課時訓練3簡諧運動的回復力和能量

1、.課時訓練3簡諧運動的回復力和能量題組一簡諧運動的回復力1.關于簡諧運動的回復力,以下說法正確的選項是A.可以是恒力B.可以是方向不變而大小改變的力C.可以是大小不變而方向改變的力D.一定是變力解析:回復力特指使振動物體回到平衡位置的力,對簡諧運動而言,其大小必與位移大小成正比,故為變力。答案:D2.多項選擇物體做簡諧運動時,以下表達中正確的選項是A.平衡位置就是回復力為零的位置B.處于平衡位置的物體,一定處于平衡狀態(tài)C.物體到達平衡位置,合力一定為零D.物體到達平衡位置,回復力一定為零解析:平衡位置是回復力為零的位置,但物體的合外力未必為零,應選項A、D正確。答案:AD3.彈簧振子在光滑程度

2、面上做簡諧運動,在振子向平衡位置運動的過程中A.振子所受的回復力逐漸增大B.振子的位移逐漸增大C.振子的速度逐漸減小D.振子的加速度逐漸減小解析:根據(jù)牛頓第二定律進展分析。當振子向平衡位置運動時,位移逐漸減小,而回復力與位移成正比,故回復力也減小。由牛頓第二定律a=Fm得加速度也減小。物體向著平衡位置運動時,回復力與速度方向一致,故物體的速度逐漸增大,正確選項為D。答案:D題組二簡諧運動的能量4.多項選擇彈簧振子在程度方向上做簡諧運動的過程中,以下說法正確的選項是A.在平衡位置時它的機械能最大B.在最大位移時它的彈性勢能最大C.從平衡位置到最大位移處它的動能減小D.從最大位移處到平衡位置它的機

3、械能減小解析:彈簧振子做簡諧運動時機械能守恒,因此選項A和D均錯誤;在最大位移處時,彈性勢能最大,選項B正確;從平衡位置到最大位移處的運動是振子遠離平衡位置的運動,速度減小,動能減小,選項C正確。答案:BC5.多項選擇下圖是某一質點做簡諧運動的圖象,以下說法正確的選項是A.在第1 s內,質點做加速運動B.在第2 s內,質點做加速運動C.在第3 s內,動能轉化為勢能D.在第4 s內,動能轉化為勢能解析:質點在第1 s內,由平衡位置向正向最大位移處運動,做減速運動,所以選項A錯誤。在第2 s 內,質點由正向最大位移處向平衡位置運動,做加速運動,所以選項B正確。在第3 s內,質點由平衡位置向負向最大

4、位移處運動,動能轉化為勢能,所以選項C正確。在第4 s內,質點由負向最大位移處向平衡位置運動,勢能轉化為動能,所以選項D錯誤。答案:BC6.多項選擇一彈簧振子在豎直方向上做簡諧運動,以下說法中正確的選項是A.振子的速度一樣時,彈簧的長度一定相等B.振子從最低點向平衡位置運動的過程中,彈簧的彈力始終做負功C.振子受到的回復力由彈簧的彈力和振子的重力的合力提供D.在振子運動的過程中,系統(tǒng)的機械能守恒解析:振子在平衡位置兩側往復運動,速度一樣的位置關于平衡位置對稱,彈簧長度明顯不相等,選項A錯誤;振子由最低點向平衡位置運動的過程中,彈簧對振子施加的力指向平衡位置,彈力做正功,選項B錯誤;振子受到的回

5、復力由振子的重力和彈簧的彈力的合力提供,且振子運動過程中只有重力和彈簧的彈力做功,所以系統(tǒng)的機械能守恒,應選項C、D正確。答案:CD題組三綜合應用7.以下圖為程度放置的兩個彈簧振子A和B的振動圖象,兩個振子質量之比為mA mB=23,彈簧的勁度系數(shù)之比為kAkB=32,那么它們的周期之比TATB=;它們的最大加速度之比為aAaB=。 解析:由題圖可知,A振子的周期為0.4 s,B振子的周期為0.6 s,故周期之比為TATB=23;最大加速度時,有mAaAmBaB=10kA5kB,故最大加速度之比aAaB=92。答案:23 928.一質量為m、側面積為S的正方體木塊,放在水面上靜止平衡

