高中物理 牛顿运动定律（附解析）

名中物理

运动和力的关系

课程标准备考策略

1.掌握牛顿运动定律的内容，理解惯性、超重

1.理解牛顿运动定律。

和失重现象。

2.能用牛顿运动定律解释生产生活中的有关

2.能够应用牛顿运动定律和运动规律分析求

现象，会解决有关问题。

解运动的多过程问题。

3.通过实验，认识超重和失重现象。

3.灵活应用整体法和隔离法处理连接体等问

4.知道国际单位制中的力学单位，了解单位

题。

制在物理学中的重要意义C

4.关注以实际生产生活和科学实验为背景的

©实验四：探究加速度与刀、质量的关系

实际应用问题

第1讲牛顿运动定律

■备知识梳理自主学习•基础回扣

一、牛顿第一定律惯性

1.牛顿第一定律

(1)内容：一切物体总保持匀速直线运动状态或静止状态,除非作用在它上面的力迫使它

改变这种状态。

(2)意义：

①揭示了物体的固有属性：一切物体都有惯性,因此牛顿第一定律又叫惯性定律。

②揭示了运动与力的关系：力不是维技物体运动状态的原因，而是改变物体运动状态的

原因，即力是产生加速度的原因。

2.惯性

(1)定义：物体具有的，持原来匀速直线运动状态或静止状态的性质。

(2)量度：质量是惯性大小的唯一量度，质量大的物体惯性大，质量小的物体惯性工。

(3)普遍性：惯性是物体的固有属性，一切物体都具有惯性，与物体的运动情况和受力情

况无关。

宜反折链接港三箍天襄晟襄而金存花二苏瓦"猛而麻药些冠芟熊丁野£1嘉年而不

别是什么？

提示：意义是开创了依据逻辑推理把实际实验理想化的思想作为研究物理问题的一种重

名中物理

要方法；作用是提出了力不是维持物体运动的原因的结论。

……一三:年赫第三乏律…一方孳箪位前...................................................

1.牛顿第二定律

（1）内容：物体加速度的大小跟它受到的作用力成正左，跟它的质量成以比，加速度的方

向跟作用力的方向相同。

（2）表达式：F=ma.

