2025新高考物理核心素养测评：牛顿第二定律的综合应用（含答案或解析）

十一牛顿第二定律的综合应用

（40分钟70分）

【基础巩固练】

1.（6分）（2023•深圳模拟）如图甲所示为一固定在水平面上的斜面体，一物体放在斜面体上，在物

体上施加沿斜面向上的外力R使物体向上运动,并通过计算机描绘了物体的加速度。关于外力

R的关系图像,如图乙所示。已知图乙中的横纵坐标为已知量,重力加速度为g。则可求出的物

理量有（）

A.物体的质量

B.斜面体的倾角e

C.物体与斜面体之间的动摩擦因数

D.物体对斜面体的压力

2.（6分）（2023•盐城模拟）如图所示，两物块之间连接一个处于拉伸状态的轻弹簧,静止于水平粗

糙木板上。现将整体自由下落，可观察到的现象是（）

K烦工烦】

A.两物块相对木板静止

B.两物块相对木板运动且彼此靠近

C.质量大的物块相对木板静止，质量小的物块靠近质量大的物块

D.质量小的物块相对木板静止，质量大的物块靠近质量小的物块

3.（6分）（2023•江苏选择考）电梯上升过程中,某同学用智能手机记录了电梯速度随时间变化的

关系，如图所示。电梯加速上升的时段是（）

A.从20.0s到30.0s

B.从30.0s至!J40.0s

C.从40.0s至1J50.0s

D.从50.0s至1J60.0s

4.（6分）（生活情境）（多选）（2023•重庆模拟）图为某中学“水火箭”比赛现场,假设水火箭从地面以

初速度10m/s竖直向上飞出，在空中只受重力与空气阻力,水火箭质量为1kg,空气阻力方向始

终与运动方向相反，大小恒为2.5N,g取10m/s?,则下列说法正确的是（）

A.水火箭运动过程中，经过同一高度时（除最高点外）,上升时的速率大于其下落时的速率

B.水火箭所能上升的最大高度为一m

C.水火箭从离开地面到再次回到地面的总时间为L6s

D.当水火箭竖直向下运动且位于地面上方1m时，速度大小为3V5m/s

5.（6分）（多选）（2023•佛山模拟）某软件可以记录物体的运动过程并描绘出运动图像。某物块在

粗糙水平面上做匀减速直线运动直至静止，如图是该软件导出的:图像，/为时刻,x为07时

间内物块运动的位移。已知时刻前图像为直线由时刻后图像为反比例曲线。取重力加速度

为10m/s2。下列说法正确的有（）

A.物块在4s后某一时刻静止

B.0时刻，物块的速度大小为20m/s

C.物块运动的位移大小为60m

D.物块与水平面间的动摩擦因数为：

【加固训练】

L如图甲所示,质量为m的物块在水平力R的作用下可沿竖直墙面滑动，水平力R随时间/变化

的关系图像如图乙所示，物块与竖直墙面间的动摩擦因数为〃，物块所受的最大静摩擦力等于滑

动摩擦力，竖直墙面足够高，重力加速度大小为g。下列说法正确的是（）

A.物块一直做匀加速直线运动

B.物块先做加速度减小的加速运动，后做匀速直线运动

C.物块的最大速度为如

D./=m时,物块停止下滑

2.（2023•西安模拟）如图所示,在粗糙的水平路面上，一小车以vo=4m/s的速度向右匀速行驶，与

此同时，在小车后方相距50=40m处有一物体在水平向右的推力F=

20N的作用下，从静止开始做匀加速直线运动,当物体运动了xi=25m时撤去力。已知物体与地

面之间的动摩擦因数〃=。2,物体的质量m=5kg,重力加速度g取

2

10m/so求:

⑴在推力R作用下，物体运动的加速度m的大小;

（2）物体运动过程中与小车之间的最大距离;

