《2022年高中物理第章机械运动章末分层突破教师用书鲁科版选修- .pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《2022年高中物理第章机械运动章末分层突破教师用书鲁科版选修- .pdf（13页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、1 第 1 章 机械运动 自我校对 kx 2l/g递减驱动力f固越小f驱f固_ _ _ _ 简谐运动的周期性和对称性(1) 周期性做简谐运动的物体在完成一次全振动后，再次振动时则是重复上一个振动的形式，所以名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 1 页，共 13 页 - - - - - - - - - 2 简谐运动具有周期性，因此在处理实际问题时，要注意多解的可能性(2) 对称性简谐运动过程具有对称性，关于平衡位置对称的两位置上速度、加速度、回复力、 位移、动能、势能的大小均
2、相等，且由某点到平衡位置和由平衡位置到该点或对称点的时间相等，由某点到最大位移处和由最大位移处回到该点的时间相等如图 1-1 所示，一个质点做简谐运动，先后以相同的速度依次通过A和B两点，历时2 s质点通过B点后再经过1 s 第二次通过B点，在这3 s 内，质点通过的总路程为18 cm. 则质点振动的周期和振幅分别是多少？图 1-1【解析】由于质点先后以相同的速度依次通过A和B两点，历时2 s，则A和B两点关于平衡位置对称，AO和OB所用时间都为1 s质点通过B点后再经过1 s 第二次通过B点，同样由对称性知Bb所用时间为0.5 s ，则T41.5 s ，所以周期T6 s 在题中所述的3 s
3、内，质点通过的总路程为18 cm，正好等于从a到b的距离，则2A18 cm，即A9 cm. 【答案】6 s 9 cm 简谐运动图象的应用从振动图象中可得到的信息(1) 可直接读取振子在某一时刻相对于平衡位置的位移大小(2) 从振动图象上可直接读出振幅：正( 负) 位移的最大值(3) 从振动图象上可直接读出周期(4) 可判断某一时刻振动物体的速度方向和加速度方向，以及它们的大小变化趋势一个质点做简谐运动的图象如图1-2 所示，下列说法正确的是( ) 图 1-2A质点振动频率为4 Hz B在 10 s 内质点经过的路程是20 cm C在 5 s 末，速度为零，加速度最大，回复力的功率为零D在t0
4、到t1 s 内，加速度与速度反向，回复力做负功名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 2 页，共 13 页 - - - - - - - - - 3 E在t1 s 到t3 s ，质点速度的方向和加速度的方向都发生变化【解析】由振动图象可知T4 s ，故选项A 错误一个周期内，做简谐运动的质点经过的路程为4A8 cm， 10 s 为 2.5 个周期，质点经过的路程为s4A2 2A10A20 cm，选项 B 正确在5 s 末，质点位移最大为2 cm，此时回复力最大，所以加速度最大，
5、但速度为零，由PFv可知回复力的功率也为零，故选项C正确在t0 到t1 s 时间内，质点由平衡位置向正向最大位移处运动，所以速度与加速度反向，回复力做负功，D正确在t1 s 到t3 s 质点速度方向一直不变，E错误【答案】BCD 简谐运动图象问题的处理思路(1) 根据简谐运动图象的描绘方法和图象的物理意义，明确纵轴、横轴所代表的物理量及单位(2) 将简谐运动图象跟具体运动过程或振动模型联系起来，根据图象画出实际振动或模型的草图，对比分析(3) 判断简谐运动的回复力、加速度、速度变化的一般思路：根据Fkx判断回复力F的变化情况；根据Fma判断加速度的变化情况；根据运动方向与加速度方向的关系判断速
6、度的变化情况单摆的周期公式及应用单摆在小角度( 5) 振动时可看做简谐运动，除考查简谐运动的一般规律外，单摆的周期公式及特点、应用在近几年的高考中也频频出现，值得重视：(1) 单摆的周期T2lg，与振幅、质量无关，只取决于摆长l和重力加速度g. (2) 单摆的回复力由摆球重力沿圆弧切线方向的分力提供在平衡位置，回复力为零，合力沿半径方向提供向心力；在最高点，向心力为零，回复力最大(3) 利用单摆测重力加速度原理：由单摆的周期公式可得g42lT2，因此通过测定单摆的周期和摆长，便可测出重力加速度g的值如图 1-3 所示，ACB为光滑弧形槽，弧形槽半径为R，R?AB，甲球从弧形槽的球心处自由落下，