（3）适用范围

①牛顿第二定律只适用于惯性参考系，即一个不受力的物体相对于地面费出或做刍迄至

线运动的参考系。

②牛顿第二定律只适用于宏选物体（相对于分子、原子等）、低逸运动（远小于光速）的情况。

2.力学单位制

（1）单位制：基本单位和主苴单位一起就组成了单位制。

（2）基本单位：基本量的单位。国际单位制中基本量共七个，其中力学有三个，是一度、

质量、时间,单位分别是先、王克、也。

（3）导出单位：由基本量根据物里夫呈推导出来的其他物理量的单位。

三、牛顿第三定律

1.作用力和反作用力:两个物体之间的作用总是超里的，当一个物体对另一个物体施加

了力，后一个物体一定同时对前一个物体也施加了力，物体间相互作用的这一对力，通常叫

作作用力与反作用力。

2.内容:两个物体之间的作用力和反作用力总是大个相等，方向相反,作用在同一条直

线上。

3.表达式：F=-F'°

［概念辨析广

1.牛顿第一定律是实脸定律。（X）

2.运动的物体惯性大，静止的物体惯性小。（X）

3.物体不受力时，将处于静止状态或匀速直线运动状态。（J）

4.物体加速度的方向与所受合力的方向一定相同。（V）

5.尸=〃也是矢量式，。的方向与E的方向相同，与速度方向无关。（V）

6.千克、秒、米、库仑、安培均为国际单位制的基本单位。（X）

7.作用力与反作用力的效果可以相互抵消。（X）

株键能力提升互动振完•考点钻讲

考点一对牛顿第一定律的理解

1.惯性的两种表现形式

（1）物体在不受外力或所受的合力为零时，惯性表现为使物体保持原来的运动状态（静止或

匀速直线运动）不变3

名中物理

—（2）物体受到外力时，惯性表现为运动状态改变的难易程度。惯性大，物体的运动状态较

难改变；惯性小，物体的运动状态容易改变。

2.对牛顿第一定律的两点说明

（I）理想化状态：牛顿第一定律描述的是物体不受外力时的状态，而物体不受外力的情形

是不存在的。在实际情况中，如果物体所受的合外力等于零，与物体不受外力时的表现是相

同的。

（2）与牛顿第二定律的关系：牛顿第一定律和牛顿第二定律是相互独立的。牛顿第一定律

是经过科学抽象、归纳推理总结出来的，而牛顿第二定律是一一条实验定律。

【典例1】（多选）伽利略根据小球在斜面上运动的实验和理想实验，提出了惯性的概念,

从而奠定了牛顿力学的基础。早期物理学家关于惯性有下列说法，其中正确的是（AD）

A.物体抵抗运动状态变化的性质是惯性

B.没有力作用，物体只能处于静止状态

C.行星在圆周轨道上保持匀速率运动的性质是惯性

D.运动物体如果没有受到力的作用，将继续以同一速度沿同一直线运动

【解析】任何物体都有保持原来运动状态的性质，这种性质叫作惯性，所以物体抵抗

运动状态变化的性质是惯性，故A正确：没有力作用，物体可以做匀速直线运动，故B错误：

惯性是物体保持原来运动状态的性质，圆周运动速度是改变的，故C错误；运动的物体在不

受力时，将保持匀速直线运动，故D正确。

:对点演练）

1.（多选）大型油罐车内的油在运输过程中极易发生涌动，为了防止油涌动导致车体重心

急剧变化造成危害，在油罐车内部设置了一些固定挡板如图所示。下列说法正确的是

(ACD)

A.油罐车匀速向左拐方时，油罐内的油将涌动到油罐的右侧

B.油罐车在设置挡板后，减小了油的惯性，使油不容易发生涌动

C.油罐车在匀速前途的过程中突然刹车，挡板可以减弱油向前剧烈涌动

D.油瓶车在平直道路卜匀速前进时,即使没有挡板油也几乎不会涌动

解柝由于惯性，油罐车匀速向左拐弯时，油罐内的油将涌动到油罐的右侧，故A正确:

惯性取决于物体的质量，故B错误；油罐车在匀速前进的过程中突然刹车，由于惯性油向前

剧烈涌动，设直挡板并不能改变油的惯性，但能减弱油向前剧烈涌动，故C正确：油墟车在

平直道路上匀速前进时，由牛顿第一定律可知，即使没有挡板油也几乎不会涌动，故D正确。

考点二对牛顿第二定律的理解

1.牛顿第二定律的几个性质

名中物理

(1)同体性：式中合力尸、质量〃7、加速度。对应同一物体。

(2)独立性：作用在物体上的每一个力都可以产生一个加速度，物体的加速度是所有力产

生的加速度的矢量和。

(3)瞬时性：加速度与合力/是瞬时对应关系，同时产生，同时变化，同时消失。

(4)矢量性：加速度方向与合力的方向相同，表达式是矢量式。

2.合力、加速度、速度间的决定关系

(1)物体所受合力的方句决定了其加速度的方向。只要合力不为0,不管速度多大，物体

都有加速度。

(2)合力与速度同向时.物体做加速运动；合力与速度反向时，物体做减速运动：合力与

速度不共线时，物体做曲线运动，但合力与速度无必然联系。

(3)”=—是加速度的定义式，4与反八△/无直接关系。

A/

F1

(4)〃=一是加速度的决定式，a=F,"一“

mni

【典例2】(2024•安徽卷)如图所示，竖直平面内有两完全相同的轻质弹簧，它们的一端

分别固定于水平线上的M、N两点，另一端均连接在质量为小的小球上。开始时，在竖直向

上的拉力作用下，小球静止于MN连线的中点O,弹簧处于原长。后将小球竖直向上，缓慢

拉至P点,并保持静止，此时拉力/大小为2mg。已知重力加速度大小为g,弹簧始终处于

弹性限度内，不计空气阻力。若撤去拉力，则小球从夕点运动到。点的过程中(A)

