高中物理课时跟踪检测(三)简谐运动的图像和公式教科选修3-4

课时跟踪检测三 简谐运动的图像和公式 1.如图1a所示,一弹簧振子在AB间做简谐运动,O为平衡位置。图b是该振子做简谐运动时的x-t图像。则关于振子的加速度随时间的变化规律,下列图2四个图像中正确的是 图1 图2 2.一个质点做简谐运动的图像如图3所示,下列说法正确的是 图3 A.质点振动频率为4 Hz B.在10 s内质点经过的路程为20 cm C.在5 s末,质点做简谐运动的相位为 D.t=1.5 s和t′=4.5 s两时刻质点的位移大小相等,都是 cm 3.如图4甲所示,悬挂在竖直方向上的弹簧振子,周期T=2 s,从最低点位置向上运动时开始计时,在一个周期内的振动图像如图乙所示。关于这个图像,下列说法正确的是 图4 A.t=1.25 s时,振子的加速度为正,速度也为正 B.t=1.7 s时,振子的加速度为负,速度也为负 C.t=1.0 s时,振子的速度为零,加速度为负向最大值 D.t=1.5 s时,振子的速度为零,加速度为负向最大值 4.如图5为某一质点的振动图像,由图可知,在t1和t2两时刻|x1||x2|,质点速度v1、v2与加速度a1、a2的关系为 图5 A.v1a2,方向相反 5.北京高考一个弹簧振子沿x轴做简谐运动,取平衡位置O为x轴坐标原点。从某时刻开始计时,经过四分之一周期,振子具有沿x轴正方向的最大加速度。能正确反映振子位移x与时间t关系的图像是 图6 6.劲度系数为20 N/cm的弹簧振子,它的振动图像如图7所示,在图中A点对应的时刻 图7 A.振子所受的弹力大小为0.5 N,方向指向x轴的负方向 B.振子的速度方向指向x轴的正方向 C.在0~4 s内振子作了1.75次全振动 D.在0~4 s内振子通过的路程为0.35 cm,位移为0 7.如图8所示是某质点做简谐运动的振动图像,根据图像中的信息,回答下列问题 图8 1振幅、周期各是多大 2写出这个简谐运动的位移随时间变化的关系式。

8.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t=0,经过周期振子有负向最大位移。

1求振子的振幅和周期;

2画出该振子的位移-时间图像;

3写出振子的振动方程。

答 案 1.选C 设弹簧劲度系数为k,位移与加速度方向相反,由牛顿第二定律得a=-,故C正确。

2.选BD 由振动图像可直接得到周期为4 s,频率f==0.25 Hz,故选项A是错误的;
一个周期内简谐运动的质点经过的路程是4A=8 cm,10 s为2.5个周期,故质点经过的路程为20 cm,选项B是正确的;
由图像知,位移与时间的关系x=Asinωt+φ0=0.02sinm。当t=5 s时,其相位ωt+φ0=5=,故C不正确;
在1.5 s和4.5 s两时刻,质点的位移相同,与振幅的关系是x′=Asin 135=A= cm,故D正确。

3.选C t=1.25 s时,振子的加速度为负,速度也为负,故A错误。t=1.7 s时,振子的加速度为正,速度为负,故B错误。t=1.0 s时,振子的速度为零,加速度为负向最大值,故C正确。t=1.5 s时,振子的速度为负向最大值,加速度为零,故D错误。

4.选AD v1、v2均沿-x方向,t1时刻,质点离平衡位置较远,速度较小,v1|x2|,x1与x2方向相反,故a1a2,且a1、a2方向相反,C错,D对。

5.选A 由简谐运动中加速度与位移的关系a=-x可知,在T/4时刻,加速度正向最大,则位移负向最大,故选项A正确。

6.选B 由题图可知A在t轴上方,位移x=0.25 cm,所以弹力F=-kx=-5 N,即弹力大小为5 N,方向指向x轴负方向,选项A不正确;
由题图可知过A点作图线的切线,该切线与x轴的正方向的夹角小于90,切线斜率为正值,即振子的速度方向指向x轴的正方向,选项B正确。由图可看出,t=0、t=4 s时刻振子的位移都是最大,且都在t轴的上方,在0~4 s内完成两次全振动,选项C错误。由于t=0时刻和t=4 s时刻振子都在最大位移处,所以在0~4 s内振子的位移为零,又由于振幅为0.5 cm,在0~4 s内振子完成了2次全振动,所以在这段时间内振子通过的路程为240.50 cm=4 cm,故选项D错误。综上所述,该题的正确选项为B。

7.解析1质点离开平衡位置的最大位移x=10 cm,所以振幅A=10 cm;
质点完成一次全振动的时间为4 s,所以周期T=4 s。

2由图像可知振幅A=10 cm,周期T=4 s, = rad/s, t=0时,x=0,所以初相位φ=0, 由此可知位移随时间的变化关系式为 x=Asint+φ=10sint cm。

答案110 cm 4 s 2x=10sint cm 8.解析1弹簧振子在B、C之间做简谐运动,故振幅A=10 cm,振子在2 s内完成了10次全振动,振子的周期T==0.2 s。

2振子从平衡位置开始计时,故t=0时刻,位移是0,经周期振子的位移为负向最大,故如图所示。

3由函数图像可知振子的位移与时间函数关系式为 x=10sin10πt+π cm。

答案110 cm 0.2 s 2见解析 3x=10sin10πt+π cm 5