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重难点02 直线运动与牛顿运动定律的综合
（图像问题、追及相遇问题、匀变速直线运动的规律和推论、连接体问题
等）
考点分析
三年考情分析
2025 命题热点
匀变速直线运动的
规律及应用
2024：山东卷、全国卷、广西卷
2023：福建卷、山东卷
2022：湖北卷、山东卷
1、多过程的运动模型
2、牛顿运动定律的应用
3、数形结合思想的应用
运动学和动力学图
像
2024：安徽卷、甘肃卷、河北卷、新课标卷
2023：江苏卷、广东卷、福建卷、全国卷
牛顿运动定律的综
合应用
2024：黑吉辽卷、全国卷、广东卷
2023：全国甲卷、湖南卷、全国乙卷
2022：全国乙卷、湖南卷、山东卷、广东卷
【课标要求】
1.会用多种方法灵活处理匀变速直线运动的问题。
2.掌握牛顿运动定律，会分析瞬时性问题、连接体问题、会应用牛顿运动定律解决运动的
实际问题。
3.会分析运动学和动力学图像。
【考查方向】
高考命题重点考查运动图像和实验数据的处理。高考命题主要从匀变速直线运动规律的
应用能力、应用图像分析物体运动规律的能力以及在多过程问题中的应用能力等方面进行命
题。
【备考建议】
复习本章时，作为基础章节，要熟练掌握以下几点：
(1)匀变速直线运动公式的灵活运用；
(2)根据图像分析物体的运动情况，根据题目画出或选择图像；
1
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(3)自由落体运动；
(4)匀变速直线运动规律的推论和初速度为零的匀加速直线运动的比例关系；
(5)实验基础数据处理方法。
【情境解读】
1.交通情境：汽车在直线道路上的启动、刹车，或在路口等遇到的加速、减速问题，涉及到
匀变速直线运动的速度、位移、时间等关系的计算。如已知汽车刹车时的初速度和加速度，
求刹车距离和时间。
2.运动比赛场景：短跑运动员的起跑、加速冲刺过程，或物体在光滑斜面上的下滑等。可根
据已知条件，利用运动学公式求解运动员的加速度、冲刺速度或物体下滑的时间等。
3.自由落体与竖直上抛：如跳伞运动员在打开降落伞前的自由落体运动，或竖直向上抛出的
小球的运动。需要考虑重力加速度，运用匀变速直线运动公式求解相关物理量。
4.斜面滑块问题：滑块在斜面上受到重力、支持力和摩擦力的作用，通过分析这些力，根据
牛顿第二定律求出滑块的加速度，进而研究滑块的运动情况，如滑块在斜面上的静止、匀速
下滑或加速下滑等。
5.连接体问题：多个物体通过绳子、弹簧等连接在一起，分析整体和隔离体的受力情况，结
合牛顿第二定律求解各物体的加速度和相互作用力。
6.超重失重问题：在电梯的升降过程中，或在航天器的发射、运行等过程中，分析人或物体
的受力情况，判断超重和失重现象，根据牛顿第二定律计算相关物理量。
【高分技巧】
一、运动学和动力学中的图像
对运动图象的认识和理解，应注意以下三点：
(1)无论是xt 图象还是vt 图象都只能描述直线运动．
(2)xt 图象和vt 图象不表示物体运动的轨迹，x、v 与t 一一对应．
(3)一般试题中，关键点是根据斜率判断物体的运动状况，xt 图象的斜率表示物体运动的
速度，根据xt 图象的斜率判断速度变化情况；vt 图象的斜率表示物体运动的加速度，根据vt
图象的斜率判断加速度的变化情况．
1、x-t 图像
2
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1、物体做匀速直线运动 (斜率
表示速度)
2、表示物体静止
3、 表示物体静止
4、表示物体向反方向做匀速 直线运动
5、 交点的纵坐标表示三个运 动质点相遇时的位移。
6 、t₁ 时刻物体位移为s₁
2、v-t 图像
1、表示物体做匀加速直线 运动 (斜率表示加速度)
2、物体作匀速直线运动
3、 表示物体静止
4、表示物体做匀减速直线 运动
5、 交点的纵坐标表示三个 运动质点的共同速度。
6 、t₁ 时刻物体速度为v₁
(图中阴影部分面积表示 质点1 在0-t₁ 时间内的位移)
3、x-t 图像，v-t 图像，a-t 图像的对比
x-t 图像
物理意义
