2021-2022学年高二上学期物理教科版(2019)选择性必修第一册2.3单摆同步练习(word版含答案)

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2021-2022学年高二上学期物理教科版(2019)选择性必修第一册2.3单摆同步练习(word版含答案)

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2.3单摆
一、单选题
1.“单摆”是一种理想化模型,如图所示,为l轻绳下端拴着一个可视为质点的小球,上端固定放在倾角为的光滑斜面上,这个装置也可以等效为“单摆”,当摆球在斜面所在的平面内做小摆角振动时的周期为   
A. B.
C. D.以上答案都不对
2.一个单摆在竖直平面内做小幅振动,周期为2s,如果从单摆向右运动通过平衡位置时开始计时,则在t=1.6s至t=1.8s的过程中,摆球的(  )
A.速度向左在减小,加速度向右在增大
B.速度向左在增大,加速度向左在增大
C.速度向右在增大,加速度向左在减小
D.速度向右在减小,加速度向左在减小
3.下列情况下,会使单摆周期变大的是(  )
A.减少单摆摆球的质量
B.增大单摆摆球的质量
C.将摆从赤道移到北极
D.将摆从地球移到月球上
4.有一悬线长为l的单摆,其摆的外壳为一个有一定质量的金属空心球。球底有一小孔,球内盛满水。在摆动过程中,水从小孔慢慢流出。从水开始流到水流完的过程中,此摆的周期的变化是(  )
A.由于悬线长l和重力加速度g不变,所以周期不变
B.由于水不断外流,周期不断变大
C.周期先变大,后又变小
D.周期先变小,后又变大
5.物体做简谐运动时,下列叙述正确的是(  )
A.平衡位置就是回复力为零的位置
B.处于平衡位置的物体,一定处于平衡状态
C.做简谐运动物体受到的合力与位移大小成正比,方向相反
D.单摆摆角超过5°也可以看成简谐振动
6.如图所示,一小球在光滑槽内做简谐运动,下述方法中哪些可使小球的振动加快(  )
A.减小小球的振幅 B.增大光滑圆槽的半径
C.增大小球的振幅 D.减小光滑圆槽的半径
7.有一摆长为的单摆,悬点正下方某处有一小钉,当摆球经过平衡位置向左摆动时,摆线的上部将被小钉挡住,使摆长发生变化。现使摆球做微小幅度摆动,摆球从右边最高点至左边最高点运动过程的闪光照片如图所示(悬点和小钉未被摄入),为摆动中的最低点,已知每相邻两次闪光的时间间隔相等。由此可知,小钉与点的距离为(  )
A. B. C. D.无法确定
8.在如图所示的装置中,可视为单摆的是(  )
A. B.
C. D.
9.摆长为l的单摆做简谐运动,若从某时刻开始计时(取t=0),当振动至t=T时,摆球具有负向最大速度,则能正确描述单摆的振动图像的是(  )
A. B.
C. D.
10.将秒摆(周期为2 s)的周期变为4 s,下面哪些措施是正确的(  )
A.只将摆球质量变为原来的
B.只将振幅变为原来的2倍
C.只将摆长变为原来的4倍
D.只将摆长变为原来的16倍
11.如图所示,细线下悬挂了一个除去柱塞加入墨水的注射器,注射器会向下喷出细细的一束墨水.沿着与摆动方向垂直的方向以速率v水平匀速拉动一张白纸,白纸上的墨迹便画出了如图所示的振动图像.把注射器的摆动看做是简诺运动,x为图中对应两点的平衡位置间距离,则由图可得
A.匀速拉动白纸时注射器的振动周期为
B.向右匀加速拉动白纸时注射器的振动周期大于
C.向左匀减速拉动白纸时注射器的振动周期小于
D.向右匀加速拉动白纸时注射器的振动周期等于
12.甲、乙两个单摆的振动图象如图所示.根据振动图象可以断定( )
A.甲、乙两单摆振动的频率之比是2:3
B.甲、乙两单摆摆长之比是4:9
C.甲摆的振动能量大于乙摆的振动能量
