 轴正方向运动，选项C 正确；从第1 s 末到第2 s 末振子经过平衡位置向下运动到达负的最大位移处，速度逐渐减小，选项D 错误． 答案 C
5．(单选)图1－1－20 为一弹簧振子的振动图象，由此可知
( )．
A ．在t 1时刻，振子的动能最大，所受的弹性力最大
B ．在t 2
时刻，振子的动能最大，所受的弹性力最小 C ．在t 3时刻，振子的动能最大，所受的弹性力最小 D ．在t 4时刻，振子的动能最大，所受的弹性力最大
解析 从题图象的横坐标和纵坐标可知此图是振动图象，它所描述的是一个质点在不同时刻的位置，t 2和t 4是在平衡位置处，t 1和t 3是在最大位移处，根据弹簧振子振动的特征，弹簧振子在平衡位置时的速度最大，加速度为零，即弹性力为零；在最大位移处，速度为零，加速度最大，即弹性力为最大，所以B 正确． 答案 B
6．(单选)下表记录了某受迫振动的振幅随驱动力频率变化的关系，若该振动系统的固有频率为f 固，则
( ). A ．f 固＝60 Hz
B ．60 Hz<f 固<70 Hz
C ．50 Hz<f 固<60 Hz
D ．以上三项都不对
图1－1－20
解析 从图所示的共振曲线，可判断出f 驱与f 固相差越大，受迫振动的振幅越小；f 驱与f 固越接近，受迫振动的振幅越大．并从中看出f 驱越接近f 固，振幅的变化越慢．比较各组数据知f 驱在50 Hz ～60 Hz 范围内时，振幅变化最小，因此，50 Hz<f 固<60 Hz ，即C 选项正确． 答案 C
7. (1)(多选)将一个电动传感器接到计算机上，就可以测量快速变化的力，用这种方法测得的某单摆摆动时悬线上拉力的大小随时间变化的曲线如图1－1－21所示．某同学由此图象提供的信息作出的下列判断中，正确的是________．
A ．t ＝0.2 s 时摆球正经过最低点
B ．t ＝1.1 s 时摆球正经过最低点
C ．摆球摆动过程中机械能减小
D ．摆球摆动的周期是T ＝1.4 s
(2)(多选)如图1－1－22所示为同一地点的两单摆甲、乙的振动图象，下列说法中正确的是________．
A ．甲、乙两单摆的摆长相等
B ．甲摆的振幅比乙摆大
C ．甲摆的机械能比乙摆大
D ．在t ＝0.5 s 时有正向最大加速度的是乙摆
解析 (1)悬线拉力在经过最低点时最大，t ＝0.2 s 时，F 有正向最大值，故A 选项正确，t ＝1.1 s 时，F 有最小值，不在最低点，周期应为T ＝1.0 s ，因振幅减小，故机械能减小，C 选项正确．(2)振幅可从题图上看出甲摆振幅大，故B 对．且两摆周期相等，则摆长相等，因质量关系不明确，无法比较机械能．t ＝0.5 s 时乙摆球在负的最大位移处，故有正向最大加速度，所以正确答案为A 、B 、D.
图1－1－21
图1－1－22
答案(1)AC(2)ABD
8．(1)“在探究单摆周期与摆长的关系”实验中，两位同学用游标卡尺测量小球的直径如图1－1－23甲、乙所示．测量方法正确的是________(选填“甲”
或“乙”)．
图1－1－23
(2)实验时，若摆球在垂直纸面的平面内摆动，为了将人工记录振动次数改为
自动记录振动次数，在摆球运动最低点的左、右两则分别放置一激光光源与光敏电阻，如图1－1－24a所示．光敏电阻与某一自动记录仪相连，该仪器显示的光敏电阻阻值R随时间t变化图线如图b所示，则该单摆的振动周期为________，若保持悬点到小球顶点的绳长不变，改用直径是原小球直径2倍的另一小球进行实验，则该单摆的周期将________(填“变大”、“不变”
或“变小”)，图b中的Δt将________(填“变大”、“不变”或“变小”)．
图1－1－24
解析 (1)略．(2)小球摆动到最低点时，挡光使得光敏电阻阻值增大，从t 1时刻开始，再经两次挡光完成一个周期，故T ＝2t 0；摆长为摆线长加小球半径，当小球直径变大，则摆长增加，由周期公式T ＝2πL
g 可知，周期变大；当
小球直径变大，挡光时间增加，即Δt 变大． 答案 (1)乙 (2)2t 0 变大 变大
9．有一弹簧振子在水平方向上的BC 之间做简谐运动，已知BC 间的距离为20 cm ，振子 在2 s 内完成了10次全振动．若从某时刻振子经过平衡位置时开始计时
(t ＝0)，经过1
4周期振子有正向最大加速度． (1)求振子的振幅和周期；
(2)在图1－1－25中作出该振子的位移—时间图象； (3)写出振子的振动方程．
解析 (1)振幅A ＝10 cm ，T ＝2
10 s ＝0.2 s.
(2)四分之一周期时具有正的最大加速度，故有负向最大位移．如图所示．
(3)设振动方程为 y ＝A sin(ωt ＋φ)
当t ＝0时，y ＝0，则sin φ＝0得φ＝0，或φ＝π，当再过较短时间，y 为负值，所以φ＝π
所以振动方程为y ＝10sin(10πt ＋π) cm. 答案 (1)10 cm 0.2 s (2)如解析图 (3)y ＝10sin(10πt ＋π) cm
10．(1)简谐运动的振动图线可用下述方法画出：如图1－1－26所示，在弹簧振
图1－1－25
子的小球上安装一枝绘图笔P ，让一条纸带在与小球振动垂直的方向上匀速运动，笔P 在纸带上画出的就是小球的振动图象．取振子水平向右的方向为振子离开平衡位置的位移正方向，纸带运动的距离代表时间，得到的振动图线如图1－1－26(2)所示．
图1－1－26
(1)为什么必须匀速拖动纸带？
(2)刚开始计时时，振子处在什么位置？t ＝17 s 时振子相对平衡位置的位移是多少？
(3)若纸带运动的速度为2 cm/s ，振动图线上1、3两点间的距离是多少？ (4)振子在 s 末负方向速度最大；在 s 末正方向加速度最大；2.5 s 时振子正在向方向运动．
(5)写出振子的振动方程．
解析 (1)纸带匀速运动时，由x ＝v t 知，位移与时间成正比，因此在匀速条件下，可以用纸带通过的位移表示时间．
(2)由图(2)可知t ＝0时，振子在平衡位置左侧最大位移处；周期T ＝4 s ，t ＝17 s 时位移为零．
(3)由x ＝v t ，所以1、3两点间距x ＝4 cm.
(4)3 s 末负方向速度最大；加速度方向总是指向平衡位置，所以t ＝0或t ＝4 s 时正方向加速度最大；t ＝2.5 s 时，振子向－x 方向运动． (5)x ＝10sin ⎝ ⎛⎭⎪⎫
π2
t －π2 cm.
答案 (1)在匀速条件下，可以用纸带通过的位移表示时间 (2)左侧最大位移 零 (3)4 cm (4)3 0或4 －x (5)x ＝10sin ⎛⎪⎫π
t －π cm。