4.3 牛顿第二定律 同步练 -2026-2027学年高一上学期物理人教版必修第一册

**基本信息** 本同步练通过基础巩固、情境应用、综合探究三层设计，实现牛顿第二定律从公式直接应用到复杂情境分析的递进，适配新授课知识内化与能力初步培养。 **分层设计** |层次|知识覆盖|设计特色| |----|----------|----------| |基础层|牛顿第二定律公式直接应用、单位关系、简单受力分析|单选题1（F=ma计算）、填空题10-11（公式变形），强化物理观念中运动与相互作用认知| |进阶层|受力分析与运动图像结合、动态平衡、非惯性系问题|单选题3（v-t图像分析）、单选题5（加速度测量仪情境），体现科学思维的模型建构与推理| |综合层|实验探究、多过程问题、实际情境应用|实验题15（动摩擦因数测量）、解答题18（列车进站匀减速），融合科学探究与社会责任|

4.3 牛顿第二定律（同步练）原卷版 姓名：___________班级：高一（ ）班 一、单选题 1．质量为的物体，在地面受到一个竖直向上，大小恒为的拉力，向上做匀加速直线运动，则物体的加速度大小为（重力加速度)（     ） A． B． C． D． 2．长征系列运载火箭是我国自行研制的航天运载工具。若火箭沿图中虚线方向加速离开地球表面，则此时发动机的喷气方向可能为（　　） A． B． C． D． 3．如遇雨天，路面湿滑，与干燥路面相比，汽车在湿滑路面上刹车时受到的阻力较小。若同一辆汽车以相同的初速度开始全力刹车，在干、湿两种路面上刹车的图像如图所示。汽车在湿滑路面上刹车过程的（      ） A．图线是b B．图线是a C．平均速度较小 D．平均速度较大 4．“儿童蹦极”中，拴在腰间左右两侧的是悬点等高、完全相同的两根橡皮绳。如图所示，质量为的小明静止悬挂时，两橡皮绳的夹角为，则（      ） A．每根橡皮绳的拉力大小为 B．若此时小明左侧橡皮绳断裂，则小明此时加速度大小 C．若拴在腰间左右两侧的是悬点等高、完全相同的两根轻绳，则小明左侧轻绳断裂时，小明的加速度大小 D．若将悬点间距离变小，则每根橡皮绳所受拉力将变小 5．某同学使用轻弹簧、直尺钢球等制作了一个“竖直加速度测量仪”。如图，弹簧上端固定，在弹簧旁沿弹簧长度方向固定一直尺。不挂钢球时，弹簧下端指针位于直尺20cm刻度处：下端悬挂钢球，静止时指针位于直尺40cm刻度处。将直尺不同刻度对应的加速度标在直尺上，就可用此装置直接测量竖直方向的加速度。取竖直向上为正方向，重力加速度大小为g。对应加速度为-0.5g的刻度位置是（　　） A．20cm B．30cm C．40cm D．50cm 6．如图所示，斜面体静止在粗糙的水平地面上，斜面体上有一小滑块沿斜面下滑，斜面体始终处于静止状态，则下列说法中不正确的是（     ） A．若甲图中匀速下滑，施加竖直向下的力后，受到的摩擦力变大 B．若甲图中匀速下滑，施加竖直向下的力后，将继续匀速 C．若甲图中加速下滑，施加竖直向下的力后，的加速度变大 D．若甲图中加速下滑，仅增大的质量，的加速度变大 二、多选题 7．在牛顿第二定律公式中，比例系数k的数值（    ） A．在任何情况下都等于1 B．是由质量m、加速度a和力F三者的大小决定的 C．是由质量m、加速度a和力F三者的单位决定的 D．当“m”的单位取kg，“a”的单位取，“F”的单位取N时，k等于1 8．旅游，已经成为人们度假的主要方式，如图所示，是一辆景区观光车。