《2022-2023高中物理 第11章 機械振動 11.4 單擺課后提升作業(yè) 新人教版選修3-4》由會員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《2022-2023高中物理 第11章 機械振動 11.4 單擺課后提升作業(yè) 新人教版選修3-4（9頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。

1、2022-2023高中物理 第11章 機械振動 11.4 單擺課后提升作業(yè) 新人教版選修3-4 【基礎(chǔ)達標練】 1.在如圖所示的裝置中,可視為單擺的是　(　　) 【解析】選A。這些裝置都是實際擺,我們在研究單擺的擺動過程中,通常忽略空氣等對單擺的阻力,因此實驗中我們總是盡量選擇質(zhì)量大、體積小的球和盡量細的、不可伸長的線組成單擺。單擺是實際擺的理想化模型,所以只有A裝置可視為單擺。 2.圖中O點為單擺的固定懸點,現(xiàn)將擺球(可視為質(zhì)點)拉至A點,此時細線處于張緊狀態(tài),釋放擺球,擺球?qū)⒃谪Q直平面內(nèi)的A、C之間來回擺動,B點為運動中的最低位置,則在擺動過程中　(　　) A.擺球在A點

2、和C點處,速度為零,合力也為零 B.擺球在A點和C點處,速度為零,回復(fù)力也為零 C.擺球在B點處,速度最大,回復(fù)力也最大 D.擺球在B點處,速度最大,細線拉力也最大 【解析】選D。擺球在擺動過程中,在最高點A、C處速度為零,回復(fù)力最大,合力不為零,故A、B錯誤;在最低點B,速度最大,回復(fù)力為零,擺球做圓周運動,細線的拉力最大,故C錯誤、D正確。 【補償訓(xùn)練】(多選)同一地點甲、乙兩相同單擺做簡諧運動的振動圖象如圖所示,下列說法正確的是　(　　) A.甲、乙兩擺的擺長相等 B.甲擺擺球所受到的最大回復(fù)力一定比乙大 C.甲擺擺球的最大速率比乙擺的小 D.甲擺振動的振幅比乙擺的

3、大 【解析】選A、B、D。由題圖可知:甲的振幅大,甲、乙的周期相等,由于在同一位置,故重力加速度相等,由T=知,A、D對。由于甲擺的振幅大,擺球的質(zhì)量相等,故在平衡位置處甲擺的速率大,故C錯。由于擺長相等,甲擺的振幅大,甲擺的擺角大,故甲擺所受的最大回復(fù)力大,B對。 3.(2018·宿州高二檢測)單擺的擺球做簡諧運動,經(jīng)過平衡位置時正好遇到空中飄落下的速度可忽略的雨滴,雨滴均勻附著在擺球表面,則擺球在振動中有關(guān)物理量的變化情況是　(　　) A.最大速度不變,振幅不變,周期不變 B.最大速度變小,振幅變小,周期變小 C.最大速度變小,振幅變小,周期不變 D.最大速度變大,振幅變大,周

4、期不變 【解題指南】(1)根據(jù)單擺的周期公式判斷振動周期的變化。 (2)根據(jù)機械能守恒定律判斷振幅和速度的變化。 【解析】選C。單擺經(jīng)過平衡位置處,與豎直下落的雨滴相遇,由于擺球的能量不變,擺球的質(zhì)量變大,所以擺球通過平衡位置的最大速度變小,根據(jù)機械能守恒定律知,上擺的最大高度變小,即振幅變小;由于單擺的周期與質(zhì)量無關(guān),所以周期不變。故A、B、D錯誤,C正確。 4.兩個相同的單擺靜止于平衡位置,使擺球分別以水平初速度v1、v2(v1>v2)在豎直平面內(nèi)做小角度擺動,它們的頻率與振幅分別為f1、f2和A1、A2,則　(　　) A.f1>f2,A1=A2　　　　　　B.f1

5、A2 C.f1=f2,A1>A2 D.f1=f2,A1A2,故C正確。 【補償訓(xùn)練】做簡諧運動的單擺擺長不變,若擺球質(zhì)量增加為原來的4倍,擺球經(jīng)過平衡位置時速度減小為原來的,則單擺振動的　(　　) A.頻率、振幅都不變 B.頻率、振幅都改變 C.頻率不變、振幅改變 D.頻率改變、振幅不變 【解析】選C。由單擺的周期公式T=可知,單擺擺