（3）物体刚停止运动时与小车的距离do

【综合应用练】

6.（6分）（2023•兰州模拟）如图甲所示，轻质弹簧下端固定在水平面上,上端连接物体B,B上叠放

着物体4系统处于静止状态。现用竖直向上的拉力F作用在物体A上，使A开始向上做匀加

速运动。以系统静止时的位置为坐标原点，竖直向上为位移x正方向，对物体A施加竖直向上的

拉力，物体A以加速度做匀加速运动，物体3的加速度随位移变化的a-x图像如图乙所示，坐

标上的值为已知量,重力加速度为g。以下说法正确的是（）

也

A

甲

A.在图乙尸。段中，拉力R恒定不变

B.在图乙QS段中,3的速度逐渐减小

C.3位移为xi时4、3之间弹力大小为0

D.B位移为及时，弹簧达到原长状态

7.（6分）（2024.大庆模拟）如图所示,四只质量都为m的猴子水中捞月，竖直倒挂在树梢上，从上到

下编号依次为1、2、3、4,四只猴子都处于静止状态。正当4号打算把手伸向水面捞“月亮”

时,2号突然两手一滑没抓稳,3、4号扑通一声掉进了水里。重力加速度为g,空气阻力不计，那

么在2号猴子手滑后的一瞬间（）

A.四只猴子的加速度和速度都等于0

B.3号对4号猴子的作用力等于mg

C.1号猴子对树梢的拉力为4mg

D.1号猴子对2号猴子的作用力大小为管

8.（6分）（2023•常德模拟）如图所示，一个箱子中放有一物体,已知静止时物体对下底面的压力等

于物体的重力，且物体与箱子上底面刚好接触。现将箱子以初速度丫。竖直向上抛出，已知箱子

所受空气阻力与箱子运动的速率成正比，且箱子运动过程中始终保持图示姿态,则下列说法正

确的是（）

A.上升过程中,物体对箱子的下底面有压力，且压力越来越小

B,上升过程中,物体对箱子的上底面有压力，且压力越来越大

C.下降过程中，物体对箱子的下底面有压力,且压力可能越来越大

D.下降过程中，物体对箱子的上底面有压力,且压力可能越来越小

9.（16分）（体育运动情境）两位轮椅冰壶运动员用水平恒力将冰壶从起点推动5m后，撤去推力,

同时启动10秒倒计时,冰壶沿直线继续滑行40m到达营垒,速度恰好为零，倒计时恰好结束。

已知冰壶的质量为20卜&重力加速度8取10向52。

（1）求冰壶与冰面的动摩擦因数及水平恒力的大小;

（2）若冰壶与冰面的动摩擦因数为0.1,且要求启动10秒倒计时瞬间开始推动冰壶，并重复完成

上述启停过程，水平恒力的大小应变为多少？

【加固训练】

在科技创新活动中，小华同学根据磁铁同性相斥原理设计了用机器人操作的磁力运输车

（如图甲所示）。小华让运输车尝试在如图乙所示的路面上运行，其中AB段是动摩擦因数为

〃=0.2的粗糙斜面，其倾角为。=37。,3。段是光滑水平面,C点左边铺上粗糙砂纸。机器人用大小

不变的电磁力R推动质量为m=1.5kg的小滑块从A点由静止开始做匀加速直线运动。小滑

块到达B点时机器人撤去电磁力E然后小滑块滑上水平面BC。（已知:g取10

面52,5沅37。=0.6,的37。=0.8,设小滑块经过B点前后速率不变）

用速度传感器测量小滑块在运动过程的瞬时速度大小并记录如表:

/(s)00.20.40.60.81.01.21.41.61.82.0

v(m/s)00.40.81.21.51.51.51.51.41.21.0

求：(D小滑块与砂纸间的动摩擦因数〃。；

⑵小滑块在AB斜面上运动的加速度大小；

（3）机器人对小滑块作用力F的大小;