D.乙摆的振动能量大于甲摆的振动能量
13.如图所示,摆长为L的单摆,周期为T.如果在悬点O的正下方的B点固定一个光滑的钉子,OB的距离为OA长度的5/9,使摆球A通过最低点向左摆动,悬线被钉子挡住成为一个新的单摆,则下列说法中正确的是 (  )
A.单摆在整个振动过程中的周期不变
B.单摆在整个振动过程中的周期将变大为原来的6/5倍
C.单摆在整个振动过程中的周期将变小为原来的5/6倍
D.单摆在整个振动过程中的周期无法确定
14.如图所示,光滑圆弧轨道的半径为R,圆弧底部中点为O,两个大小可忽略质量分别为和的小球A和B,A在离O很近的轨道上某点,B在点O正上方处,现同时释放两球,使两球在A小球第三次通过O点时恰好相碰,则应为
A. B. C. D.
15.某一物体在某行星表面所受重力是在地球表面时的16倍,在地球上走得很准的摆钟搬到该行星上,分针走一圈所用时间实际是
A.15min
B.30min
C.3h
D.4h
16.某秒摆从平衡位置开始摆动,摆动过程中说法正确的是(  )
A.重力和绳的拉力的合力提供回复力
B.增大摆角可使单摆周期变大
C.小球连续两次经过同一位置时位移、加速度、速度相同
D.经1.2 s时,小球速度正减小,加速度正增大
17.在盛沙的漏斗下面放一木板,让漏斗左右摆动起来,同时其中细沙匀速流出,经历一段时间后,观察木板上沙子的堆积情况,则沙堆的剖面应是下图中的(  )
A. B.
C. D.
二、解答题
18.某一单摆原来的周期是2s,在下列情况下,周期有无变化?如有变化,变为多少?
(1)摆长减为原长的;
(2)摆球的质量减为原来的;
(3)振幅减为原来的;
(4)重力加速度减为原来的。
19.如图甲所示,摆球在竖直平面内做简谐运动,通过力传感器测量摆线拉力F,F的大小随时间t变化规律如图乙所示,摆球经过最低点时的速度大小v=m/s,忽略阻力,取g=10m/s2,π2≈g,求:
(1)单摆的摆长L;
(2)摆球的质量m;
试卷第2页,共2页
试卷第1页,共1页
参考答案
1.C
【详解】
在斜面上,根据牛顿第二定律可知,沿斜面向下的加速度为,所以单摆的周期为,ABD错误C正确.
2.C
【详解】
由题,单摆的周期是2s,一个周期分成四个四分之一周期,从单摆向右运动通过平衡位置时开始计时,则在t=1.6秒至t=1.8秒的过程中,单摆是由向最大位移处向右向平衡位置运动,所以速度向右在增大,加速度方向向左在减小。
故选C。
3.D
【详解】
单摆周期计算公式为
则单摆质量不影响周期,想要使周期变大,可以增大摆长或者减小g,故可以将摆从地球移到月球上,这样重力加速度g减小了,从赤道移到北极会使g增大,这样就减小了周期,故只有D选项正确。
故选D。
4.C
【详解】
单摆的摆长是悬点到小球重心的距离。开始时,重心在球心,水全部流完后,重心又回到球心。因此,重心先降低,后升高,摆长先变大,后变小,根据公式
故C正确。
故选C。
5.A
【详解】
A.平衡位置就是回复力为零的位置,选项A正确;
B.处于平衡位置的物体,不一定处于平衡状态,例如单摆在平衡位置时不是平衡状态,选项B错误;
C.做简谐运动物体受到的回复力与位移大小成正比,方向相反,选项C错误;
D.单摆摆角超过5°时,回复力与位移不再是正比关系,则不可以看成简谐振动,选项D错误。
故选A。
6.D
【详解】
小球受重力和支持力,支持力与重力沿径向分力的合力提供圆周运动向心力,重力的切向分量提供做简谐运动的回复力,是类单摆模型,根据单摆的周期公式
设光滑圆槽的半径为R,可知类单摆摆长L与原槽半径R相等,有
周期与振幅无关,要加快振动,即减小周期,可以减小光滑圆槽的半径R。
故选D。
7.A
【详解】
设每相邻两次内光的时间间隔为,则摆球在右侧摆长状态下摆动的周期为
在左侧摆长状态下摆动的周期为
则有
设左侧摆长为,则有