为了研究车辆的运动情况，小明在车顶部悬挂一根细线，细线的另一端系一质量为0.1kg的小球。在车向左运动时，悬挂的细线向车前方偏离竖直方向37°角不变，某时刻他发现观光车速度表显示车速为54km/h。已知小明的质量为50kg，g取10m/s2，由以上信息可知：（     ） A．观光车正在做匀减速直线运动 B．该时刻起经3s，观光车的位移为11.25m C．细线的拉力为1.25N D．小明受到汽车的作用力为375N 9．用力F拉一物体使其以加速度a在水平面上做匀加速直线运动，力F的水平分量为F1，如图所示。若以与F1大小、方向都相同的力Fʹ代替力F拉此物体，使物体产生的加速度为aʹ，则（　　） A．当该水平面光滑时，aʹ<a B．当该水平面光滑时，aʹ=a C．当该水平面粗糙时，aʹ<a D．当该水平面粗糙时，aʹ>a 三、填空题 10．质量为的物体，在合外力作用下做匀加速直线运动，其加速度大小为________；若合外力方向与初速度方向相反，物体做________（选填 “匀加速” 或 “匀减速”）直线运动。 11．质量为m的物体，在合外力F的作用下获得大小为a的加速度，现要使物体获得大小为2a的加速度，若保持它的质量不变，则应使合外力变为______F，若保持合外力不变，则应使它的质量变为______m。 12．一质量为m的无人机从地面静止开始竖直向上飞行，该过程中加速度a随上升高度h的变化关系如图所示（图中g为重力加速度）。无人机飞至高为2h0处时，空气对其作用力大小为_____；无人机飞至3h0处时的速度为_____。 13．电梯轿厢天花板上有一颗松动的螺丝，电梯静止时螺丝未脱落。当电梯运动时，螺丝在某一阶段发生脱落。请分析螺丝脱落时，电梯可能在做什么运动_____（选填：“加速上升”、“减速上升”）。设电梯轿厢天花板到轿厢地板的高度为，螺丝脱落后电梯加速度大小始终为，求螺丝掉落至轿厢地板所需时间_____。（重力加速度大小为） 14．如图所示，图中的三个小球完全相同，均悬挂在天花板上处于静止状态，已知重力加速度为，弹簧为轻质弹簧。在剪断图中小球与天花板相连的细线的瞬间，三个小球A、B、C的加速度依次是_________，_________，_________。 四、实验题 15．某同学利用“验证牛顿第二定律”的实验器材，测量滑块和长木板之间的动摩擦因数。如图所示，带滑轮的长木板水平放置，力传感器固定在墙上，轻绳分别跨过固定在滑块上和固定在长木板末端的滑轮，一端与力传感器连接，另一端竖直悬挂一砂桶，砂桶距地面足够远。调节两滑轮的位置使轻绳与长木板平行，不计轻绳与各滑轮之间的摩擦，重力加速度为。 (1)实验时，______（填“必须”或“不必”）保证砂和砂桶的总质量远小于滑块质量；______（填“需要”或“不需要”）用天平测砂和砂桶的总质量；由于需要测量动摩擦因数，故不需要将长木板右端垫高平衡摩擦力； (2)如图是实验中得到的一条纸带，已知相邻计数点间还有四个点未画出，打点计时器所用电源频率为50Hz，由此可求出滑块的加速度______（计算结果保留三位有效数字）。 (3)记录力传感器的示数3.2N，用天平测出滑块质量1kg，根据（2）中求出的加速度a的结果。可以得出滑块和长木板间的动摩擦因数______。 五、解答题 16．光滑的水平面上质量的物体同时受到向右的作用力和向左的作用力的作用时。