（4）小滑块从A点出发到停止的总路程（结果保留两位小数）。

【情境创新练】

10.（6分）翼装飞行为世界上极危险的极限运动,挑战者腾空后，张开手脚便能展开翼膜,当空气

进入一个鳍状的气囊时，就会充气使服装成翼状,从而产生浮力，然后通过肢体动作来控制飞行

的高度和方向。某翼装挑战者在距海平面一定高度处的直升机上由静止下落，以刃=9m/s2的加

速度下落一段时间，打开气囊，再减速下降一段时间后，悬停在天门山附近，准备穿越天门洞，此

运动过程可以近似地看成竖直方向的运动，其v-t图像如图乙所示,挑战者所受空气阻力恒定,

重力加速度g取10m/s?,下列说法正确的是（）

A.0~n时间内挑战者处于超重状态

B.空气阻力是挑战者重力的0.5倍

C.0~!ri时间内挑战者下落的高度为1250m

D.减速过程中挑战者所受空气浮力是挑战者重力的2.5倍

【加固训练】

风洞是空气动力学研究和实验中广泛使用的工具，某研究小组设计了一个总高度Ho=24

m的低速风洞，用来研究某物体在竖直方向上的运动特性。如图所示,风洞分成一个高度为

a=16m的无风区和一个受风区，某物体质量m=10kg,在无风区中受到空气的恒定阻力，大小

为20N,在受风区受到空气对它竖直向上的恒定作用力。某次实验时该物体从风洞顶端由静止

释放，且运动到风洞底端时速度恰好为0,重力加速度g取10m/s2,求在本次实验中:

(1)该物体的最大速度的大小;

⑵该物体在受风区受到空气对它的作用力大小;