A.速度一直增大

B.速度先增大后减小

C.加速度的最大值为3g

D.加速度先增大后减小

【解析】缓慢拉至P点，保持岸止，由平衡条件可知此时拉力厂与重力和两弹黄的拉

力合力为零。此时两弹黄的合力大小为"咯。撤去拉力，小球从。点运动到。点的过程中，

两弹簧的拉力与重力的合力始终向下，小球一直做加速运动，故A正确，B错误：小球从尸

点运动到O点的过程中，弹簧形变量变小，弹簧在竖直方向的合力不断变小，故小球受到的

合力一直变小，加速度的最大值为撤去拉力时的加速度大小，由牛顿第二定律可知2〃陪=

ma,加速度的最大值为2g,故C、D错误。

【对点演练)

2.下列说法正确的是(A)

A.牛顿认为力不是维持物体运动的原因

名中物理

B.牛顿第一定律、牛顿第二定律都可以通过实验来验证

C.国际单位制中，kg、m、N是三个基本单位

D.根据加速度定义式4=8,加速度。由速度变化量Au和所用时间△/共同决定

Ar

解析：牛顿认为力是改变物体运动状态的原因，而不是维持物体运动的原因，A正确；

牛顿第二定律可以通过实险来验证，牛顿第一定律不可以通过实验来验证，B错误；国际单

位制中，kg、m是基本单位，N是导出单位，C错误；加速度。与△。和△/无关，由合力F

和质量团共同决定，D错误。

3.(2022•全国乙卷)如图所示，一不可伸长轻绳两端各连接一质量为，”的小球，初始时

整个系统静置于光滑水平桌面上，两球间的距离等于绳长心一大小为产的水平恒力作用在

轻绳的中点，方向与两球连线垂直。当两球运动至二者相距I时，它们加速度的大小均为

(A)

mO

5F2F

.—B.—

5m

3L

解析：当两球运动至二者相距？L时，如图所示。由几何关系可知sin9=4=±谀轻绳

5L5

2

拉力为尸T,对轻绳的中点，水平方向有2“rcos/9=E,解得尸T=)F,对任一小球，由牛顿第

8

二定律有产r=m〃，解得。="，故A正确，B、C、D错误。

8/7?

考点三牛顿第三定律的理解与应用

I.作用力与反作用力的“三同、三异、三无关”

名中物理

三同大小、性质、变化情况均相同

方向、受力物体、作用效果均不同

与物体的种类、运动状态、是否和

其他物体存在相互作用无关

2.一对平衡力与一对作用力和反作用力的对比分析

项目一对平衡力对作用力和反作用力

作用对象同一个物体两个相互作用的不同物体

作用时间不一定同时产生、同时消失一定同时产生、同时消失

力的性质不一定相同一定相同

作用效果可相互抵消不可抵消

考向1作用力与反作用力的关系

【典例3】2024年9月27日18时30分，我国在酒泉卫星发射中心采用长征二号丁运

载火箭，成功发射首颗可重复使用返回式技术试验卫星——实践十九号卫星，卫星顺利进入

预定轨道。关于这次卫星与火箭上天的情形，下列叙述正确的是（A）

A.火箭尾部向外喷气，喷出的气体反过来对火箭产生一个反作用力，从而让火箭获得

了向前的推力

B.火箭尾部喷出的气体对空气产生一个作用力，空气的反作用力使火箭获得飞行的动

力

C.火箭飞出大气层后，由于没有了空气，火箭虽然向后喷气，但也无法获得前进的动

力

D.卫星进入预定轨道之后，与地球之间不存在相互作用

【解析】火箭升空时，其尾部向下喷气，火箭箭体与被喷出的气体是一对相互作用的

物体，喷出的气体同时对火箭产生向上的反作用力，即为火箭上升的推动力，此推动力并不

是由周围的空气提供的，因而与是否飞出大气层、是否存在空气无关，B、C错误，A正确:

卫星进入轨道之后，卫星与地球之间依然存在相互吸引力，这是一对作用力与反作用力，D

错误。

考向2相互作用力与平衡力的区别

【典例4】（多选）如图所示，用水平力厂把一个物体紧压在竖直墙壁上，物体保持静

I匕下列说法中正确的是（BD）

A.水平力尸与墙壁对物体的弹力是一对作用力与反作用力

B.物体的重力与墙壁对物体的静摩擦力是一对平衡力

C.水平力尸与物体对墙壁的压力是一对作用力与反作用力

名中物理

D.物体对墙壁的压力与墙壁对物体的弹力是一对作用力与反作用力

【解析】水平力尸与墙壁对物体的弹力作用在同一物体上，大小相等，方向相反，且

作用在同一条直线上，是一对平衡力，A错误；物体在竖直方向上受竖直向下的重力以及墙

壁对物体竖直向上的静摩擦力的作用，因物体处于静止状态，这两个力是一对平衡力，B正

确；水平力尸作用在物体上，而物体对墙壁的压力作用在墙壁上，这两个力不是平衡力，也

不是相互作用力，C错误：物体对墙壁的压力与墙壁对物体的弹力是两个物体间的相互作用

力，是一对作用力与反作用力，D正确。

考向3转换研究对象法的应用

【典例5】一个箱子放在水平地面上，箱内有一固定的竖直杆，在杆上套着一个环，

箱与杆的质量为环的质量为小，如图所示。已知重力加速度为g,环沿杆以加速度。匀

加速下滑，则此时箱子对地面的压力大小为（A）

A.MgA-mg-maB.Mg-rng-\-ma

C.MgA-mgD.Mg-mg

【解析】环在竖直方向上受重力及箱子内的杆对它的竖直向上的摩擦力居，受力情况

如图甲所示，根据牛顿第三定律，环应给杆一个竖直向下的摩擦力户如故箱子竖直方向上受

重力Mg、地面对它的支持力入及环给它的摩擦力9f,受力情况如图乙所示。以环为研究对

象，有用g—以箱子和杆整体为研究对象，有/?N=尸f+Mg=Ff+Mg=Mg+〃?g—

加4。根据牛顿第三定律，箱子对地面的压力大小等于地面对箱子的支持力大小，即尸N=J出

+〃?g—“74,A正确。

课时作业14

星基础巩固八

I.（5分）（2024•甘肃兰州一模）在东汉王充所著的《论衡・状留篇》中提到“是故湍源之流,

沙石转而大石不移。何者？大石重而沙石轻也。”从物理学的角度对文中所描述现象的解释,

下列说法正确的是（B）

A.水冲沙石，沙石才能运动，因为力是产生运动的原因

B.“沙石转而大石不移”是因为物体运动状态改变的难易程度与质量有关

名中物理

C.只有在水的持续冲力作用下沙石才能一直运动，是因为运动需要力来维持

D.“大石不移”是因为大石受到的阻力大于水的冲力

解析：水冲沙石，沙石才能运动，因为水的冲击力克服了阻力，故力是改变物体运动的

原因，故A错误；物体总有保持原有运动状态的性质，这种性质即为惯性，其大小只与质量

有关，质量越大惯性越大，力是改变物体运动状态的原因，重的大石由于质量太大，惯性太

大，所以运动状态不容易被水流改变，故B正确；物体的运动不需要力来维持，如运动的沙

再不受力的作用时，可以做匀速直线运动，故C错误；“大石不移”是因为水的冲力等于大

石受到的阻力，大石所受的合力为零，故D错误。

2.（5分）下列有关力和运动的说法正确的是（C）

A.把手中的铅球由静止释放，铅球竖直下落是因为惯性

B.汽车的速度越大，刹车时越难停下来，说明速度越大，惯性越大

C.牛顿第一定律也被叫作惯性定律

D.汽车紧急刹车时乘客向前倾，是因为乘客受到向前的惯性力

解柝把手中的铅球由静止释放后，铅球能竖直下落，是由于铅球受到竖直向下的重力，

故A错误：惯性只与质量有关，与速度无关，故B错误：牛顿第一定律也被叫作惯性定律，