表示物体位置随时间变化的规律，不是物体运动的轨迹
识图
五要
素
点
两图线交点，说明两物体此时刻相遇
线
①②③表示物体做匀速直线运动；④表示物体静止；⑤⑥表示物体做
匀变速直线运动
斜
(切线、割线)直线斜率表示物体(瞬时、平均)速度；上倾为正，下斜为
负；陡缓示大小
3
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截
纵截距表示开始计时物体位置
面
图线与t 轴所围图形面积无意义
v-t 图像
物理意义
表示物体速度随时间变化的规律
识图
五要
素
点
两图线交点，说明两物体此时刻速度相等
线
①②③表示匀变速直线运动；④表示匀速直线运动；⑤6⑦⑧表示非匀
变速直线运动
斜
(切线)直线斜率表示物体(瞬时)加速度；上倾为正，下斜为负；陡缓示
大小
截
纵截距表示物体初速度
面
阴影部分的面积表示物体某段时间内发生的位移；t 上为正，t 下为负
a-t 图像
物理意义
表示物体加速度随时间变化的规律
识图
五要素
点
两图线交点，说明两物体此时刻加速度相等
线
①②③表示a 均匀变化；④表示a 恒定；⑤⑥表示a 非均匀变化；a 方
向：t 上为正，t 下为负
斜
斜率表示物体加速度变化率，即加速度变化的快慢
截
纵截距表示物体初加速度
面
阴影部分的面积表示物体某段时间内速度变化量；t 上为正，t 下为负
4、其他图像（v
2-x 图像、x-v 图像、x
t -t 图像、a-x 图像）
v²-x 图像
识图步骤
1.根据v²-vo²=2ax 写出对应图线函数表达式；
2.找初速度和加速度两个主要物理量；
4
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识图
五要素
点
两图线交点，说明两物体经过某段相同位移或在某一位置的速度平方值
相同
线
①②④⑤表示物体做匀加速直线运动；3 表示物体做匀减速直线运动
斜
v²-x 图线料率K=2a；上倾为正，下斜为负；陡缓示大小
截
在v²-x 图线中纵截距表示物体初速度平方；在x-v2图线中横载距表示物
体的初速度平方
面
图线与横轴所围图形面积无意义
x-v 图像
v-x 图像
识图步骤
1.根据v²-vo²=2ax 写出对应图线函数表达式；2.找初速度和加速度两个
主要物理量；
识图
五要素
点
两图线交点，说明两物体经过某段相同位移或在某一位置的速度相同
线
①②③表示物体做匀加速直线运动；④⑤表示物体做匀减速直线运动
斜
截
在v-x 图线中纵截距表示物体初速度；在x-v 图线中横截距表示物体的初
速度
面
图线与横轴所围图形面积无意义
图像
识图步骤
1.根据图像写函数表达式；2.根据表达式找初速度和加速度两个主要物
理量；
识
图
五要
素
点
两图线交点，说明两物体此时刻相遇
线
①②③表示物体做匀变速直线运动；④表示物体做匀速直线运动
斜
①②③斜率
;上倾为正，下斜为负；陡缓示大小。
截
③纵截距表示物体初速度；④图线b,表示匀速直线运动的速度
面
匀变速直线运动的图线与t 轴所围图形面积不表示物体某段时间发生的
位移
5
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a-x 图像
识图
五要素
点
两图线交点，说明两物体具有相同加速度
线
①表示物体做匀变速直线运动；②③④表示物体做非匀变速直线运动
斜
截
纵截距表示物体初加速度
面
图线与x 轴所围图形面积等于
二、整体法和隔离法处理连接体问题
1.常见的连接体
（1）物物叠放连接体：两物体通过弹力、摩擦力作用，具有相同的速度和加速度
速度、加速度相同
（2）轻绳连接体：轻绳在伸直状态下，两端的连接体沿绳方向的速度总是相等。
速度、加速度相同
速度、加速度大小相等，方向不同
（3）轻杆连接体：轻杆平动时，连接体具有相同的平动速度。
速度、加速度相同
（4）弹簧连接体：在弹簧发生形变的过程中，两端连接体的速度、加速度不一定相等；在弹
簧形变最大时，两端连接体的速度、加速度相等。
6
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2.整体法与隔离法处理连接体问题的思路
