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核心知识查漏04 牛顿运动定律
一、牛顿第一定律
1．牛顿第一定律的理解
牛顿第一定律是在可靠的实验事实（如伽利略斜面实验）基础上采用科学的逻辑推理
得出的结论，是理想实验定律，不能用实验直接验证；物体不受外力是牛顿第一定律的理
想条件，其实际意义是物体受到的合外力为0。
牛顿 第一定律表表明【力不是维持速度的原因】，而是【改 变物体运动状态的原
因】。这个结论首先是由【伽利 略】提出的，他设计了一个【斜面理想实验】，并进行
了合理外推。
2．牛顿第一定律与惯性
惯性是物体保持原来运动状态的性质，与物体是否受力、是否运动及所处的位置无
关，物体的惯性只与其质量有关，物体的质量越大其惯性越大；牛顿第一定律揭示了力和
运动的关系。
3．不清楚惯性的表现形式
（1）物体的惯性总是以保持“原状”或反抗“改变”两种形式表现出来。
（2）物体在不受外力或所受的合外力为0 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。
二、牛顿第二定律
1．定律中合外力F 与加速度a 的关系。
F 与a 存在以下“五性”：
矢量性
F=ma 是矢量式，a 与F 同向
瞬时性
a 与F 对应同一时刻
因果性
F 是产生a 的原因
同一性
a、F、m 对应同一个物体，应用时统一使用SI 制
独立性
每一个力都产生各自的加速度
2．含有轻杆、轻弹簧、轻绳的模型中受力分析
1
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加速度与合外力具有瞬时对应关系，二者总是同时产生、同时变化、同时消失，具体
可简化为以下两种模型：
（1）轻绳、轻杆和接触面：不发生明显形变就能产生弹力，剪断或脱离后，不需要时
间恢复形变，弹力立即消失或改变，一般题目中所给的轻绳、轻杆和接触面在不加特殊说
明时，均可按此模型处理
（2）弹簧、蹦床和橡皮筋：当弹簧的两端与物体相连（即两端为固定端）时，由于物
体有惯性，弹簧的长度不会发生突变，所以在瞬时问题中，其弹力的大小认为是不变的，
即此时弹簧的弹力不突变。
3．应用牛顿第二定律解决问题的关键与处理方法
以加速度为“桥梁”，由运动学公式和牛顿第二定律列方程求解，逻辑关系如图：
（1）解决两类动力学基本问题的关键
①两个分析：物体的受力分析和物体的运动过程分析。
②一个“桥梁”：物体运动的加速度是联系运动和力的“桥梁”。
（2）解决动力学基本问题时对力的处理方法：
①合成法：在物体受力个数较少（两个或三个）时，一般采用合成法。
②正交分解法：若物体的受力个数较多（三个或三个以上），则采用正交分解法。
三、牛顿第三定律
牛顿第三定律： 两物体间的一对作用力 F 和反作用力 Fʹ 总是【大小相等、方向相
反、作用在同一条 直线上】，【同时产生，同时消失】。
四、牛顿力学与相对论
1．牛顿力学的局限性： 在【高速】、【微观】、【强引力场】情况下不再适用。
2．相对论
（1）狭义相对论：两条原理：（①【相对性原理】物理规律在所有惯性系中都具有
相同的形式。②光速不变原理：【真空中的光速在所有惯性系中都是相同的】，【光速是自
然界的极限速度】。
推论：【同时相对性】，即在一个参考系中同时发生的事件，在另一个参考系中不
2
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再同时；【钟慢效 应】，运动的钟比静止的钟要走得慢；【尺缩效应】，物体沿运动方向
的长度会缩短；【质速关系】，即运动 速度越大， 相应的运动质量也越大；【质能关系
E = mc2】，即一定质量的物质就具有与之相当的一定的能 量。
（2）广义相对论：两条原理：
【广义相对性原理】：物理规律在任何参考系中都具有相同的形式。
【等效原理】：一个均匀引力场与一个做匀加速运动的参考系等价。
理论证实的预言：【近日点进动】，【光线偏折】、【强引力场中的钟慢效应】、【引力红移】、
【引力波】。
宇宙的起源：宇宙在【膨胀】，由此可以推断宇宙可能起源于 138 亿年前的一次【大爆
炸】。【暗
物 质】和【暗能量】仍是科学前沿。