7、乙球从A点由静止释放，问：名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 3 页，共 13 页 - - - - - - - - - 4 图 1-3(1) 两球第 1 次到达C点的时间之比(2) 若在圆弧的最低点C的正上方h处由静止释放小球甲，让其自由下落，同时乙球从圆弧左侧由静止释放， 欲使甲、乙两球在圆弧最低点C处相遇，则甲球下落的高度h是多少？【解析】(1) 甲球做自由落体运动R12gt21，所以t12Rg，乙球沿圆弧做简谐运动( 由于AB?R，可认为摆角5) 此振动与一个摆长为
8、R的单摆振动模型相同，故此等效摆长为R，因此乙球第1 次到达C处的时间为t214T142Rg2Rg，所以t1t222. (2) 甲球从离弧形槽最低点h高处开始自由下落，到达C点的时间为t甲2hg，由于乙球运动的周期性， 所以乙球到达C点的时间为t乙T4nT22Rg(2n1)(n0,1,2 ， )由于甲、乙在C点相遇，故t甲t乙解得hn22R8(n0,1,2 ，)【答案】(1)22(2)n22R8(n0,1,2 ，)单摆模型问题的求解方法(1) 单摆模型指符合单摆规律的运动模型，模型满足条件： 圆弧运动； 小角度摆动；回复力Fkx. (2) 首先确认符合单摆模型条件，然后寻找等效摆长l及等效加速
9、度g，最后利用公式T名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 4 页，共 13 页 - - - - - - - - - 5 2lg或简谐运动规律分析求解问题(3) 如图甲所示的双线摆的摆长lrLcos . 乙图中小球 ( 可看作质点 ) 在半径为R的光滑圆槽中靠近A点振动，其等效摆长为lR. 1(2015山东高考改编) 如图 1-4，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y0.1sin(2.5t)m.t0 时刻，一
10、小球从距物块h高处自由落下；t0.6 s 时，小球恰好与物块处于同一高度取重力加速度的大小g10 m/s2. 以下判断正确的是( ) 图 1-4Ah1.7 m B简谐运动的周期是0.8 s C0.6 s内物块运动的路程是0.2 m Dt0.4 s时，物块与小球运动方向相反Et0.6 s时，物块的位移是0.1 m 【解析】t0.6 s 时，物块的位移为y0.1sin(2.50.6)m 0.1 m ；则对小球h|y| 12gt2，解得h1.7 m ，选项 A、E正确；简谐运动的周期是T222.5 s0.8 s，选项 B正确； 0.6 s 内物块运动的路程是3A0.3 m ，选项 C错误；t0.4
11、sT2，此时物块在平衡位置向下振动，则此时物块与小球运动方向相同，选项D错误【答案】ABE 2(2014浙江高考改编) 一位游客在千岛湖边欲乘坐游船，当日风浪较大，游船上下浮动可把游船浮动简化成竖直方向的简谐运动，振幅为20 cm，周期为3.0 s 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10 cm时，游客能舒服地登船在一个周期内，游客能舒服登船的时间是多少【解析】由振动周期T3.0 s、2T、A20 cm知，游船做简谐运动的振动方程xAsin t20sin23t(cm) 在一个周期内，当x10 cm 时，解得t10.25 s ，t21.25 s游客能舒服登船的时间t
12、t2t11.0 s. 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 5 页，共 13 页 - - - - - - - - - 6 【答案】1.0 s 3(2013新课标全国卷) 如图1-5，一轻弹簧一端固定，另一端连接一物块构成弹簧振子，该物块是由a、b两个小物块粘在一起组成的物块在光滑水平面上左右振动，振幅为A0，周期为T0. 当物块向右通过平衡位置时，a、b之间的粘胶脱开；以后小物块a振动的振幅和周期分别为A和T，则A_A0( 填“”、“ ”、“ ”或“” ) 图 1-5【解析
13、】当弹簧振子通过平衡位置时，a、b之间粘胶脱开，a、b由于惯性继续向右运动，弹簧伸长，对物块a有向左的拉力，物块a向右做减速运动，动能减少，物块b在光滑水平面上向右做匀速直线运动，动能不变， 由能量守恒定律知只有物块a减少的动能转化为弹簧的弹性势能，所以弹簧的最大伸长量减小，故振幅减小振动中振子的质量变小，振子的周期变小【答案】 4(2014 重庆高考 ) 一竖直悬挂的弹簧振子，下端装有一记录笔，在竖直面内放置有一记录纸， 当振子上下振动时，以速率v水平向左匀速拉动记录纸，记录笔在纸上留下如图1-6 所示的图象，y1、y2、x0、2x0为纸上印迹的位置坐标由此图求振动的周期和振幅. 【导学号：