求： (1)使物体产生的加速度，使物体产生的加速度； (2)物体运动的加速度。 17．一质量为的滑块在倾角的足够长的固定斜面上、在无外力的情况下以加速度匀加速下滑。若用一水平向右的恒力作用于滑块，如图所示，使滑块由静止开始沿斜面向上做匀加速运动，在时间内沿斜面运动的位移（取）。求： (1)滑块和斜面之间的动摩擦因数； (2)滑块沿斜面向上做匀加速运动的加速度大小是多少； (3)恒力的大小。 18．某同学在站台安全区候车时，用手机记录了列车进站时的运动。从第1节车厢头经过他开始计时，经过50s列车停下，此时他站在第7节车厢头。他向列车车尾方向行走了50步到达他乘坐的第8节车厢头。若该同学步长约为50cm，此过程视为匀减速直线运动，列车已关闭动力，且每节车厢所受阻力大小相等，每节车厢长度相同，每节车厢的质量为50吨，试估算： (1)开始计时时列车的速度大小； (2)每节车厢受到的阻力的大小。 试卷第1页（共3页） 试卷第1页（共3页） 学科网（北京）股份有限公司 $ 4.3 牛顿第二定律（同步练）解析版 姓名：___________班级：高一（ ）班 一、单选题 1．质量为的物体，在地面受到一个竖直向上，大小恒为的拉力，向上做匀加速直线运动，则物体的加速度大小为（重力加速度)（    ） A． B． C． D． 【参考答案】C 【解析】根据牛顿第二定律 解得，故选C。 2．长征系列运载火箭是我国自行研制的航天运载工具。若火箭沿图中虚线方向加速离开地球表面，则此时发动机的喷气方向可能为（　　） A． B． C． D． 【参考答案】C 【解析】若火箭沿图中虚线方向加速离开地球表面，则火箭的加速度方向与火箭的速度方向相同，斜向左上方，则由牛顿第二定律可知，火箭所受合外力方向与火箭速度方向相同，斜向左上方； 因为火箭受到竖直向下的重力、喷出的气体对火箭的作用力，又因为喷出的气体对火箭的作用力、火箭对喷出的气体的作用力是一对相互作用力，由牛顿第三定律可知，这两个作用力方向相反，则结合矢量合成法则，可得下图： 故选C。 3．如遇雨天，路面湿滑，与干燥路面相比，汽车在湿滑路面上刹车时受到的阻力较小。若同一辆汽车以相同的初速度开始全力刹车，在干、湿两种路面上刹车的图像如图所示。汽车在湿滑路面上刹车过程的（     ） A．图线是b B．图线是a C．平均速度较小 D．平均速度较大 【参考答案】A 【解析】AB．汽车在湿滑路面上刹车时受到的阻力较小，加速度较小，根据知所用时间较长，所以图线是b，A正确，B错误； CD．汽车刹车过程中做匀减速运动，平均速度相同，CD错误。 故选A。 4．“儿童蹦极”中，拴在腰间左右两侧的是悬点等高、完全相同的两根橡皮绳。如图所示，质量为的小明静止悬挂时，两橡皮绳的夹角为，则（     ） A．每根橡皮绳的拉力大小为 B．若此时小明左侧橡皮绳断裂，则小明此时加速度大小 C．若拴在腰间左右两侧的是悬点等高、完全相同的两根轻绳，则小明左侧轻绳断裂时，小明的加速度大小 D．若将悬点间距离变小，则每根橡皮绳所受拉力将变小 【参考答案】D 【解析】AD．设每根橡皮绳的拉力为，由 可得 两悬点间距离变小，两橡皮绳间夹角变小，橡皮绳的拉力也变小，A错误，D正确； B．当小明左侧橡皮绳断裂时，右侧橡皮绳拉力不变，此时小明的合力与左侧初始时橡皮绳的拉力大小相等，方向相反，由 可求得加速度大小 故B错误； C．如果小明腰间拴的是两根轻绳，则小明左侧轻绳断裂时，右侧轻绳的拉力可瞬间发生变化，使小明沿右侧轻绳方向加速度为零，由 可得，此时小明的加 速度大小 C错误； 故选D。 