1．测量前应【平衡摩擦力】（即：调节轨道的 倾角，使小车在不受拉力时可在轨道
上做匀 速直线运动），否则图像不过原点。
2．【钩码质量应该远小于小车质量】，否则 由于线的拉力小于钩码重力，导致测量
的 a 偏小， 导致图线会弯曲。
3．分析：
（1）加速度a 与力F 的定量关系 （2）加速度a 与质量m 的定量关系
1．（2025 青浦一模·二·第5 题）蹦床是一项运动员利用从蹦床反弹中表现杂技技
巧的竞技运动，它属于体操运动的一种，蹦床有“空中芭蕾”之称。
实验 4 研究加速度与力和质量的关系
3
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在运动员进行蹦床比赛过程中（ ）
A．评委给运动员评分时可以把运动员看出质点
B．蹦床对运动员的弹力是由于蹦床的形变引起
C．运动员静止在蹦床上时，运动员对蹦床的压力就是运动受到的重力
D．从蹦床上弹起过程中蹦床对运动员的弹力大于运动员对蹦床的弹力
【答案】B
【解析】评委要根据运动员动作的完成度给运动员评分，故不能将运动员看做质点，
A 错误；蹦床对运动员的弹力是由于蹦床的形变引起的，B 正确；运动员静止在蹦床上时，
运动员对蹦床的压力大小等于运动员自身的重力大小，运动员对蹦床的压力和运动员的重
力是两种性质力，不能说压力就是重力，C 错误；蹦床对运动员的弹力与运动员对蹦床的
弹力属于作用力与反作用力，由牛顿第三定律可知作用力与反作用力始终等大，D 错误。
故选B。
2．（2025 崇明一模·二·第6 题）以地面为参照系，宇航员在地面上的质量为 m0，在
核心舱内的质量为 m，已知核心舱相对地面的飞行速度为 v，如果只考虑狭义相对论效应，
则 m 和 m0 的关系正确的是（ ）
A．m = m0 B．m = m0 C．m = m0 D．m =
【答案】D
3．（2025 青浦一模·二·第8 题）小球掉落在轻弹簧的运动与蹦床运动极为相似。将小
球拿到轻弹簧的顶端释放，小球在下降过程中其加速度a 与下降高度h 的关系如图所示。
若小球的质量为m，则弹簧的劲度系数为 ，小球下降到高度h0处的速度
。
【答案】
【解析】小球下降时，由胡克定律有
小球在下降过程中，受竖直向下的重力和竖直向上的弹力，
由牛顿第二定律可知
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化简整理得
结合图像可知，弹簧的劲度系数为
将小球的运动看成无数段匀变速运动，由运动学知识可知
即
图像的面积表示
，代入数据解得小球下降到h0处的速度大小为
4．（2025 静安一模·二·第1 题）冰壶比赛是在水平冰面上进行的体育项目。如图所示，
比赛时运动员从起滑架处推着冰壶出发，在投掷线 AB 处放手让冰壶以一定的速度滑出，
冰壶的停止位置越靠近圆心 O 越好，AB 中点 P 与 O 相距 L = 30 m。某次训练中，运
动员使冰壶从 P 点以 v0 = 3 m/s 的速度向圆心 O 滑出，已知冰壶和冰面间的动摩擦因数
μ = 0.02，g 取 10 m/s2。
冰壶滑行过程中的加速度大小 a =______m/s2 ，冰壶滑行的总位移大小 x =
______m。
【答案】 0.2；22.5
5．（2024·上海金山·统考一模）一、幼儿滑梯
某幼儿园的滑梯设计高度为2.4m。滑梯轨道设计为直线，轨道和儿童裤料之间的动摩
擦因数为0.4。若轨道的水平跨度设计为3.2m，幼儿从滑梯上沿轨道由静止起下滑到末端
需多长时间？（g 取10m/s2）
【答案】
【解析】若轨道的水平跨度设计为3.2m，根据几何关系有
幼儿从滑梯上沿轨道由静止起下滑到末端，根据牛顿第二定
解得加速度为
根据动力学公式
起滑架
A
B
P
O
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解得幼儿从滑梯上沿轨道由静止起下滑到末端所需时间为
6．（2024·上海虹口·统考一模）六、霍尔推进器
我国“天和号”核心舱配备了四台全国产化的LHT-100 霍尔推进器，虽然单台推力只
有80 毫牛，但在关键性能上已经反超国际空间站。霍尔推进器工作时，将气体推进剂电离
