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2026-2027学年高中物理鲁科版必修一课时作业 5.3 牛顿第二运动定律
一、单选题
1．如图所示为跳水运动员（可视为质点）训练时的速度随时间的变化图像，以运动员向上起跳刚好离开跳板时为0时刻，图中均为已知，运动轨迹视为竖直的直线，运动员在空中运动时所受空气阻力大小不变。则能通过已知条件求出的物理量是( )
A.运动员所受空气阻力的大小 B.当地重力加速度
C.运动员的质量 D.水对运动员的作用力大小
2．如图所示，正方形框ABCD竖直放置，两个完全相同的小球P、Q分别穿在方框的BC、CD边上，当方框绕AD轴匀速转动时，两球均恰与方框保持相对静止且位于BC、CD边的中点，已知两球与方框之间的动摩擦因数相同，最大静摩擦力等于滑动摩擦力，则两球与方框间的动摩擦因数为( )
A. B. C. D.
3．如图，质量分别为、、、m的四个小球A、B、C、D，通过细线或轻弹簧互相连接，悬挂于O点，处于静止状态，重力加速度为g。若将B、C间的细线剪断，则剪断瞬间B和C的加速度大小分别为( )
A.g， B.2g， C.2g， D.g，
4．如图所示，质量分别为m和M的两物块用轻杆通过铰链连接起来，放置在水平面上，给M施加水平恒力F，使二者一起沿水平面做匀加速直线运动。已知两物块与水平面间的动摩擦因数μ均为，轻杆与水平方向间的夹角为37°，，重力加速度为，则下列说法正确的是( )
A.轻杆的拉力大小为
B.轻杆的拉力大小为
C.拉力F的最大值为
D.若水平面光滑，轻杆的拉力大小为
5．工人在河堤的硬质坡面上固定一垂直坡面的挡板，向坡底运送长方体建筑材料。如图所示，坡面与水平面夹角为θ，交线为PN，坡面内QN与PN垂直，挡板平面与坡面的交线为。若建筑材料与坡面、挡板间的动摩擦因数均为μ，重力加速度大小为g，则建筑材料沿MN向下匀加速滑行的加速度大小为( )
A.
B.
C.
D.
6．某鱼漂的示意图如图所示O、M、N为鱼漂上的三个点。当鱼漂静止时，水面恰好过点O。用手将鱼漂向下压，使点M到达水面，松手后，鱼漂会上下运动，上升到最高处时，点N到达水面。不考虑阻力的影响，下列说法正确的是( )
A.鱼漂的运动是简谐运动
B.点O过水面时，鱼漂的加速度最大
C.点M到达水面时，鱼漂具有向下的加速度
D.鱼漂由上往下运动时，速度越来越大
7．如图所示，倾角为的光滑斜面固定在水平地面上，一轻质弹簧下端固定在斜面底端挡板上，上端与质量为1kg的小滑块A相连，A上叠放另一个质量为2kg的小滑块B，弹簧的劲度系数为，初始时系统处于静止状态。现用沿斜面向上的拉力F作用在滑块B上，使B开始沿斜面向上做加速度大小为的匀加速直线运动。重力加速度大小为，不计空气阻力。从开始运动到A、B分离瞬间，拉力F做功为( )
A.1.76J B.1.6J C.1.4J D.1.12J
8．如图所示，两个完全相同的小车质量为M，放在光滑的水平面上，小车横梁上用细线各悬挂一质量为的小球，若分别施加水平恒力，整个装置分别以加速度做匀加速运动，但两条细线与竖直方向夹角均为α，则下列判断正确的是（ ）
A.两细线的拉力大小不相同
B.地面对两个小车的支持力相同
C.水平恒力
D.两个小车的加速度
9．如图所示，跨过光滑定滑轮的绳子总长度为，单位长度的质量为，由于绳子左右长度不等，由静止释放后，右侧绳子向下、左侧绳子向上加速运动。忽略绳子粗细和滑轮大小的影响，重力加速度为g，释放后，当右侧绳子比左侧绳子长时，绳子最高点处的张力大小为( )
A. B. C. D.
10．比冲是为了衡量火箭引擎燃料利用效率引入的一个物理量，英文缩写为，是推进剂产生的冲量与其质量的比值，比冲这个物理量的国际单位是( )
A.kg·m/s B.m/s C. D.N·s
11．如图所示，用两根等长的细线将小球悬挂在水平天花板上，小球处于静止状态，细线与水平方向的夹角为，细线的拉力大小为；剪断其中一根细线的瞬间，另一根细线的拉力大小为，且，则的大小是( )