5．某同学使用轻弹簧、直尺钢球等制作了一个“竖直加速度测量仪”。如图，弹簧上端固定，在弹簧旁沿弹簧长度方向固定一直尺。不挂钢球时，弹簧下端指针位于直尺20cm刻度处：下端悬挂钢球，静止时指针位于直尺40cm刻度处。将直尺不同刻度对应的加速度标在直尺上，就可用此装置直接测量竖直方向的加速度。取竖直向上为正方向，重力加速度大小为g。对应加速度为-0.5g的刻度位置是（　　） A．20cm B．30cm C．40cm D．50cm 【参考答案】B 【解析】不挂钢球时，弹簧下端指针刻度为，下端悬挂钢球，静止时指针刻度为，则 取竖直向上为正方向，加速度为-0.5g时，有， 联立解得 故选B。 6．如图所示，斜面体静止在粗糙的水平地面上，斜面体上有一小滑块沿斜面下滑，斜面体始终处于静止状态，则下列说法中不正确的是（     ） A．若甲图中匀速下滑，施加竖直向下的力后，受到的摩擦力变大 B．若甲图中匀速下滑，施加竖直向下的力后，将继续匀速 C．若甲图中加速下滑，施加竖直向下的力后，的加速度变大 D．若甲图中加速下滑，仅增大的质量，的加速度变大 【参考答案】D 【解析】A．原匀速下滑时满足 得， 施加竖直向下的力后，支持力 摩擦力 故比原来的大， 故A正确； B．沿斜面方向合力，滑块仍匀速，故B正确； CD．原加速下滑时，由牛顿第二定律 整理得 加速度与滑块质量无关，因此仅增大的质量，加速度不变。 施加竖直向下的力后，同理得新加速度，加速度变大，故C正确，D错误。 由于本题选择错误的，故选D。 二、多选题 7．在牛顿第二定律公式中，比例系数k的数值（    ） A．在任何情况下都等于1 B．是由质量m、加速度a和力F三者的大小决定的 C．是由质量m、加速度a和力F三者的单位决定的 D．当“m”的单位取kg，“a”的单位取，“F”的单位取N时，k等于1 【参考答案】CD 【解析】在中，“m”的单位取kg，“a”的单位取，“F”的单位取N时，，故AB错误、CD正确。 故选CD。 8．旅游，已经成为人们度假的主要方式，如图所示，是一辆景区观光车。为了研究车辆的运动情况，小明在车顶部悬挂一根细线，细线的另一端系一质量为0.1kg的小球。在车向左运动时，悬挂的细线向车前方偏离竖直方向37°角不变，某时刻他发现观光车速度表显示车速为54km/h。已知小明的质量为50kg，g取10m/s2，由以上信息可知：（     ） A．观光车正在做匀减速直线运动 B．该时刻起经3s，观光车的位移为11.25m C．细线的拉力为1.25N D．小明受到汽车的作用力为375N 【参考答案】AC 【解析】A．观光车向左运动，细线向车前方（左侧）偏离竖直方向，说明小球的加速度方向水平向右，与运动方向相反，因此观光车正在向左做匀减速直线运动，A正确； B．对小球受力分析：合力水平向右提供加速度，由几何关系得 解得加速度大小 ，观光车减速到0的时间 说明3s内观光车在2s时已经停下，总位移为匀减速到0的位移，B错误； C． 对小球竖直方向受力平衡 得，C正确； D．小明的加速度和车相同为水平向右，小明的合力 汽车对小明的作用力是支持力和摩擦力的合力，大小为，D错误。 故选 AC。 9．用力F拉一物体使其以加速度a在水平面上做匀加速直线运动，力F的水平分量为F1，如图所示。若以与F1大小、方向都相同的力Fʹ代替力F拉此物体，使物体产生的加速度为aʹ，则（　　） A．