（1）整体法
当连接体内（即系统内）各物体的加速度相同时，可以把系统内的所有物体看成一个整体，
分析其受力和运动情况，运用牛顿第二定律对整体列方程求解的方法。
（2）隔离法
当求系统内物体间相互作用的内力时，常把某个物体从系统中隔离出来，分析其受力和运动
情况，再用牛顿第二定律对隔离出来的物体列方程求解的方法。
（3）处理连接体方法
①共速连接体，一般采用先整体后隔离的方法。如图所示，先用整体法得出合力F 与a 的关
系，F=（mA＋mB）a，再隔离单个物体（部分物体）研究F 内力与a 的关系，例如隔离B，F 内
力=mBa=
F
②关联速度连接体
分别对两物体受力分析，分别应用牛顿第二定律列出方程，联立方程求解。
（建议用时：40 分钟）
一、单选题
1．（2024·全国·模拟预测）2024 年2 月27 日，萝卜快跑全无人自动驾驶汽车驶过武汉杨泗港长江大桥，
完成了自动驾驶的“万里长江第一跨”，武汉成为全国首个实现智能网联汽车横跨长江贯通示范运营的城
市。现将萝卜快跑全无人自动驾驶汽车通过杨泗港长江大桥的过程简化为匀变速直线运动。汽车刚驶上主
桥面时车内乘客观察到车内速度表指示
，经历100s 汽车驶出主桥面时车内速度表指示
。
假设汽车可视为质点，则以下说法正确的是（ ）
A．全无人自动驾驶汽车在主桥面上行驶过程中的加速度大小为
B．全无人自动驾驶汽车驶上主桥面后第20s 末的速度大小为
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C．杨泗港长江大桥主桥面的长度为1750m
D．全无人自动驾驶汽车行驶至主桥面中点时速度大小为
2．（2024·广东肇庆·一模）港珠澳大桥海底隧道是世界上最长的公路沉管隧道，也是我国第一条外海沉管
隧道，全长
，隧道限速
，将沉管隧道简化为直线，
时刻，甲、乙两车同时由同一入口
进入隧道，之后在隧道中运动的速度随时间变化的关系如图所示。则经过多长时间乙车在隧道中追上甲车
（ ）
A．
B．
C．
D．
3．（2024·湖北黄冈·一模）2024 年6 月2 日，嫦娥六号成功着陆月球背面南极——艾特肯盆地。嫦娥六号
利用向下喷射气体产生的反作用力，有效地控制了探测器着陆过程中的运动状态。其中一段着陆过程中，
探测器减速的加速度大小a 随时间t 变化的关系如图所示，
时刻探测器的速度恰好为零。下列说法中正
确的是（ ）
A．
时间内，探测器做匀速直线运动
B．探测器在
时刻的速度大小是
时刻的4 倍
C．
时间内，探测器的位移大小为
D．气体对探测器的作用力大小在
时刻是
时刻的两倍
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4．（2024·安徽·模拟预测）下列四个图中是四个物体的a − t 图像，初速度均为零，则哪个物体一段时间
后会回到出发点（ ）
A．
B．
C．
D．
5．（2024·安徽淮南·二模）随着地球资源的不断减少，人们在宇宙中开始寻找适合人类居住的星球，假设
某一天人们寻找到一颗宜居星球，把地球上周期为
的摆钟移到该星球上其周期变为
（设摆钟的摆长不
变）。若已知地球与该星球的半径之比为
，地球的第一宇宙速度为。下列说法中正确的是（ ）
A．若使摆钟的周期仍为
，需使摆长减小
B．在该星球发射卫星所需的最小速度为
C．若在地球和星球上，以同样的速度竖直上抛一物体，则物体上升的最大高度之比为
D．若在距地球和星球表面附近相同的高度，以同样大小的速度水平抛出一物体，则物体的水平射程之
比为
6．（2024·四川达州·一模）中国劳动人民充满无穷的智慧，用两根竹竿轻松解决了对不同大小水果的分拣
工作。如图，
端略高于
端，
间的宽度小于
间的宽度，
与
与
与
间的间距相等。水果从
与
区域掉下为小果，
与
区域掉下为中果，
与
区域掉下为大
果。一大果从
端静止开始下滑的过程中（ ）
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A．对杆AD 和杆
的摩擦力逐渐增大
B．对杆AD 和杆
的压力逐渐减小
C．加速度越来越大
D．
到
与
到
的时间之比为