6、,如下圖。現(xiàn)用力向下將其壓入水中一段深度后未全部浸沒撤掉外力,木塊在水面上下振動,試判斷木塊的振動是否為簡諧運動。解析:設水的密度為0,木塊的橫截面積為S,靜止時浸在水中的深度為x0,如下圖,由平衡條件得F浮=m木g。又F浮=0x0Sg,那么有m木g=0x0Sg,此位置即為木塊的平衡位置。當用力將木塊按下使浸在水中部分為x0+x時,以x方向為正方向,那么木塊此時所受合力F合=m木g-F浮'。而F浮'=0x0+xSg。由以上各式解得F合=-0Sgx。式中0為水的密度,S為木塊的橫截面積,g為重力加速度,所以0Sg為常量,令k=0Sg,那么有F合=-kx。上式說明木塊在上下振動的過

7、程中所受合力F合與偏離平衡位置的位移x的大小成正比,負號表示二者方向相反。所以符合簡諧運動的動力學特征,木塊的振動是簡諧運動。答案:是簡諧運動。建議用時:30分鐘1.多項選擇關于回復力,以下說法正確的選項是A.回復力是指物體受到的指向平衡位置的力B.回復力是指物體受到的合外力C.回復力是以力的作用效果來命名的,它可以是彈力,也可以是重力或摩擦力等幾個力的合力D.回復力實際上就是向心力解析:回復力是物體振動時受到的指向平衡位置的力,它使物體回到平衡位置。它是根據(jù)效果命名的,可以是某一個力,也可以是某一個力的分力,也可以是幾個力的合力。但應注意:回復力不一定等于合外力,向心力是指物體做勻速圓周運動

8、所受到的效果力,雖然都是按效果命名的,但力的作用效果不同。答案:AC2.如下圖,一程度彈簧振子在光滑程度面上的B、C兩點間做簡諧運動,O為平衡位置。振子由完全一樣的P、Q兩部分組成,彼此拴接在一起。當振子運動到B點的瞬間,將P拿走,那么以后Q的運動和拿走P之前比較有A.Q的振幅增大,通過O點時的速率增大B.Q的振幅減小,通過O點時的速率減小C.Q的振幅不變,通過O點時的速率增大D.Q的振幅不變,通過O點時的速率減小解析:當振子運動到B點的瞬間,振子的速度為零,此時P、Q的速度均為零,振子的動能全部轉化為系統(tǒng)中彈簧的彈性勢能,將P拿走并不影響系統(tǒng)的能量,故能量并不改變,因此Q的振幅不變,當振子通

9、過O點時系統(tǒng)的彈性勢能又全部轉化為動能,拿走P之前,彈性勢能轉化為P、Q兩個物體的動能,拿走P之后,彈性勢能轉化為Q一個物體的動能,故拿走P之后Q的動能比拿走P之前Q的動能大,速率也要增大。所以選C。答案:C3.圖甲為某個質點做簡諧運動的x-t圖象,對圖乙的以下判斷正確的選項是A.圖1可作為v-t圖象B.圖2可作為F-t圖象C.圖3可作為F-t圖象D.圖4可作為a-t圖象解析:t=0時刻,振子在平衡位置,速度最大且沿x軸的正方向,故A錯。根據(jù)回復力F=-kx和牛頓第二定律,加速度和回復力總與位移方向相反,且與位移大小成正比,所以C正確。答案:C4.一勁度系數(shù)為k的輕彈簧,上端固定,下端吊一質量

10、為m的物體,讓其上下做簡諧運動,振幅為A,當物體運動到最高點時,其回復力大小為A.mg+kAB.mg-kAC.kA-mgD.kA解析:假如彈簧振子是在程度方向做簡諧運動,所有同學會很快選擇選項D,但遇到豎直方向的彈簧振子,大部分同學認為必需要考慮豎直方向的重力,因此會把D選項排除。問題的關鍵是錯把kA當作彈力,而再去求它和重力的合力。答案:D5.多項選擇一個彈簧振子,做簡諧運動的周期為T,設t1時刻振子不在平衡位置,經(jīng)過一段時間到t2時刻,振子的速度與t1時刻的速度大小相等、方向一樣,假設t2-t1<T2,如下圖,那么A.t2時刻振子的加速度一定跟t1時刻大小相等、方向相反B.在t1t2

11、的中間時刻,振子處在平衡位置C.從t1到t2時間內,振子的運動方向不變D.從t1到t2時間內,振子所受回復力的方向不變解析:由題圖可知t1、t2時刻的加速度大小相等、方向相反,A正確;且在t1t2的中間時刻,振子處于平衡位置,B正確;在t1t2時間內,振子的運動方向都沿y軸的正方向,故運動方向不變化,C正確;從t1到t2時間內,位移方向發(fā)生了變化,振子所受回復力的方向發(fā)生了變化,D錯。此題的正確選項為A、B、C。答案:ABC6.多項選擇如下圖,物體A置于物體B上,一輕質彈簧一端固定,另一端與B相連。在彈性限度范圍內,A和B一起在光滑程度面上做往復運動不計空氣阻力,并保持相對靜止。那么以下說法正

