2026 年新高考物理机械振动专项试卷（附答案可下载）

2026年新高考物理机械振动专项试卷（附答案可下载）考试时间：75分钟满分：100分难度梯度：基础题30%中档题50%难题20%一、单项选择题：本题共7小题，每小题4分，共28分。在每小题给出的四个选项中，只有一项是符合题目要求的。1.关于简谐运动的基本特征，下列说法正确的是（）A.简谐运动是匀变速直线运动，加速度大小恒定不变B.做简谐运动的物体，回复力大小与位移大小成正比，方向与位移方向相反C.简谐运动的位移、速度、加速度均随时间做周期性变化，且变化周期相同D.物体在平衡位置时，速度为零，加速度最大；在最大位移处时，速度最大，加速度为零2.一弹簧振子做简谐运动，振幅A=5cm，周期T=0.4s，取平衡位置为位移零点，向右为正方向。则振子在t=0.1s时的位移和运动方向分别为（）A.5cm，向右B.5cm，向左C.0，向右D.0，向左3.关于单摆的运动规律，下列说法正确的是（）A.单摆做简谐运动的条件是摆角足够大（大于10°）B.单摆的周期与摆球质量、振幅无关，只与摆长和当地重力加速度有关C.摆长越长，单摆的周期越小；重力加速度越大，周期越大D.单摆的回复力是摆球所受的重力，与摆线的拉力无关4.如图所示，弹簧振子在光滑水平面上做简谐运动，振子从最大位移处向平衡位置运动的过程中（）A.回复力逐渐增大，速度逐渐减小B.回复力逐渐减小，速度逐渐增大C.加速度逐渐增大，动能逐渐减小D.势能逐渐增大，机械能逐渐减小5.某单摆的摆长l=1m，当地重力加速度g=10m/s²，不计空气阻力。则该单摆的周期和频率分别为（）A.2πs，1/(2π)HzB.πs，1/πHzC.2s，0.5HzD.1s，1Hz6.关于受迫振动和共振，下列说法正确的是（）A.物体做受迫振动时，振动频率由物体的固有频率决定，与驱动力频率无关B.共振是受迫振动的一种特殊情况，当驱动力频率等于物体固有频率时发生共振C.发生共振时，物体的振幅最小，振动最微弱D.受迫振动过程中，驱动力做功全部转化为物体的机械能，无能量损失7.一弹簧振子的固有频率为f₀，在驱动力频率为f的外力作用下做受迫振动，下列说法正确的是（）A.当f>f₀时，受迫振动的频率为f₀B.当f<f₀时，受迫振动的频率为fC.驱动力频率越接近固有频率，振子的振幅越小D.驱动力频率与固有频率相差越大，振子的振幅越大二、多项选择题：本题共3小题，每小题4分，共12分。在每小题给出的四个选项中，有多项符合题目要求。全部选对的得4分，选对但不全的得2分，有选错的得0分。8.关于简谐运动的能量，下列说法正确的是（）A.简谐运动的机械能守恒，只有动能和势能相互转化B.振子在平衡位置时，动能最大，势能最小；在最大位移处时，动能最小，势能最大C.振幅越大，简谐运动的总机械能越大，振动越剧烈D.简谐运动中，动能和势能的变化周期与位移的变化周期相同9.关于简谐运动的图像（x-t图像），下列说法正确的是（）A.图像反映了振子的位移随时间的变化规律，是一条正弦或余弦曲线B.图像上某点的切线斜率表示该时刻振子的速度，斜率为正表示速度方向为正方向C.图像的峰值表示振幅，相邻两个峰值之间的时间间隔表示周期D.由图像可以直接读出振子在任意时刻的加速度大小和方向10.下列关于机械振动的实例分析，说法正确的是（）A.秒摆的周期为2s，若将其摆长缩短为原来的1/4，周期变为1sB.弹簧振子在竖直方向做简谐运动时，平衡位置是弹簧原长位置C.火车过桥时减速行驶，是为了避免火车的驱动力频率与桥梁的固有频率接近而发生共振D.洗衣机的脱水桶在高速转动时，利用离心力将水分甩出，本质上与受迫振动无关三、非选择题：本题共5小题，共60分。（一）实验题（共14分）11.（6分）某同学用单摆测定当地的重力加速度，实验器材包括带小孔的小球、细线、铁架台、秒表、刻度尺等。（1）实验中，为了减小误差，摆长应测量从______到摆球重心的距离；（2）测量周期时，应从摆球经过______位置时开始计时，记录摆球完成30~50次全振动的时间，再计算平均周期；（3）若实验中测得摆长l=0.98m，周期T=2.0s，则当地重力加速度g=______m/s²（结果保留两位有效数字，π取3.14）。12.（8分）某同学探究“弹簧振子的简谐运动规律”，用频闪照相机拍摄振子的运动轨迹，频闪频率为50Hz，测得振子在不同时刻的位移如下表所示（取平衡位置为原点，向右为正方向）。时间t/×10⁻²s：0、2、4、6、8、10位移x/×10⁻²m：0、3、0、-3、0、3（1）相邻两次闪光的时间间隔为______s，弹簧振子的周期为______s；（2）振子的振幅为______cm，t=0.03s时振子的位移约为______cm（保留一位小数）；（3）该振子做简谐运动的位移表达式为x=______（用正弦或余弦函数表示，角度单位为rad）。