故C正确；汽车紧急刹车时，乘客会向前倾，这是由于乘客具有惯性，惯性不是力，不能说

受到惯性力的作用，故D错误。

3.（5分）如图所示，匀速向右运动的水罐车内装满了水，车内有一浮在顶部的乒乓球A、

一沉底的金属球当水罐车刹车时，两小球相对容器的运动情况是（B）

A.A、B球一起向右运动

B.A球向左运动，B球向右运动

C.A球向右运动，B球向左运动

D.A、B球一起向左运动

解析：水罐车刹车时，由于惯性，水罐车内的水、乒乓球A、金属球B有想保持原来向

右运动状态的趋势，但由于乒乓球A的密度小于水的密度，即乒乓球A的质量小于同体积水

的质量，质量小，惯性就小，所以乒乓球A会被相对于车向右运动的水挤向左边，故立乓球

A会向左运动；而金属球B的质量较大，惯性较大，在与水的抗衡中会向右运动。故选B。

4.（5分）（2024•九省联考安徽卷）某国宇航局发射行星探测卫星，由于没有把部分资料中

实际使用的单位制转换为国际单位制，造成重大损失。国际单位制中力学有三个基本单位，

用这三个基本单位导出功率单位一瓦特（W）的表达形式为（A）

A.kgm2-s'3B.kgm3s'2

C.kg2m3-sJD.kg2-m-s-3

IN，mks,iTi/s2'm

解析：由功率的定义式P=一得，功率的单位为W=-=-----=------------=kg・m2s3,故

tsss

选A。

5.（5分）如图所示，疹子甲和大力士乙用一根绳拔河（绳子质量不计），最后乙获胜。下

裔中物理

列说法正确的是（D）

A.两人僵持不下保持静止时，地面对甲的摩擦力水平向右

B.两人僵持不下保持静止时，甲的重力和地面对甲的支持力是一对相互作用力

C.甲被加速向右拉时，绳对乙的拉力大小大于绳对甲的拉力大小

D.甲被加速向右拉时，绳对甲的拉力大小等于甲对绳的拉力大小

解析：两人僵持不下保持静止时，甲有向右的运动趋势，地面对甲的摩擦力水平向左，

故A错误；两人僵持不下保持静止时，甲的重力和地面对甲的支持力作用在同一物体上，是

一对平衡力，故B错误：同一根绳子上的拉力相等，则甲被加速向右拉时，绳对乙的拉力大

小和绳对甲的拉力大小是相等的，故C错误，D正确。

6.（5分）（多选）下列说法正确的是（ACD）

A.对静止在光滑水平面上的物体施加一个水平力，在力刚作用瞬间，物体立即获得加

速度

B.物体由于做加速运动，所以才受合力作用

C.b=机。是矢量式，。的方向与尸的方向相同，与速度方向无关

D.物体所受合力减小，加速度一定减小，而速度不一定减小

解析：由于物体的加速度与合力是瞬时对应关系，因此在力刚作用瞬间，物体会立即获

得加速度，A正确；根据因果关系，合力是产生加速度的原因，即物体由于受合力作用，才

会产生加速度，B错误；广=〃m是矢量式，a的方向与尸的方向相同，与速度方向无关，C

正确；由牛顿第二定律知物体所受合力减小，加速度一定会减小，而速度的变化由加速度和

初速度共同决定，不一定会减小，D正确。

7.（5分）（多选）（2024・湖北黄冈高三质检）如图所示，处于自然状态下的轻弹簧一端固定在

水平地面上，质量为，〃的小球从弹簧的另一端所在位置由静止释放，设小球和弹簧一直处于

竖直方向，弹簧的劲度系数为七重力加速度为g。在小球将弹簧压缩到最短的过程中，下列

叙述中正确的是（ABC）

o

w

i

i

n

A.小球的速度先增大后减小

B.小球的加速度先减小后增大

C.小球速度最大时弹簧的形变量为唯

D.弹簧的最大形变量为上

K

名中物理