(3)该物体第一次从风洞底端上升的最大距离。

解析版

1.（6分）（2023•深圳模拟）如图甲所示为一固定在水平面上的斜面体，一物体放在斜面体上，在物

体上施加沿斜面向上的外力/使物体向上运动,并通过计算机描绘了物体的加速度。关于外力

尸的关系图像，如图乙所示。已知图乙中的横纵坐标为已知量,重力加速度为g。则可求出的物

理量有（）

A.物体的质量

B.斜面体的倾角0

C.物体与斜面体之间的动摩擦因数

D.物体对斜面体的压力

【解析】选Ao对物体受力分析，由牛顿第二定律得:F-mgsin0-/2mgcos0=ma,整理

得:a=、Fgsina〃gcosa由图乙得，图像的斜率仁'=及则物体的质量加喙故A正确;图像的截距

为岳-gsine-〃gcos。,则sin6+〃cos。卷无法求解斜面倾角和动摩擦因数，故B、C错误;由牛顿第

三定律得,物体对斜面体的压力等于斜面体对物体的支持力，大小为心;^85仇则无法求解物体

对斜面的压力，故D错误。

2.（6分）（2023•盐城模拟）如图所示，两物块之间连接一个处于拉伸状态的轻弹簧,静止于水平粗

糙木板上。现将整体自由下落，可观察到的现象是（）

A.两物块相对木板静止

B.两物块相对木板运动且彼此靠近

C.质量大的物块相对木板静止，质量小的物块靠近质量大的物块

D.质量小的物块相对木板静止，质量大的物块靠近质量小的物块

【解析】选Bo整体未下落时，两物块相对木板静止，弹力等于摩擦力,整体无初速度释放后，两

物块和木板都处于完全失重状态，两物块对木板的压力为零，此时摩擦力消失。在水平方向上,

两物块只受到弹簧的拉力,两物块相对木板运动且相互靠近。

3.（6分）（2023•江苏选择考）电梯上升过程中,某同学用智能手机记录了电梯速度随时间变化的

关系，如图所示。电梯加速上升的时段是（）

S

S

A.从20.0s到30.0s

B.从30.0s至！J40.0s

C.从40.0s到50.0s

D.从50.0s至！J60.0s

【解析】选A。因电梯上升，由速度图像可知，电梯加速上升的时间段为20.0s到30.0s,故A正

确。

4.（6分）（生活情境）（多选）（2023・重庆模拟）图为某中学“水火箭”比赛现场,假设水火箭从地面以

初速度10m/s竖直向上飞出，在空中只受重力与空气阻力,水火箭质量为1kg,空气阻力方向始

终与运动方向相反，大小恒为2.5N,g取10m/s］则下列说法正确的是（）

A.水火箭运动过程中，经过同一高度时（除最高点外）,上升时的速率大于其下落时的速率

B.水火箭所能上升的最大高度为詈m

c.水火箭从离开地面到再次回到地面的总时间为1.6s

D.当水火箭竖直向下运动且位于地面上方1m时，速度大小为3V5m/s

【解析】选A、Do由于空气阻力在水火箭运动过程中一直做负功，使得机械能减小，则同一高

度处下落时动能较小，故速度较小，故A正确;水火箭向上运动时，空气阻力向下,加速度

ai=g+5=12.5m/sz,则上升的最大高度为辰=款=4m,故B错误;从地面到最高点时间为/=^=0.8

S

水火箭下落时空气阻力向上，加速度a2=g==7.5iwk,由如=少尸可知下落时间大于上升时间，所

以运动总时间大于1.6s,故C错误;水火箭位于地面上方1m,即下落/?=3m时萩=3而

m/s,故D正确。

5.（6分）（多选）（2023•佛山模拟）某软件可以记录物体的运动过程并描绘出运动图像。某物块在

粗糙水平面上做匀减速直线运动直至静止，如图是该软件导出的:-t图像，/为时刻,x为07时

间内物块运动的位移。已知m时刻前图像为直线,/。时刻后图像为反比例曲线。取重力加速度

为10m/s2。下列说法正确的有（）

A.物块在4s后某一时刻静止

B.0时刻，物块的速度大小为20m/s

C.物块运动的位移大小为60m

D.物块与水平面间的动摩擦因数为|

【解析】选B、Do因为m时刻后图像为反比例曲线，即卜4即x=£为定值，可知此时物块静止,

即从m时刻开始物块已经静止，根据坐标（4,7.5）可得物块的位移为x=30m,选项A、C错误;根据

4四弓。/2,可得"vo—M可得vo=2Om/s,选项B正确;物块的加速度a=^-=^~m/s2=^m/s?,根据

2u22x2X303

2.

g=/na,可得〃=g,选项D正确。

【加固训练】

L如图甲所示,质量为m的物块在水平力F的作用下可沿竖直墙面滑动，水平力R随时间f变化

的关系图像如图乙所示，物块与竖直墙面间的动摩擦因数为〃，物块所受的最大静摩擦力等于滑

动摩擦力，竖直墙面足够高，重力加速度大小为g。下列说法正确的是（）

A.物块一直做匀加速直线运动

B.物块先做加速度减小的加速运动，后做匀速直线运动

C.物块的最大速度为湫

D./=m时,物块停止下滑

【解析】选c。根据物块的受力，由牛顿第二定律有"琢产冽。

由图像可知4

而广〃F

解得斫g平

故随时间的增大，物块先做加速度逐渐减小的加速运动，后做加速度逐渐增大的减速运动，最后

停止下滑，静止后物块的加速度为零，处于平衡状态;当r=to时，物块的加速度为零，此时物块的速

度最大，作出a-t图像如图所示

根据其面积求出最大速度为加=3/0。

2.(2023・西安模拟)如图所示,在粗糙的水平路面上，一小车以vo=4m/s的速度向右匀速行驶，与

此同时，在小车后方相距50=40m处有一物体在水平向右的推力F=

20N的作用下，从静止开始做匀加速直线运动,当物体运动了xi=25m时撤去力。已知物体与地

面之间的动摩擦因数〃=0.2,物体的质量m=5kg,重力加速度g取

10m/s2o求：

⑴在推力/作用下，物体运动的加速度«1的大小；

答案:(1)2m/s2

【解析】(1)对物体，根据牛顿第二定律得

F-/umg=mai

代入数据得ai=2m/s2;

(2)物体运动过程中与小车之间的最大距离；

答案:(2)44m

【解析】(2)设经过时间/二者的速度相等厕v0=ait

解得t=2s

二者的最大距离为x=so+vo6ai产=44m;