当该水平面光滑时，aʹ<a B．当该水平面光滑时，aʹ=a C．当该水平面粗糙时，aʹ<a D．当该水平面粗糙时，aʹ>a 【参考答案】BC 【解析】AB．当接触面光滑时，物体不受摩擦力，则， 则，故A错误，B正确； CD．当接触面粗糙时，根据牛顿第二定律可得， 则，故C正确，D错误。 故选BC。 三、填空题 10．质量为的物体，在合外力作用下做匀加速直线运动，其加速度大小为________；若合外力方向与初速度方向相反，物体做________（选填 “匀加速” 或 “匀减速”）直线运动。 【参考答案】 匀减速 【解析】[1]由牛顿第二定律 解得 [2]合外力方向与初速度方向相反时，加速度与速度反向，物体做匀减速直线运动。 11．质量为m的物体，在合外力F的作用下获得大小为a的加速度，现要使物体获得大小为2a的加速度，若保持它的质量不变，则应使合外力变为______F，若保持合外力不变，则应使它的质量变为______m。 【参考答案】2 0.5 【解析】[1]根据牛顿第二定律可知 现要使物体获得大小为2a的加速度，若保持它的质量不变，则应使合外力变为 [2]若保持合外力不变，则应使它的质量变为 12．一质量为m的无人机从地面静止开始竖直向上飞行，该过程中加速度a随上升高度h的变化关系如图所示（图中g为重力加速度）。无人机飞至高为2h0处时，空气对其作用力大小为_____；无人机飞至3h0处时的速度为_____。 【参考答案】 【解析】[1]无人机飞至高为2h0处时，加速度为 根据牛顿第二定律有 解得空气对其作用力大小为 [2]在一段很短的时间内，有 上式等号两边求和得 其中S为对应的图像与横轴所包围的面积，设无人机飞至3h0处时的速度为v，因无人机初速度为零，则有 故 13．电梯轿厢天花板上有一颗松动的螺丝，电梯静止时螺丝未脱落。当电梯运动时，螺丝在某一阶段发生脱落。请分析螺丝脱落时，电梯可能在做什么运动_____（选填：“加速上升”、“减速上升”）。设电梯轿厢天花板到轿厢地板的高度为，螺丝脱落后电梯加速度大小始终为，求螺丝掉落至轿厢地板所需时间_____。（重力加速度大小为） 【参考答案】加速上升 【解析】[1]当电梯静止或匀速时，螺丝所受拉力等于重力，不会脱落。若电梯加速度向上，要保持螺丝与电梯相对静止，则需要的拉力大于重力，现实中的拉力小于保持螺丝与电梯相对静止需要的拉力，螺丝会脱落，因此电梯加速上升或者减速下降时，螺丝脱落；若加速度向下，保持螺丝与电梯相对静止需要的拉力小于重力，不会脱落，即电梯减速上升或加速下降时，螺丝不会脱落。 [2]电梯加速上升，令脱落前电梯与螺丝的共同速度为，螺丝掉落至轿厢地板所需时间为，脱落后螺丝的位移 电梯位移 相对位移为电梯高度，即 推导得 14．如图所示，图中的三个小球完全相同，均悬挂在天花板上处于静止状态，已知重力加速度为，弹簧为轻质弹簧。在剪断图中小球与天花板相连的细线的瞬间，三个小球A、B、C的加速度依次是_________，_________，_________。 【参考答案】 0 0 【解析】设每个小球质量为，重力为，根据剪断细线瞬间，弹簧形变来不及改变，弹力不变，细线拉力立即消失 静止时受力分析 对C球：B、C间弹簧弹力大小 对B球：A、B间弹簧弹力大小 对A球：上端细线拉力 剪断细线瞬间加速度分析： C：弹力不变，重力与弹簧弹力仍然平衡，合力为，故 B：两个弹簧弹力都不变，受力仍平衡，合力为，故 A：上端细线拉力消失，A受向下的重力和向下的弹簧拉力，总合力，根据牛顿第二定律 可得 四、实验题 15．