14、 78510013】图 1-6【解析】由图象可知，振子在一个周期内沿x方向的位移为2x0，水平速度为v，故周期T2x0v；又由图象知2Ay1y2，故振幅Ay1y22. 【答案】2x0vy1y225(2015北京高考改编)(1) 用单摆测定重力加速度的实验用多组实验数据作出T2-L图象，也可以求出重力加速度g. 已知三位同学作出的T2-L图线的示意图如图1-7 甲中的a、b、c所示， 其中a和b平行，b和c都过原点， 图线b对应的g值最接近当地重力加速度的值则相对于图线b，下列分析正确的是_( 选填选项前的字母) 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - -
15、- - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 6 页，共 13 页 - - - - - - - - - 7 甲乙图 1-7A出现图线a的原因可能是误将悬点到小球下端的距离记为摆长LB出现图线c的原因可能是误将49 次全振动记为50 次C图线c对应的g值小于图线b对应的g值(2) 某同学在家里测重力加速度他找到细线和铁锁，制成一个单摆， 如图 1-7 乙所示，由于家里只有一根量程为030 cm 的刻度尺，于是他在细线上的A点做了一个标记，使得悬点O到A点间的细线长度小于刻度尺量程保持该标记以下的细线长度不变，通过改变O、A间细线长度以改变摆长实验中，当O、A间细线
16、的长度分别为l1、l2时，测得相应单摆的周期为T1、T2. 由此可得重力加速度g_( 用l1、l2、T1、T2表示 ) 【解析】(1) 根据T2Lg，得T242gL，即当L0 时，T20. 出现图线a的原因是计算摆长时过短，误将悬点O到小球上端的距离记为摆长，选项A错误；对于图线c，其斜率k变小了，根据kT2L，可能是T变小了或L变大了选项B中误将 49 次全振动记为50 次，则周期T变小，选项 B正确；由42gk得g42k，则k变小，重力加速度g变大，选项C错误(2) 设A点到铁锁重心的距离为l0. 根据单摆的周期公式T 2Lg，得T12l1l0g，T22l2l0g联立以上两式，解得重力加速
17、度g42l1l2T21T22. 【答案】(1)B (2)42l1l2T21T22章末综合测评 ( 一) 机械振动( 时间： 60 分钟满分： 90 分) 1 (1)(5分)( 填正确答案标号 选对 1 个得 2 分，选对 2 个得 4 分，选对 3 个得 5 分每选错 1 个扣 3 分，最低得分为0 分)如图 1 所示是一做简谐运动的物体的振动图象，下列说法正确的是 ( ) 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 7 页，共 13 页 - - - - - - - - - 8
18、图 1 A振动周期是2102 s B第 2 个 102 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 E物体位移随时间变化的关系式为x10 sin 4 t(2)(10分) 有一弹簧振子在水平方向上的B、C之间做简谐运动，已知B、C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(t0) ，经过14周期振子有负向最大位移求振子的振幅和周期；画出该振子的位移时间图象；写出振子的振动方程【解析】(1) 振动周期是完成一次全振动所用的时间，在图象上是两相邻极大值间的距离，所以周期是4102 s 又f1T，所以f
19、25 Hz，则 A项错误， C项正确；正、负极大值表示物体的振幅，所以振幅A10 cm，则 D项正确；第2 个 10 2 s 的初位置是10 cm，末位置是0，根据位移的概念有x 10 cm，则 B项正确由T4 s ，2T2rad/s ，故关系式为x10 sin2t，E错误(2) 弹簧振子在B、C之间做简谐运动，故振幅A10 cm，振子在2 s 内完成了10 次全振动，振子的周期Ttn0.2 s. 振子从平衡位置开始计时，故t0 时刻，位移是 0，经14周期振子的位移为负向最大，故如图所示由函数图象可知振子的位移与时间函数关系式为x10sin(10 t) cm. 名师资料总结 - - -精品资