7．（2024·辽宁·一模）某同学原地竖直起跳进行摸高测试，从离地到上升到最高点所用时间为t，重心上
升的总高度为H。若不计空气阻力，下列说法正确的是（ ）
A．该同学在上升第一个
与上升第三个
的过程中，克服重力做功之比为
B．该同学在上升第一个
与上升第三个
的过程中，克服重力做功之比为
C．该同学在上升第一个
与上升第三个
的过程中，重力的冲量之比为
D．该同学在上升第一个
与上升第三个
的过程中，重力的冲量之比为
8．（2024·山东·模拟预测）如图，光滑的水平地面左侧固定一竖直挡板，水平轻质弹簧左端固定在竖直挡
板上，右端与质量为
的物块
相连接，现将质量为
的物块
置于
的右侧，推动
使其缓慢向左移动
至
处（图中未画出），弹簧的弹性势能
，
为弹簧劲度系数，
为弹簧的形变量。物块
、
均可视为质点，弹簧始终在弹性限度内，现将
从
处由静止释放。下列说法正确的是（ ）
A．
、
分开之前，相同时间内，弹簧对
的冲量与
对
的冲量相同
B．
在整个运动过程中，在
点的加速度最大
C．
、
分开之后，
依然可以回到
点
D．
、
分开前，
的加速度随其位移均匀减小
9．（2024·河北保定·三模）如图所示，ABC 和CDE 两个光滑斜面体固定在水平面上，a、b 两个小球分别
从两个斜面的最高点A 和E 同时由静止释放，结果两个球同时到达C 点，已知斜面体ABC 的斜面长为
、
高为
，斜面体CDE 斜面长为
，高为
，不计小球大小，则下列关系正确的是（ ）
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A．
B．
C．
D．
10．（2024·四川达州·一模）如图所示，用不可伸长的轻绳连接物块P、Q 跨过轻质定滑轮，P 的质量为
m、Q 的质量为M，m < M，不计一切摩擦。现将P、Q 释放，在物块P 达到定滑轮前，甲图轻绳上的拉力
为F1，乙图轻绳上的拉力为F2，下列关于F1、F2大小关系正确的是（ ）
A．
B．
C．
D．
11．（2024·四川德阳·模拟预测）如图所示，将一个中间有孔的质量为m 的小木块套在粗糙横杆上，木块
两侧连接相同的轻弹簧，轻弹簧的另一端与箱子内壁连接，横杆两端固定在箱子上，箱子与横杆总质量为
M，现将整个装置放在光滑地面上，此时木块位于横杆中点，且两弹簧均处于自然长度，
时刻对箱子
施加水平向右的恒力F，在
时（
足够大），撤去F，该过程F 对箱子做功为W。已知木块与横杆之
间动摩擦因数为
，重力加速度大小为g，整个运动过程，弹簧的变化始终在弹性限度内，木块并未接触
箱子左右两侧，则下列说法一定正确的是（ ）
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A．
B．最终稳定时箱子速度大小为
C．若
，F 作用瞬间，箱子的加速度大小为
D．若
，F 作用瞬间，箱子的加速度大小为
12．（2024·河南·模拟预测）如图甲所示利用遥控飞机向某地运送物资，物资用细绳悬挂在飞机上。遥控
飞机从地面竖直上升，物资运动的
图像如图乙所示，其中细绳对物资拉力最大的阶段是（ ）
A．
B．
C．
D．
【答案】B
【知识点】牛顿运动定律与图像结合
【详解】由乙图可知，
阶段与
阶段，物资向上加速，加速度方向向上，故拉力大于重力，由于
阶段加速度更大，根据牛顿第二定律可知，
阶段的拉力大于
阶段的拉力，
物资加速
度方向向下，故拉力小于重力，细绳对物资拉力最大的阶段是
阶段。
故选B。
二、多选题
13．（2024·河北·模拟预测）科考队在非洲草原上拍摄到了狼沿直线追捕猎物的情景，用计算机模拟后得
到了狼运动速率的倒数
与位移x 的关系如图所示，已知狼从O 点运动到C 点与从C 点运动到D 点所用的
时间相等，则（ ）
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A．狼做加速度变化的减速运动
B．狼做加速度不变的减速运动
C．OC 与CD 的长度之比为1：（
-1）
D．OC 与CD 的长度之比为
：1
14．（2022·安徽淮北·一模）图甲所示，质量分别为
和
的两物体用轻弹簧连接置于光滑水平面，初
始时两物体被锁定，弹簧处于压缩状态。
时刻将B 物体解除锁定，