某同学利用“验证牛顿第二定律”的实验器材，测量滑块和长木板之间的动摩擦因数。如图所示，带滑轮的长木板水平放置，力传感器固定在墙上，轻绳分别跨过固定在滑块上和固定在长木板末端的滑轮，一端与力传感器连接，另一端竖直悬挂一砂桶，砂桶距地面足够远。调节两滑轮的位置使轻绳与长木板平行，不计轻绳与各滑轮之间的摩擦，重力加速度为。 (1)实验时，______（填“必须”或“不必”）保证砂和砂桶的总质量远小于滑块质量；______（填“需要”或“不需要”）用天平测砂和砂桶的总质量；由于需要测量动摩擦因数，故不需要将长木板右端垫高平衡摩擦力； (2)如图是实验中得到的一条纸带，已知相邻计数点间还有四个点未画出，打点计时器所用电源频率为50Hz，由此可求出滑块的加速度______（计算结果保留三位有效数字）。 (3)记录力传感器的示数3.2N，用天平测出滑块质量1kg，根据（2）中求出的加速度a的结果。可以得出滑块和长木板间的动摩擦因数______。 【参考答案】(1)不必 不需要 (2)1.60 (3)0.48 【解析】（1）[1][2]实验时，因为有力传感器测量滑块的拉力，则不必保证砂和砂桶的总质量远小于滑块质量；也不需要用天平测砂和砂桶的总质量。 （2）相邻计数点间还有四个点未画出，则周期为 根据逐差法可知加速度为 （3）对滑块由牛顿第二定律 解得 五、解答题 16．光滑的水平面上质量的物体同时受到向右的作用力和向左的作用力的作用时。求： (1)使物体产生的加速度，使物体产生的加速度； (2)物体运动的加速度。 解：（1）根据牛顿第二定律可得 则使物体产生的加速度，方向向右； 同理使物体产生的加速度，方向向左。 （2）物体实际的加速度是和的矢量和，即，方向向左。 17．一质量为的滑块在倾角的足够长的固定斜面上、在无外力的情况下以加速度匀加速下滑。若用一水平向右的恒力作用于滑块，如图所示，使滑块由静止开始沿斜面向上做匀加速运动，在时间内沿斜面运动的位移（取）。求： (1)滑块和斜面之间的动摩擦因数； (2)滑块沿斜面向上做匀加速运动的加速度大小是多少； (3)恒力的大小。 解：（1）无外力下滑时，对滑块沿斜面方向用牛顿第二定律 解得 （2）滑块由静止开始做匀加速直线运动，由匀变速位移公式 代入，，解得 （3）对受水平推力的滑块受力分解，垂直斜面方向合力为0： 沿斜面方向，摩擦力向下，由牛顿第二定律 解得 18．某同学在站台安全区候车时，用手机记录了列车进站时的运动。从第1节车厢头经过他开始计时，经过50s列车停下，此时他站在第7节车厢头。他向列车车尾方向行走了50步到达他乘坐的第8节车厢头。若该同学步长约为50cm，此过程视为匀减速直线运动，列车已关闭动力，且每节车厢所受阻力大小相等，每节车厢长度相同，每节车厢的质量为50吨，试估算： (1)开始计时时列车的速度大小； (2)每节车厢受到的阻力的大小。 解：（1）同学向车尾走的距离等于1节车厢长度 从第1节车头经过人到停下时第7节车头经过人，位移为6节车厢长度，即 匀减速直线运动末速度为0，由匀变速平均速度公式 解得 （2）由速度公式可知 解得： 列车进站时动力为0，合力等于总阻力。设共有n节车厢，每节质量 每节阻力为f，由牛顿第二定律 解得 试卷第1页（共3页） 试卷第1页（共3页） 学科网（北京）股份有限公司 $