6、長不變,則周期不變,頻率不變;振幅A是反映單擺運動過程中的能量大小的物理量,由Ek=mv2可知,擺球經(jīng)過平衡位置時的速度減小,說明振幅減小,因此振幅改變,所以選項C正確。 5.(2018·南寧高二檢測)擺長為l的單擺做簡諧運動,若從某時刻開始計時(即取t=0),當(dāng)振動至t=時,擺球恰具有負向最大速度,則單擺的振動圖象是圖中的　(　　) 【解析】選D。t==T,擺球具有負向最大速度時,應(yīng)在平衡位置,y=0,速度方向為-y方向,即沿y軸負方向,故D選項正確。 6.(多選)(2018·溫州高二檢測)擺球質(zhì)量相等的甲、乙兩單擺懸掛點高度相同,其振動圖象如圖所示。選懸掛點所在水平面為重力勢能的

7、參考面,由圖可 知　(　　) A.甲、乙兩單擺的擺長之比是 B.ta時刻甲、乙兩單擺的擺角相等 C.tb時刻甲、乙兩單擺的勢能差最大 D.tc時刻甲、乙兩單擺的速率相等 【解析】選A、C。由圖可知==,又因為T=,所以擺長之比為4∶9,A正確。在tb時刻,乙在平衡位置最低處,而甲在最高處,因此兩者的勢能差是最大的,C對。由于甲偏離平衡位置高度差大于乙的,由擺動過程機械能守恒得甲經(jīng)過平衡位置時速度大于乙,D錯。在ta時刻,兩個單擺的位移相同但擺長不一樣,所以對應(yīng)的偏角不同,B錯。 7.(1)某同學(xué)在探究影響單擺周期的因素時有如下操作,請你判斷是否恰當(dāng)(選填“是”或“否”)。

8、①把單擺從平衡位置拉開某一任意角度后釋放:　　　　。 ②在擺球經(jīng)過最低點時啟動秒表計時:　　　　。 ③用秒表記錄擺球一次全振動的時間作為周期:　　　　。 (2)該同學(xué)改進測量方法后,得到的部分測量數(shù)據(jù)見表。用螺旋測微器測量其中一個擺球直徑的示數(shù)如圖所示,該球的直徑為　　　　　　mm,根據(jù)表中數(shù)據(jù)可以初步判斷單擺周期隨　　　　的增大而增大。 數(shù)據(jù)組編號 擺長/mm 擺球質(zhì)量/g 周期/s 1 999.3 32.2 2.0 2 999.3 16.5 2.0 3 799.2 32.2 1.8 4 799.2 16.5 1.8 5 501.1 3

9、2.2 1.4 6 501.1 16.5 1.4 【解析】(1)單擺在擺角很小時振動是簡諧振動,擺角一般要小于5°,故①不合理;測單擺周期時,一般以小球經(jīng)過最低點時開始計時,這樣可以減小實驗誤差,故②合理;用擺球一次全振動的時間作為單擺的周期測量誤差較大,為減小測量誤差,要測多個周期的時間求平均值,故③不合理;(2)由圖示螺旋測微器可知,主示數(shù)為20.5mm,游標尺示數(shù)為18.5×0.01mm=0.185mm,讀數(shù)為20.685mm。從圖中數(shù)據(jù)可知:擺長相同時,周期相同,擺長變大時,周期變大,根據(jù)表中數(shù)據(jù)可以初步判斷單擺周期隨擺長的增大而增大。 答案:(1)①否?、谑恰、鄯瘛?2