(3)物体刚停止运动时与小车的距离do

答案：(3)30m

【解析】(3)设推力作用的时间为九由位移公式得的手谆解得力=杵=尸s=5s

撤去F时,设物体的速度大小为打,撤去F后，物体运动的加速度大小为。2,经过t2时间运动XI

路程后停止,

根据牛顿第二定律^mg=mai

由速度公式得vi=ait\=a2t2

由位移公式得％2=生

2a2

X车=?0«1+%2）

d=so+x车-（xi+垃）

联立解得d=3Qmo

【解题指南】

【综合应用练】

6.（6分）（2023•兰州模拟）如图甲所示，轻质弹簧下端固定在水平面上,上端连接物体B,B上叠放

着物体4系统处于静止状态。现用竖直向上的拉力F作用在物体A上，使A开始向上做匀加

速运动。以系统静止时的位置为坐标原点，竖直向上为位移工正方向，对物体4施加竖直向上的

拉力，物体4以加速度做匀加速运动，物体3的加速度随位移变化的a-x图像如图乙所示，坐

标上的值为已知量,重力加速度为g。以下说法正确的是（）

甲乙

A.在图乙PQ段中，拉力R恒定不变

B.在图乙QS段中班的速度逐渐减小

C.3位移为为时队、3之间弹力大小为0

D.B位移为%2时，弹簧达到原长状态

【解题指南】

PQ段,4、8一起做匀加速

直线运动群笑在伸长

Q点X、B刚好要分菽此后/

做匀加速运动，B做加速度氮

小的变加速运动

X2止刀的加速度为0尸产G&此时弹妥

仍比于压缩我忽

【解析】选c。以43为整体分析,尸。段一起向上做匀加速运动，受弹簧弹力、重力和拉力

E合力恒定，向上运动过程中弹簧弹力减小，所以拉力F增大，故A错误;QS段B的加速度在减

小，但方向仍然向上，故其速度仍在增大，故B错误;在xi时B的加速度开始减小，而A加速度保

持不变，故此时两物体刚好分离4、B之间弹力大小为0,故C正确;位移为X2时乃加速度为0,

合力为0,弹簧弹力大小等于B的重力，故弹簧处于压缩状态，故D错误。

7.（6分）（2024.大庆模拟）如图所示,四只质量都为m的猴子水中捞月，竖直倒挂在树梢上，从上到

下编号依次为1、2、3、4,四只猴子都处于静止状态。正当4号打算把手伸向水面捞“月亮”

时,2号突然两手一滑没抓稳,3、4号扑通一声掉进了水里。重力加速度为g,空气阻力不计，那

么在2号猴子手滑后的一瞬间（）

A.四只猴子的加速度和速度都等于0

B.3号对4号猴子的作用力等于mg

C.1号猴子对树梢的拉力为4mg

D.1号猴子对2号猴子的作用力大小为警

【解析】选C。在2号猴子手滑后的一瞬间，四只猴子的速度都等于0,但加速度都不等于0,故

A错误;以3、4号猴子为整体，可知整体的加速度为重力加速度g,则4号猴子的加速度也为重

力加速度g,所以3号对4号猴子的作用力等于0,故B错误;在2号猴子手滑前，设树梢对猴子

的作用力为E对整体有歹=4血3则在2号猴子手滑后的一瞬间」号猴子对树梢的拉力保持不变,

大小仍为4mg,故C正确;以1、2号猴子为整体，根据牛顿第二定律可得F-2mg=2ma,解得a=g,

方向向上;以2号猴子为研究对象，根据牛顿第二定律可得解得乃2=2mg,可知1号

猴子对2号猴子的作用力大小为2mg,故D错误。

8.（6分）（2023•常德模拟）如图所示，一个箱子中放有一物体,已知静止时物体对下底面的压力等

于物体的重力，且物体与箱子上底面刚好接触。现将箱子以初速度丫。竖直向上抛出，已知箱子

所受空气阻力与箱子运动的速率成正比，且箱子运动过程中始终保持图示姿态,则下列说法正

确的是（）

A.上升过程中,物体对箱子的下底面有压力，且压力越来越小

B.上升过程中，物体对箱子的上底面有压力，且压力越来越大

C.下降过程中，物体对箱子的下底面有压力,且压力可能越来越大

D.下降过程中，物体对箱子的上底面有压力,且压力可能越来越小

【解析】选C。上升过程中,对箱子和物体整体受力分析，如图所示

由牛顿第二定律可知Mg+kv=Ma

则f

又整体向上做减速运动,v减小，所以a减小;

因为a>g

所以物体受到箱子上底面向下的弹力FN,

对物体单独受力分析如图所示

尸N

mg

由牛顿第二定律可知mg+FN=ma,

贝IjF^=ma-mg

而。减小，则斤减小，所以上升过程中物体对箱子上底面有压力且压力越来越小;同理，当箱子和

物体下降时，物体对箱子下底面有压力且压力越来越大。

9.（16分）（体育运动情境）两位轮椅冰壶运动员用水平恒力将冰壶从起点推动5m后，撤去推力,

同时启动10秒倒计时,冰壶沿直线继续滑行40m到达营垒,速度恰好为零，倒计时恰好结束。

已知冰壶的质量为20卜&重力加速度8取10向52。

（1）求冰壶与冰面的动摩擦因数及水平恒力的大小;