时刻解除A 物体的锁定，此
时B 物体的速度为
，AB 两物体运动的
图像如图乙所示，其中
和
分别表示
时间和
时
间内B 物体的
图像与坐标轴所围面积的大小，则下列说法正确的是（ ）
A．
B．
C．
时刻，弹簧伸长量最大
D．
时间内，弹簧对A 物体的冲量大小为
15．（2024·贵州贵阳·模拟预测）如图1，某男子举重运动员，训练由架上挺举质量为100 kg 的杠铃。挺
举过程中，杠铃竖直方向的速度随时间变化的关系图线如图2 所示（以竖直向上为速度正方向）。图中a
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至i 为挺举过程中的某些特定时刻。只考虑杠铃竖直方向的运动情况，重力加速度g 取10 m/s2。则下列有
关杠铃的说法正确的是（ ）
A．由零时刻到a 时刻过程，杠铃处于失重状态
B．由零时刻到a 时刻过程，杠铃的动能增加
C．由a 时刻到b 时刻过程，举重运动员挺举杠铃所施的平均作用力约为1500N
D．由e 时刻到g 时刻过程，杠铃的重力势能减少
16．（2024·重庆荣昌·模拟预测）如图所示，固定的L 形光滑细杆，一边水平，另一边竖直，两弹性小球
A，B 分别套在两细杆上，两球之间用轻质弹性绳连接，A，B 两小球的质量分别是M，m。现在用手将两
球沿杆向外拉，小球B 受到方向沿杆向下、大小为mg 的拉力作用，弹性绳在弹性限度内伸长，一段时间
后达到平衡状态，此时小球B 距竖直杆顶端的距离为H。某时刻由静止同时释放两小球，当竖直杆上的小
球B 恰好到达杆顶部时，水平杆上的小球A 的速度大小为v。重力加速度为g。下列说法正确的是（ ）
A．人手刚释放时，小球B 的加速度大小为g
B．小球B 到达杆顶端时，弹性绳的弹性势能可能为零
C．弹性绳最初的弹性势能可能为
D．弹性绳对两小球做的功一定相等
17．（2024·河南驻马店·二模）如图所示，轻弹簧竖直固定在水平桌面上，质量为
的木块放置在弹簧上
但不拴接，质量为
的铁块放置在木块上并通过跨过光滑定滑轮的轻质细线与质量为
的铁球连接，先
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用手托住铁球使细线恰好伸直但无张力，然后将铁球由静止释放。已知重力加速度为
，
，轻弹簧
劲度系数为
，弹簧始终处于弹性限度内，则（ ）
A．铁球释放瞬间其加速度大小为
B．铁块与木块分离之前细线的张力逐渐增大
C．铁块与木块分离时铁球的加速度大小为
D．从初始状态到铁块与木块分离时，木块的位移为
18．（2024·贵州·三模）如图甲所示，带电的物块P 固定在光滑绝缘水平面上，
时刻将另一带电物块
Q 从与物块P 距离为d 处由静止释放，物块Q 在
时间内的速度v 随时间t 变化的图像及
时刻和
时刻该图像的切线如图乙中所示，图乙中
和
为已知。若两物块均可视为点电荷，带电量的数值
相等，物块Q 的质量为m，静电力常量为k，两物块带电量始终不变。下列说法正确的是（ ）
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A．两物块带异号电荷
B．
时刻P、Q 相距2d
C．两物块的带电量为
D．
时间内P、Q 组成的系统减小的电势能为
19．（2024·海南·一模）用水平拉力使雪橇在平坦的雪地上由静止开始沿直线运动，雪橇运动后，所受拉
力
与其加速度
的关系图线如图所示，图中
和
均为已知量，重力加速度大小为
。下列说
法正确的是（ ）
A．雪橇一定做匀加速直线运动
B．雪橇的质量为
C．雪橇与雪地间的动摩擦因数为
D．拉力
时，雪橇的加速度大小为
三、解答题
20．（2024·四川达州·一模）如图甲所示，一成人乘雪橇（雪橇上安装有速度传感器）从雪坡A 点滑至B
点，接着沿水平雪地滑至C 点停下。从A 点开始计时，速度传感器记录了雪橇速度随时间变化规律如图乙
所示。已知雪坡AB 倾角
，重力加速度g 取
。求：
(1)A 点距水平雪地的高度h；
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(2)雪橇与雪坡AB、水平雪地BC 的摩擦因数
。
17