10、)20.685　擺長 【能力提升練】 1.(2018·蘭州高二檢測)一單擺的擺長為40cm,擺球在t=0時刻正從平衡位置向右運動,若g取10m/s2,則在1s時擺球的運動情況是　(　　) A.正向左做減速運動,加速度正在增大 B.正向左做加速運動,加速度正在減小 C.正向右做減速運動,加速度正在增大 D.正向右做加速運動,加速度正在減小 【解析】選D。由T=,代入數(shù)據(jù)得T=1.256s,則1s時,正處于第四個T內(nèi),由左側(cè)最大位移向平衡位置運動,D正確。 2.如圖所示,兩段光滑圓弧軌道半徑分別為R1和R2,圓心分別為O1和O2,所對應(yīng)的圓心角均小于5°,在最低點O平滑連接。M點和

11、N點分別位于O點左右兩側(cè),距離MO小于NO?，F(xiàn)分別將位于M點和N點的兩個小球A和B(均可視為質(zhì)點)同時由靜止釋放。關(guān)于兩小球第一次相遇點的位置,下列判斷正確的是　(　　) A.恰好在O點　　　　　　 B.一定在O點的左側(cè) C.一定在O點的右側(cè) D.條件不足,無法確定 【解題指南】解答本題應(yīng)注意以下兩點: (1)光滑圓弧所對應(yīng)的圓心角均小于5°,小球的運動類似于單擺的運動。 (2)等效擺長等于圓弧的半徑R,其周期T=2π。 【解析】選C。據(jù)題意,兩段光滑圓弧所對應(yīng)的圓心角均小于5°,把兩球在圓弧上的運動看作等效單擺,等效擺長等于圓弧的半徑,則A、B兩球的運動周期分

12、別為TA=2π,TB=2π,兩球第一次到達O點的時間分別為tA=TA=,tB=TB=,由于R1

13、a===0.08m/s2。 答案:　0.08 3.將一測力傳感器連接到計算機上就可以測量快速變化的力,圖甲中O點為單擺的懸點,現(xiàn)將小球(可視為質(zhì)點)拉到A點,此時細線處于張緊狀態(tài),釋放擺球,則擺球在豎直平面內(nèi)的ABC之間來回擺動,其中B點為運動中最低位置?！螦OB= ∠COB=α,α小于5°且是未知量,圖乙表示由計算機得到細線對擺球的拉力大小F隨時間變化的曲線,且圖中t=0時刻為擺球從A點開始運動的時刻,據(jù)力學(xué)規(guī)律和題中信息(g取10m/s2)求: (1)單擺的周期和擺長。 (2)擺球質(zhì)量及擺動過程中的最大速度。 【解析】(1)由題圖可知T=0.4πs T=2π 所以L=0

14、.4m。 (2)在A、C點拉力最小,在B點拉力最大 0.495N=mgcosα 0.510N-mg= mg(L-Lcosα)=mv2 所以m=0.05kg v=m/s 答案:(1)0.4πs　0.4m　(2)0.05kg　m/s 【總結(jié)提升】單擺問題的計算方法 (1)在擺角很小時單擺做簡諧運動,利用周期公式進行關(guān)于擺長、重力加速度的分析、計算。 (2)在不計阻力時,單擺滿足機械能守恒,并結(jié)合牛頓運動定律計算擺球在平衡位置時擺線的拉力。 (3)利用單擺的振動圖象進行有關(guān)物理量(位移、速度、加速度、動能、重力勢能、擺長、不同地點或不同星球表面的重力加速度等)的計算。 (4)

15、處理單擺做簡諧運動的有關(guān)問題時,單擺模型的構(gòu)建、合理的等效要與運動學(xué)公式、牛頓第二定律、單擺運動的周期性等相結(jié)合。 【補償訓(xùn)練】 圖甲是一個單擺振動的情形,O是它的平衡位置,B、C是擺球所能到達的最遠位置。設(shè)擺球向右方向運動為正方向。圖乙是這個單擺的振動圖象。根據(jù)圖象回答: (1)單擺振動的頻率是多大? (2)開始時刻擺球在何位置? (3)若當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣葹?0m/s2,試求這個擺的擺長是多少。 【解析】(1)由乙圖知周期T=0.8s 則頻率f==1.25Hz (2)由乙圖知,0時刻擺球在負向最大位移處,因向右為正方向,所以開始時刻擺球在B點。 (3)由T=2π得L==0.16m 答案:(1)1.25Hz　(2)B點　(3)0.16m