答案:(1)0.08144N

【解析】(1)冰壶在推力口作用下做匀加速运动,设运动5m后的速度大小为v,

由牛顿第二定律及运动学公式可知

F-/umg=mai,v2=2aixi

撤掉力F后,冰壶在摩擦力的作用下做匀减速运动,10s时间内运动了40m,

由牛顿第二定律及运动学公式可知户〃祖g=3?2,X2=l栏

解得〃=0.08产=144N;

(2)若冰壶与冰面的动摩擦因数为0.1,且要求启动10秒倒计时瞬间开始推动冰壶，并重复完成

上述启停过程，水平恒力的大小应变为多少？

答案:(2)200N

【解析】(2)若冰壶与冰面的动摩擦因数为0」,且要求启动10秒倒计时瞬间开始推动冰壶，并

重复完成上述启停过程，设撤掉力那一瞬间冰壶的速度为V；根据牛顿第二定律及运动学公式

可知

匀加速过程F'-n'mg=ma3

匀减速过程心ng=ma4

所用总时间5+《=10s

祝2,2

所走总路程5+£=45m

2a32a4

解得F'=200No

【加固训练】

在科技创新活动中，小华同学根据磁铁同性相斥原理设计了用机器人操作的磁力运输车

(如图甲所示)。小华让运输车尝试在如图乙所示的路面上运行，其中AB段是动摩擦因数为

〃=。2的粗糙斜面，其倾角为。=37。,3。段是光滑水平面,C点左边铺上粗糙砂纸。机器人用大小

不变的电磁力R推动质量为m=1.5kg的小滑块从A点由静止开始做匀加速直线运动。小滑

块到达B点时机器人撤去电磁力E然后小滑块滑上水平面3C。(已知:g取10

m/s2,s%37o=0.6,cos37o=0.8,设小滑块经过B点前后速率不变)

用速度传感器测量小滑块在运动过程的瞬时速度大小并记录如表:

*s)00.20.40.60.81.01.21.41.61.82.0

v(m/s)00.40.81.21.51.51.51.51.41.21.0

求：(1)小滑块与砂纸间的动摩擦因数〃0；

答案:⑴0」

【解析】(1)小滑块从A到3的过程做匀加速运动,3到C的过程做匀速运动，滑块经过C后做

匀减速运动。滑块经过C后，加速度大小。2=分*m/s2=lm/s2;

Z.U-l.o

根据牛顿第二定律,有:〃0"2g=加。2；

代入数据解得:〃0=0」；

⑵小滑块在AB斜面上运动的加速度大小；

答案:(2)2m/s2

【解析】(2)滑块从A到3的过程做匀加速运动，故“尸笔m/s2=2m/s2;

U.4-U.Z

(3)机器人对小滑块作用力F的大小；

答案:(3)14.4N

【解析】(3)滑块由A到3过程中，由牛顿第二定律得:吃™gcosa-mgsina=mm

代入数据解得田=14.4N;

(4)小滑块从A点出发到停止的总路程(结果保留两位小数)。

答案：(4)2.81m

【解析】(4)由表格可知：3点的速度为L5m/s。

/AB=—=0.75s

fll

滑块从A到5的过程:据=2msi,

解得51=0.5625m

分析表格数据可知J=L6s时,速度为L4m/s,减速阶段的加速度大小为1m/s2;

贝!|/=1.5s时,速度为1.5m/s;

则滑块在BC上匀速运动的时间为：

t=1.5s-0.75s=0.75s

52=VBZ=1.125m

滑块经过C后：§3=兽=1.125m

2a2

所以,小滑块的总路程为：

S=SI+S2+S3=2.8125m-2.81m

【情境创新练】

10.（6分）翼装飞行为世界上极危险的极限运动,挑战者腾空后，张开手脚便能展开翼膜,当空气

进入一个鳍状的气囊时，就会充气使