解析：开始时，小球的重力大于弹簧弹力，加速度方向向下，小球向下加速运动，随着

弹簧的压缩，弹力逐渐变大，由〃噜一去=〃也知加速度逐渐减小，当弹力大小等于重力时，

加速度为零，即〃?g=依，得.丫=华，此时小球的速度最大，然后小球继续向下运动压缩弹簧，

弹力大于重力，加速度方向变为向上，加速度大小逐渐增大，速度逐渐减小，直到速度减小

至“零，到达最低点，由对称性可知，此时弹簧的压缩量为2x=迦，故A、B、C正确，D错

k

误。

星综合提升,

8.（5分）汽车在高速行驶时会受到空气阻力的影响，已知空气阻力其中c为

空气阻力系数，〃为空气密度，S为物体迎风面积，。为物体与空气的相对运动速度。贝1空气

阻力系数c的国际单位是（A）

A.常数，没有单位B.-

m

s2N-s2

C.——D.—

kgmkg-

12/,

解析：由尸-cpS炉,可得c=^—,国际单位制中，力/'的单位为N=kg・m/s2,密度〃

2pSv-

的单位为kg/m3,面积S的单位为m2,速度。的单位为m/s,代入单位可得空气阻力系数c

.,kgm/s2一2N-s2kgm/s2,s2m

的单位为——一-----；=1,即c为常数，没有单位，而--=——--=—,故B、C、D

kg/m3-m-（m/s）2kg2kg2kg

拼误，A正确-

9.（5分）昆虫沫蝉跳跃的高度可达0.7m,而其身体尺度仅有几亳米，跳跃能力远远超过

了人们先前所认为的昆虫界的“跳高冠军”——跳蚤。三知沫蝉起跳时平均加速度可达3.8

km/s2,则沫蝉起跳时对地面的平均压力大小与其受到的重力大小的比约为（C）

A.3.8：1B.38：I

C.380：ID.3800：1

解析：沫蝉起跳时，由牛顿第二定律得解得地面对沫蝉的支持力大小公

=381wg,由牛顿第三定律可知，它对地面的压力大小尸卜=公=381，次，则kN：G=

381：1,则平均压力大小与其受到的重力大小的比约为38（）：1,故选C。

10.（5分）建筑工人用如图所示的定滑轮装置运送建筑材料。一质量为70。kg的工人站

在地面匕通过定滑轮将20.0kg的建筑材料以0.500m/s2的加速度拉升，忽略绳子和定滑轮

的质量及定滑轮的摩擦，则工人对地面的压力大小为（重力加速度大小g取10m/s2）（B）

名中物理

A.510NB.490N

C.890ND.910N

解析：设绳子对建材的拉力为"i,Fi-mg=ma,8=m（g+a）=21（）N,由牛顿第三定律

知，绳子对工人的拉力⑪=Q=210N,工人处于静止状态，则地面对工人的支持力尺=Mg

-F2=49ON,由牛顿第三定律知工人对地面的压力广B正确。

11.（5分）（多选）如图甲所示，一竖直放置的足够长的固定玻璃管中装满某种液体，一半

径为八质量为，〃的金属小球，从f=0时刻起，由液面静止释放，小球在液体中下落，其加

速度。随速度v的变化规律如图乙所示。已知小球在液体中受到的阻力居二6几亚广，式中，•是

小球的半径，。是小球的速度，牛是常数。忽略小球在液体中受到的浮力，重力加速度为g，

下列说法正确的是（ACD）

阉

甲乙

A.小球的最大加速度为g

B.小球的速度从0增加到火的过程中，做匀变速运动

C.小球先做加速度减小的变加速运动，后做匀速运动

D.小球的最大速度为巴竺

fynrjr

解析：当。=0时，小球所受的阻力吊=0,此时加速度为g,A正确：随着小球速度的

增加，加速度减小，小球的速度从0增加到火的过程中，加速度减小，做变加速运动，B错

误；根据牛顿第二定律有，〃g