12、確的選項是A.A和B均做簡諧運動B.作用在A上的靜摩擦力大小與彈簧的形變量成正比C.B對A的靜摩擦力對A做功,而A對B的靜摩擦力對B不做功D.B對A的靜摩擦力始終對A做正功,而A對B的靜摩擦力始終對B做負功解析:由于A與B保持相對靜止,可看作一個整體,那么它們所受到的合力等于彈簧的彈力,而彈力方向指向被擠壓的物體。設彈簧的形變量為x,那么整體所受合外力可記作F=-kx,因此,A和B一起做簡諧運動,選項A正確;設A與B的質量分別為mA和mB,那么它們的加速度大小a=kxmA+mB,所以A受到B的靜摩擦力即A所受到的合力,FA=mAa=kmAmA+mBx,所以選項B正確;在A與B一起做簡諧運動向平

13、衡位置運動的過程中,B對A做正功,而A對B做負功;在A與B一起運動,遠離平衡位置運動的過程中,B對A做負功,而A對B做正功,所以選項C、D錯誤。答案:AB7.如下圖,彈簧上面固定一質量為m的小球,小球在豎直方向上做振幅為A的簡諧運動,當小球振動到最高點時彈簧正好為原長,那么小球在振動過程中A.小球最大動能應等于mgAB.彈簧的彈性勢能和小球動能總和保持不變C.彈簧最大彈性勢能等于2mgAD.小球在最低點時的彈力大于2mg解析:小球平衡位置kx0=mg,x0=A=mgk,當?shù)竭_平衡位置時,有mgA=12mv2+12kA2,A錯。機械能守恒,是動能、重力勢能和彈性勢能之和保持不變,B錯。從最高點到

14、最低點,重力勢能全部轉化彈性勢能Ep=2mgA,最低點加速度大小等于最高點加速度g,據(jù)牛頓第二定律F-mg=mg,F=2mg,C對,D錯。答案:C8.公路上勻速行駛的貨車受一擾動,車上貨物隨車廂底板上下振動但不脫離底板。一段時間內貨物在豎直方向的振動可視為簡諧運動,周期為T。取豎直向上為正方向,以某時刻作為計時起點,即t=0,其振動圖象如下圖,那么A.t=14T時,貨物對車廂底板的壓力最大B.t=12T時,貨物對車廂底板的壓力最小C.t=34T時,貨物對車廂底板的壓力最大D.t=34T時,貨物對車廂底板的壓力最小解析:要使貨物對車廂底板的壓力最大,那么車廂底板對貨物的支持力最大,那么要求貨物向

15、上的加速度最大,由振動圖象可知在34T時,貨物向上的加速度最大,應選項C正確;貨物對車廂底板的壓力最小,那么車廂底板對貨物的支持力最小,那么要求貨物向下的加速度最大,由振動圖象可知在14T時,貨物向下的加速度最大,所以選項A、B、D錯誤。答案:C9.如下圖,A、B疊放在光滑程度地面上,B與自由長度為L0的輕彈簧相連,當系統(tǒng)振動時,A、B始終無相對滑動,mA=3m,mB=m,當振子距平衡位置的位移x=L02時,系統(tǒng)的加速度為a,求A、B間摩擦力Ff與位移x的函數(shù)關系。解析:設彈簧的勁度系數(shù)為k,以A、B整體為研究對象,系統(tǒng)在程度方向上做簡諧運動,其中彈簧的彈力作為系統(tǒng)的回復力,所以對系統(tǒng)運動到距平衡位置L02時,有kL02=mA+mBa由此可得k=8maL0當系統(tǒng)的位移為x時,A、B間的靜摩擦力為Ff,此時A、B具有共同加速度a',對系統(tǒng)有-kx=mA+mBa'k=8maL0對A有Ff=mAa'由結合得Ff=-6maL0x。答案:Ff=-6maxL010.右圖為一彈簧振子的振動圖象,假如振子的質量為0.2 kg,那么:1從計時開場經(jīng)過多長時間第一次到達彈性勢能最大?2在第2 s末到第3 s末這段時間內彈簧振子的加