解得

故选A。
8.A
【详解】
单摆的悬线要求无弹性且粗细、质量可忽略,摆球的直径与悬线长度相比可忽略,悬点必须固定。
故选A。
9.C
【详解】
时,摆球具有负向最大速度,说明摆球在平衡位置且向负方向运动,在此四个选项中,时具有最大速度的有B、C两个选项,而具有负向最大速度的只有C选项。
故选C。
10.C
【详解】
AB.由
T=2π
可知,单摆的周期与摆球的质量和振幅均无关,A、B错误;
CD.对秒摆
T0=2π=2 s
对周期为4 s的单摆
T=2π=4 s

l=4l0
C正确,D错误。
故选C。
11.D
【详解】
A项:匀速拉动白纸,一个周期内通过的位移为4x0,则振动周期,故A错误;
B项:向右匀加速拉动白纸,注射器振动的周期不变,仍为,故B错误;
C、D项:同理,向左匀减速或向右匀加速拉动白纸,周期仍为,故C错误,D正确.
12.B
【详解】
A.甲、乙两个单摆的摆周期之比为2:3,根据
两个单摆的频率之比为3:2,故A错误;
B.从单摆的位移时间图象可以看出两个单摆的周期之比为2:3,根据单摆的周期公式
甲、乙两个单摆的摆长之比为4:9,故B正确;
CD.单摆的能量与振幅有关,还与振子的质量有关,由于振子的质量不知道,故无法判断振动的能量情况,故CD均错误。
故选B。
13.C
【详解】
根据单摆周期公式:,未加钉子时,周期:,悬线长变为被挡后,周期变为,所以加了钉子的周期为:,所以周期变为原来的,ABD错误C正确
14.B
【详解】
据题分析知,可将A球运动看作摆长为R的单摆,其周期: ,A第三次通过位置O,即用时: ,B作自由落体运动,用时与A相同,故,故B正确,ACD错误.
15.A
【详解】
根据在星球表面万有引力等于重力可知:某行星表面受到的万有引力是它在地球表面受到的万有引力的16倍,质量不变,所以该星球的重力加速度g′=16g;根据单摆的周期公式T=2π可知,该星球上单摆的周期是地球上周期的,所以此钟的分针走一整圈所经历的时间实际上是地球上分针走一圈的,即为h=15min;故选A.
16.D
【详解】
重力沿切线方向的分力提供秒摆做简谐运动的向心力,故A错误;单摆的周期与摆角无关,增大摆角单摆周期不变,故B错误;小球连续两次经过同一位置时位移、加速度相同,速度大小相等而方向相反,速度不同,故C错误;秒摆的周期为2s,秒摆从平衡位置开始摆动,经过1.2s时摆球从平衡位置向最大位置处运动,此时位移增大,加速度增大,故D正确;
17.B
【详解】
不考虑空气阻力,漏斗在从最左端向最右端运动和从最右端向最左端运动时,到达最底端运动速度最快,细沙漏到地面上的最少,两端漏斗运动的最慢,细沙漏到地面上的最多,故选项B正确,选项A、C、D错误;
故选选项B.
18.(1) ;(2) 不变;(3) 不变;(4)2倍
【详解】
(1)根据单摆的周期公式
摆长减少为原来的,周期减为原来的;
(2)根据单摆的周期公式
周期与质量无关;
(3)根据单摆的周期公式
周期与振幅无关;
(4)根据单摆的周期公式
重力加速度减为原来的,周期变为原来2倍。
19.(1)1m;(2)0.2kg
【详解】
(1)由乙图可知,单摆的摆动周期为2s,单摆周期公式为
代入数据解得摆长为
(2)摆球经过最低点时,由牛顿第二定律可得
由题意可知
,v=m/s
代入数据解得摆球的质量为
答案第1页,共2页
答案第1页,共2页

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