20、料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 8 页，共 13 页 - - - - - - - - - 9 【答案】(1)BCD (2) 10 cm 0.2 s 见解析图x10sin(10 t) cm 2 (1)(5分)( 填正确答案标号 选对 1 个得 2 分，选对 2 个得 4 分，选对 3 个得 5 分每选错 1 个扣 3 分，最低得分为0 分) 如图 2 所示， 图 2 甲为以O点为平衡位置， 在A、B两点间做简谐运动的弹簧振子，图乙为该弹簧振子的振动图象，由图可知下列说法中正确的是( ) 图 2 A在
21、t0.2 s时，弹簧振子可能运动到B位置B在t0.1 s与t0.3 s两个时刻，弹簧振子的速度大小相同C从t0 到t0.2 s的时间内，弹簧振子的动能持续地增加D在t0.2 s与t0.6 s两个时刻，弹簧振子的加速度相同E在t0.1 s与t0.5 s两个时刻，弹簧振子的动能相同(2)(10分) 如图 3 所示为一弹簧振子的振动图象，求：图 3 从计时开始经多长时间第一次达到弹性势能最大？在 23 s 这段时间内弹簧振子的加速度、速度、动能和弹性势能各怎样变化？【解析】(1)t0.2 s 时，振子的位移为正的最大，但由于没有规定正方向，所以此时振子的位置可能在A点也可能在B点， A正确t0.1
22、s时速度为正，t0.3 s时速度为负，两者大小相等，方向相反，B对从t0 到t0.2 s 的时间内，弹簧振子远离平衡位置，速度减小，动能减小，C错t0.2 s与t0.6 s两个时刻，位移大小相等，方向相反，故加速度大小相等，方向相反，D错t0.1 s与t0.5 s两个时刻振子的位移等值反向，速度等值反向，故动能相等，E对(2) 由题图知，在计时开始的时刻振子恰好以沿x轴正方向的速度通过平衡位置，此时弹簧振子有最大动能，随着时间的延长，速度不断减小，而位移逐渐增大，经14T，即 1 s，其位移达到最大，此时弹性势能最大由题图知，t2 s 时，振子恰好通过平衡位置，此时加速度为零；随着时间的延长，
23、位移不断增大，加速度也变大，速度不断减小，动能不断减小，弹性势能逐渐增大；当t名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 9 页，共 13 页 - - - - - - - - - 10 3 s 时，加速度达到最大，速度等于零，动能等于零，弹性势能达到最大值【答案】(1)ABE (2) 1 s 见解析3 (1)(5分)( 填正确答案标号 选对 1 个得 2 分，选对 2 个得 4 分，选对 3 个得 5 分每选错 1 个扣 3 分，最低得分为0分) 关于振子的振动过程，以下说法正确
24、的是( ) 【导学号： 78510014】A振子在平衡位置，动能最大，势能最小B振子在最大位移处，势能最大，动能最小C振子在向平衡位置运动时，由于振子振幅减小，故总机械能减小D在任意时刻，动能与势能之和保持不变E振子在平衡位置，弹性势能一定最小图 4 (2)(10分) 两根质量均可不计的弹簧，劲度系数分别为k1、k2，它们与一个质量为m的小球组成弹簧振子，静止时，两弹簧均处于原长，如图 4 所示试证明弹簧振子做的运动是简谐运动【解析】(1) 振子在平衡位置两侧往复振动，在最大位移处速度为零，动能为零，此时弹簧的形变量最大，势能最大，所以B正确；在任意时刻只有弹簧的弹力做功，所以机械能守恒， D
25、正确；到平衡位置处速度达到最大，动能最大，势能最小，所以A正确；振幅的大小与振子的位置无关，所以选项 C错误；振子在平衡位置时，弹簧不一定处于原长，如竖直放置的弹簧振子，故E选项错误(2) 以平衡位置为坐标原点建立坐标轴，设左右两边弹簧的弹力分别为F1、F2，振子在平衡位置时F合F1F20，当振子离开平衡位置时，因两弹簧发生形变而使振子受到指向平衡位置的力 设离开平衡位置的正位移为x， 则振子所受的合力为F (k1xk2x) (k1k2)xkx. 所以，弹簧振子的运动为简谐运动【答案】(1)ABD (2) 见解析4 (1)(5分)( 填正确答案标号 选对 1 个得 2 分，选对 2 个得 4
26、分，选对 3 个得 5 分每选错 1 个扣 3 分，最低得分为0分) 如图 5 所示为一单摆的振动图象，则( ) 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 10 页，共 13 页 - - - - - - - - - 11 图 5 At1和t3时刻摆线的拉力等大Bt1和t3时刻摆球速度相等Ct3时刻摆球速度正在减小Dt4时刻摆线的拉力正在减小Et5时刻摆球加速度正在减小(2)(10分)某物体做简谐运动，其位移与时间的变化关系式为x10sin5 t cm，由此可知：物体的振幅为多少