成电子和离子，这些离子在电场的作用下被加速后以极高的速度喷出，在相反的方向上对
航天器产生了推力。
单位质量的推进剂所产生的冲量叫“比冲量”，也叫“比推力”，是衡量推进器效率
的重要参数。在国际单位制中，其单位可表示为 。
【答案】米/秒
【解析】单位质量的推进剂所产生的冲量叫“比冲量”，所以
单位为
所以“比冲量”的单位可表示为米/秒。
7．（2024·上海静安·统考一模）二、飞机
直升飞机、无人机行驶时不受地面道路限制，可用于搜寻、救援等任务。跳伞员从飞
机上跳下，经过一段时间速度增大到50m/s 时张开降落伞，若张伞过程用时1.5s，伞开后
跳伞员速度为5m/s，速度方向始终竖直向下，不计空气对跳伞员的作用力，张伞过程中跳
伞员受到的平均冲击力大小约为体重的 倍。（保留1 位有效数字）
【答案】4
【解析】张伞过程中，跳伞员的平均加速度大小为
根据牛顿第二定律可得
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联立可得张伞过程中跳伞员受到的平均冲击力大小与重力大小之比为
。
8．（2024·上海青浦·统考一模）
位于我国贵州省平塘县的500m 口径球面射电望远镜（FAST），是目前世界上最大的
单口径射电望远镜，有“中国天眼”之称。“中国天眼”的灵敏度超群，大幅拓展人类的
视野，可以验证和探索很多宇宙奥秘，例如，引力理论验证、星系演化、恒星和行星起
源，乃至物质和生命的起源等。
如图所示为“中国天眼”维护时的示意图。为不损伤望远镜球面，质量为m 的工作人
员被悬在空中的氦气球拉着。为了维修更高处的镜面，假设工作人员要获得竖直向上的加
速度
，为尽可能保护镜面，请问工作人员对球面的作用力大小至少为 ，此时
工作人员处于 状态。（选填“超重”、“失重”或“平衡”状态）
【答案】
超重
【解析】假设工作人员要获得竖直向上的加速度
，由牛顿第二定律有
解得
由牛顿第三定律可得，工作人员对球面的作用力大小至少为
，由于工作人员具
有向上的加速度，则处于超重状态。
9．（2024·上海崇明·统考一模）篮球运动作为一个常规的球类运动在学校普遍受到学
生的喜爱，一个标准合格的篮球质量为0.6kg，当地重力加速度g 取10m/s2。完成下列问
题：
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（1）为了检验一篮球弹性性能，某同学将篮球从H1=1.8 米高处自由下落，能够自由
弹跳到H2=1.25 米高度处。如果不考虑篮球在运动中转动和所受的空气阻力。
在篮球与地面接触的运动过程中，篮球（ ）
A．加速度始终向上
B．速度为0 时加速度最大
C．加速度先向上后向下
D．加速度为0 时速度最大
（2）在实际情况下，篮球会受到空气阻力的作用，假设空气阻力大小保持不变。某同
学将一个篮球竖直向上抛出，一段时间后落回原处，测得篮球上升时加速度为11.5m/s2。
则空气阻力
N。以竖直向上为正方向，篮球离地高度h 与运动时间t 图像中
可能正确的是 。
A．
B．
C．
D．
【答案】（1）BD （2）0.9 A
【解析】（1）在篮球与地面接触的运动过程中，篮球下降的过程中篮球的形变量越来
越大，弹力越来越大，开始阶段，篮球的压缩量较小，因此地面对篮球向上的弹力小于向
下重力，此时篮球的合外力向下，加速度向下，小球做加速运动，根据牛顿第二定律有
，随着压缩量的增加，弹力增大，合外力减小，则加速度减小，方向向下。
当mg=kx 时，合外力为零，加速度为0，此时速度最大；由于惯性篮球继续向下运动，此
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时
，方向向上，篮球减速，随着压缩量增大，篮球合外力增大，加速度增
大，方向向上。故篮球下降过程中加速度先变小后变大，速度先变大后变小，小球运动最
低点时，篮球的速度为0，地面的弹力最大，且弹力大于重力，则小球向上的加速度最
大。
篮球反弹的过程中，篮球的形变量越来越小，篮球受地面的弹力越来越小，刚开始阶
段，弹力大于重力，合力向上，由牛顿第二定律可得
加速度越来越小，速度越来越大，当
时，加速度为0，速度最大；由于惯性，