（二）解答题（共46分。解答应写出必要的文字说明、方程式和重要演算步骤。只写出最后答案的不能得分。有数值计算的题，答案中必须明确写出数值和单位。）13.（8分）一弹簧振子的质量m=0.2kg，弹簧的劲度系数k=50N/m，在光滑水平面上做简谐运动，振幅A=0.1m，取平衡位置为位移零点。求：（1）振子的固有周期和固有频率；（2）振子在最大位移处时的回复力大小和加速度大小；（3）振子经过平衡位置时的速度大小。14.（10分）某单摆的摆长l=0.81m，摆球质量m=0.1kg，当地重力加速度g=9.8m/s²，不计空气阻力。求：（1）该单摆的周期和频率；（2）若将该单摆拿到月球上，月球表面重力加速度为地球的1/6，其周期变为多大；（3）摆球从最大位移处摆到平衡位置的过程中，重力做的功和摆球到达平衡位置时的速度大小。15.（10分）一弹簧振子在竖直方向做简谐运动，振子的质量m=0.5kg，弹簧的劲度系数k=100N/m，振幅A=0.05m，平衡位置时弹簧处于伸长状态。求：（1）振子的平衡位置到弹簧原长的距离；（2）振子在最大位移处时弹簧的形变量（分别分析最高点和最低点）；（3）振子运动的固有周期和经过平衡位置时的速度大小。16.（10分）如图所示，弹簧振子在水平方向做简谐运动，其位移随时间的变化规律为x=5sin(5πt)cm（x的单位为cm，t的单位为s）。求：（1）振子的振幅、周期和频率；（2）t=0.1s时振子的位移、速度和加速度大小；（3）振子在一个周期内通过的路程。17.（8分）某桥梁的固有频率为5Hz，一列火车以速度v=36km/h通过该桥梁，火车车轮与铁轨的撞击频率为驱动力频率。求：（1）火车车轮的撞击频率（已知铁轨每根长12.5m）；（2）该火车通过桥梁时是否会发生共振，说明理由；（3）若要避免共振，火车的速度应调整到多少（至少给出一种合理速度）。参考答案一、单项选择题1.B2.B3.B4.B5.A6.B7.B二、多项选择题8.ABC9.ABC10.ACD三、非选择题（一）实验题11.（1）悬点（2）平衡（3）9.612.（1）0.02，0.08（2）3.0，2.1（3）3sin(25πt)cm（或3cos(25πt-π/2)cm）（二）解答题13.解：（1）固有周期T=2π√(m/k)=2π√(0.2/50)=2π×0.063≈0.40s；固有频率f=1/T≈2.5Hz（2）最大位移处回复力F=kA=50×0.1=5N；加速度a=F/m=5/0.2=25m/s²（3）平衡位置时势能全部转化为动能：½kA²=½mv²，解得v=A√(k/m)=0.1×√(50/0.2)=0.1×15.8≈1.58m/s答案：（1）≈0.40s，≈2.5Hz（2）5N，25m/s²（3）≈1.58m/s14.解：（1）周期T=2π√(l/g)=2π√(0.81/9.8)=2π×0.287≈1.80s；频率f=1/T≈0.56Hz（2）月球上周期T'=2π√(l/(g/6))=T×√6≈1.80×2.45≈4.41s（3）设最大摆角为θ，重力做功W=mgl(1-cosθ)，因摆角小，1-cosθ≈A²/(2l)（A为振幅），此处可由机械能守恒：mgh=½mv²，h=l(1-cosθ)，结合单摆运动规律，解得v=√(2gl(1-cosθ))，若取振幅A=0.1m，h≈0.0006m，v≈0.11m/s（或直接用周期关联计算，合理即可）答案：（1）≈1.80s，≈0.56Hz（2）≈4.41s（3）≈0.0006J，≈0.11m/s15.解：（1）平衡位置时mg=kx₀，解得x₀=mg/k=0.5×10/100=0.05m（2）最高点形变量x₁=x₀-A=0.05-0.05=0；最低点形变量x₂=x₀+A=0.05+0.05=0.10m（3）固有周期T=2π√(m/k)=2π√(0.5/100)=2π×0.071≈0.45s；平衡位置速度v=A√(k/m)=0.05×√(100/0.5)=0.05×14.14≈0.71m/s答案：（1）0.05m（2）最高点0，最低点0.10m（3）≈0.45s，≈0.71m/s16.解：（1）振幅A=5cm；角频率ω=5πrad/s，周期T=2π/ω=2π/(5π)=0.4s；频率f=1/T=2.5Hz（2）t=0.1s时，x=5sin(5π×0.1)=5sin(π/2)=5cm；速度v=ωAcos(ωt)=5π×5×cos(π/2)=0；加速度a=ω²x=(5π)²×5×10⁻²≈12.3m/s²（3）一个周期内路程s=4A=4×5=20cm答案：（1）5cm，0.4s，2.5Hz（2）5cm，0，≈12.3m/s²（3）20cm17.解：（1）火车