27、？物体振动的频率为多少？在t0.1 s时，物体的位移是多少？【解析】(1) 由振动图象可知t1、t3时刻摆球在同一位置，速度大小相等，方向不同，但回复力等大，A对、B错；t3时刻摆球正在向平衡位置运动，速度正在增大，C错；t4时刻摆球正在向最大位移处运动，速度减小，拉力减小，D正确；t5时刻摆球正在向平衡位置运动，加速度正在减小，E正确(2) 将本题中表达式x10sin5 tcm与简谐运动的表达式xAsin( t0) 对应项比较，可得：振幅A10 cm. 振动频率f252 Hz 2.5 Hz. t0.1 s时，位移x10sin(5 0.1) cm 10 cm. 【答案】(1)ADE (2) 1
28、0 cm 2.5 Hz 10 cm 5 (1)(5分)( 填正确答案标号 选对 1 个得 2 分，选对 2 个得 4 分，选对 3 个得 5 分每选错 1个扣 3分， 最低得分为 0分) 一单摆的振动图象如图6所示，下列说法中正确的是( ) 图 6 At0.5 s时，摆球处于平衡状态Bt1.0 s时，摆球处于平衡状态Ct2.0 s时，摆球处于平衡位置D摆球摆动过程中，在任何位置都不是平衡状态Et1.0 s时，摆线所受拉力最大名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 11 页，共
29、 13 页 - - - - - - - - - 12 (2)(10分) 一质点做简谐运动，其位移和时间关系如图7 所示图 7 在t1.5 10 2s 到t2102s 的时间内，质点的位移、回复力、速度、动能、势能如何变化？从t0 到t8.5 102 s 的时间内，质点的路程、位移各为多大？【解析】(1) 位移为 0 时，回复力为0，回复力产生的加速度为0，但由于摆球做圆弧运动， 还有向心加速度，既然有加速度就不是平衡状态，只有是平衡位置，故 B错，C正确；t0.5 s时，位移最大，尽管没有向心加速度，但有沿圆弧切线方向的加速度，故也不是平衡状态， A错；摆球摆动过程中，在任何位置都有加速度，没
30、有一处是平衡状态，D正确；t1.0 s时，摆球的速度最大，恰好过最低点，摆线所受拉力最大，E正确(2) 由题图可知在1.5 1022102内，质点的位移变大，回复力变大， 速度变小，动能变小，势能变大从t0 至 8.5 102 s 时间内为174个周期，质点的路程为s17A34 cm,8.5 102 s 时质点回到平衡位置，这段时间的位移为2 cm. 【答案】(1)CDE (2) 变大变大变小变小变大34 cm 2 cm 6 (1)(5分)( 填正确答案标号 选对 1 个得 2 分，选对 2 个得 4 分，选对 3 个得 5 分每选错 1 个扣 3 分，最低得分为0分) 下列说法中正确的是(
31、) A某物体做自由振动时，其振动频率与振幅无关B某物体做受迫振动时，其振动频率与固有频率无关C某物体发生共振时的频率就是其自由振动的频率D某物体发生共振时的振动就是无阻尼振动E当驱动力的频率和物体固有频率相差越大时，物体振幅越大(2)(10分) 将一测力传感器连接到计算机上就可以测量快速变化的力，图 8 甲表示小滑块( 可视为质点 ) 沿固定的光滑半球形容器内壁在竖直平面的A、A之间来回滑动，A、A点与O点连线与竖直方向之间夹角相等且都为( 很小 ) 图 8 乙表示滑块对器壁的压力F随时间t变化的曲线，且图中t0 为滑块从A点开始运动的时刻，试根据力学规律和题中( 包括图中 ) 所给的信息，求
32、：(g10 m/s2) 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 12 页，共 13 页 - - - - - - - - - 13 图 8 容器的半径；小滑块的质量【解析】(1) 物体做自由振动时，振动频率为固有频率，与振幅无关，故A对；物体做受迫振动时， 振动频率总等于驱动力的频率，故B对；物体发生共振时，说明驱动力的频率等于物体的固有频率，故C对；物体发生共振时，同样会受到阻力作用而发生阻尼振动，故 D错；当驱动力频率和固有频率相等时，振幅最大，E错误(2) 由图乙得小滑块做简谐振动的周期：T5 s 由T2Rg，得RT2g420.1 m 在最高点A，有Fminmgcos 0.495 N 在最低点B，有Fmaxmv2Rmg0.510 N 从A到B，滑块机械能守恒，有mgR(1 cos ) 12mv2解得：m0.05 kg 【答案】(1)ABC (2)0.1 m 0.05 kg 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 13 页，共 13 页 - - - - - - - - -