篮球继续上升，此后弹力小于重力，合力向下，由牛顿第二定律可得
加速度方向向下，越来越大；速度减小，弹力为0 时篮球离开地面，故BD 正确，AC
错误。故选BD。
（2）篮球竖直向上运动过程由牛顿第二定律可得
解得空气阻力
篮球下降过程，由牛顿第二定律可得
上升过程篮球的速度越来越小，
图像的斜率越来越小；下降过程篮球的速度越来
越大，
图像的斜率越来越大；由
，
可知下降过程的时间大于上升到时间，故A 正确，BCD 错误。故选A。
10．（2024·上海浦东新·统考一模）飞行之旅
某同学购买了一张单程机票。此次飞行的相关信息见图1、2。在这趟飞行过程中他不
仅领略了祖国的大好河山，更是发现了不少有趣的物理现象。
飞机在空中水平飞行时，该同学将靠背上的小桌板放下，其上放有质量为m 的饮料杯
（含饮料），如图所示。
在飞机水平飞行的一段时间内，该同学发现饮料杯中的液面与小桌板成α 角，如图所
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示。则飞机在做 运动（选填“匀加速”、“匀减速”或“匀速”）。取重力加速度
为g，此时飞机运动的加速度大小为 。
【答案】匀减速
【解析】该同学发现饮料杯中的液面与小桌板成α 角，说明上侧的水由于惯性向小桌
板运动，则下侧水做减速运动，即飞机在做匀减速运动。
根据牛顿第二定律可得
解得
11．（2024·上海松江·统考一模）冰上运动
冰上运动是人们借助冰刀或其他器材在冰面上进行的一种运动。它主要包括速度滑
冰、短道速度滑冰、花样滑冰、冰球和冰壶等。
短道速滑比赛中，运动员起跑时冰刀用力向后蹬冰面，运动员向前跑出，这是因为力
的作用是 的；冲过终点后运动员并不能立刻停下来，其原因是运动员具有
。
【答案】相互 惯性
【解析】短道速滑比赛中，运动员起跑时冰刀用力向后蹬冰面，运动员向前跑出，这
是因为力的作用是相互的。
冲过终点后运动员并不能立刻停下来，其原因是运动员具有惯性。
12．（2024·上海松江·统考一模）舞蹈表演《弄潮涛头立》飘逸而唯美。飞行过程
中，质量为50kg 演员身上有数根绳索控制速度大小和方向。假设表演中最大飞行速度为
4m/s，最大加速度为0.5m/s2：
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若演员在竖直方向加速上升的加速度为0.2m/s2，此时她处于 （选涂：A．超
重 B．失重）；绳索中拉力为 N。
【答案】超重
【解析】演员在竖直方向加速上升的加速度为0.2m/s2，具有向上的加速度，故此时她
处于超重，根据牛顿第二定律
绳索中拉力为
13．（2024·上海黄浦·统考一模）太空舱中可采用动力学的方法测物体的质量。如图
所示，质量为m 的物体A 是可同时测量两侧拉力的力传感器，待测物体B 连接在传感器的
左侧。在外力作用下，物体A、B 和轻绳组成的系统相对桌面开始运动，稳定后力传感器
左、右两侧的读数分别为F1、F2，由此可知待测物体B 的质量为 。
【答案】
【详解】设物体B 质量为
，对B 由牛顿第二定律得
对A 由牛顿第二定律得
联立可得
14．（2024·上海闵行·统考一模）一、中国空间站
2021 年6 月17 日，搭载神舟十二号载人飞船的长征二号F 遥十二运载火箭成功发射。
载人飞船与天和核心舱顺利自主快速交会对接。航天员聂海胜、刘伯明、汤洪波先后进入
天和核心舱，这标志着中国人首次进入自己的空间站。
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（1）火箭竖直起飞时宇航员处于 状态（选涂：A．失重 B．平衡 C．超
重）；
（2）宇航员对座椅的压力 其受到的支持力（选涂：A．大于 B．等
于 C．小于）。
【答案】（1）C （2） B
【解析】（1）火箭竖直起飞时宇航员的加速度向上，故处于超重状态，故AB 错误，
C 正确。故选C。
（2）宇航员对座椅的压力和座椅对宇航员的支持力是一对相互作用力，由牛顿第三定
律可知，两个力大小相等，方向相反，故AC 错误，B 正确。故选B。
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