A. B. C. D.
12．近年来我国的航天事业取得了举世瞩目的成就。如图所示是航天员聂海胜在空间站完全失重状态下用质量测量仪测定质量的情景：一个支架形状的质量测量仪固定在舱壁上，测量时，聂海胜把自己固定在支架的一端，王亚平将支架打开到指定位置，松手后支架拉着聂海胜从静止返回舱壁，此过程支架产生恒定拉力F，用光栅测速装置测得支架复位时的速度v和复位经历的时间t，则聂海胜的质量为( )
A. B. C. D.
二、多选题
13．独竹漂是我国一项民间技艺。如图，在平静的湖面上，独竹漂选手手持划杆踩着楠竹，沿直线减速滑行，选手和楠竹相对静止，则( )
A.选手所受合力为零
B.楠竹受到选手作用力的方向一定竖直向下
C.手持划杆可使选手（含划杆）的重心下移，更易保持平衡
D.选手受到楠竹作用力的方向与选手（含划杆）的重心在同一竖直平面
14．滑雪时运动员受到的空气阻力大小满足，其中k正比于迎风面积（即垂直于运动方向上的投影面积）。已知以相同姿势滑雪时，迎风面积与身高的二次方成正比，运动员的质量与身高的三次方成正比，雪橇与雪面间的动摩擦因数恒定。当运动员沿一定倾角的赛道下滑时，运动员的( )
A.速度越大，加速度越大 B.速度越大，加速度越小
C.质量越大，加速度越大 D.质量越大，加速度越小
15．起重机将一重物由静止竖直提起。传感器测得此过程中不同时刻重物的速度v与对轻绳的拉力F，得到如图所示的关系图线，线段与v轴平行，线段的延长线过坐标原点。重物速度增加到时开始做匀速运动。图中、、、都是已知量，重力加速度为g，不计阻力。则( )
A.重物的质量是
B.重物的质量是
C.重物在段做匀加速运动
D.重物在段运动时间是
16．商场、超市为了方便顾客上下楼，都会安装自动扶梯。自动扶梯可以分为两类，一类无台阶，如图1，甲扶梯与地面倾角为；另一类有台阶，如图2，乙扶梯与地面倾角也为。质量相等的A、B两顾客分别站上甲、乙两扶梯，各自随扶梯一起从静止开始向上做加速度大小相等的匀加速直线运动，则加速运动过程中( )
A.A所受支持力小于B所受支持力 B.A所受摩擦力大于B所受摩擦力
C. A、B所受摩擦力都沿斜面向上 D.扶梯对顾客的作用力相同
三、实验题
17．小明根据生活经验和“树大招风”等成语的提示，猜测在低风速的情况下，空气阻力的大小可能与物体在空气中运动的速率、物体的大小和物体的形状有关，他想设计实验研究物体所受空气阻力的大小跟速率的定量关系。实验思路如下：
(1)由于空气阻力的大小还可能与物体的大小和形状有关，因此在研究此问题时必须对其他的条件做出限定，即保持物体的大小和形状等其他条件相同，这种常用的物理方法叫____________（填选项标号）。
A.理想实验法 B.控制变量法 C.等效替代法
(2)小明以气球为研究对象，保持气球体积不变，探究气球在空气中运动时受到的空气阻力的大小与气球的速率的定量关系。在气球下端用硬质细铁丝悬挂________________（选填“体积很小”或“体积很大”）的重物，让气球从空中竖直下落（实验过程中不计水平方向的风力），随着气球下落的速率增大，气球受到的空气阻力也增大，气球做加速度________________（选填“增大”或“减小”）的________________（选填“减速”或“加速”）运动，当空气阻力的大小增大到与气球、细铁丝和重物的总重力的大小相等时，气球开始做匀速直线运动。
(3)测出气球、细铁丝和重物的总重力G和气球匀速的速度v。改变重物质量，重复实验，得到不同的G和v的数据，如下面表格所示。设气球开始做匀速直线运动的空气阻力为，根据下面表格中的数据在给出的－坐标系中用描点法描绘出和v的函数图像________________。
次数 1 2 3 4 5 6
气球、细铁丝和重物的总重力 4.5 5.5 6.5 7.5 8.5 9.5
气球匀速的速度 13.6 16.3 19.8 23.8 26.6 28.8
由此可得出结论________________。
18．某同学设计了一个加速度测量仪，用来测量地铁做水平直线运动时的加速度。一段不可伸长的轻质细线一端连接小球，另一端悬挂于车厢顶部O点，如图所示。当地铁静止时，细线沿竖直方向；当地铁加速或减速运动时，细线偏离竖直方向。当小球与地铁保持相对静止时，根据细线与竖直方向的夹角，可得到地铁的加速度。将不同角度对应的加速度标注在刻度盘上，就可用此装置直接测量地铁的加速度。重力加速度为g。
(1)在一段时间内，细线偏离竖直方向的角度为。
①在图1中画出小球的受力示意图；
②求此时地铁加速度a的大小和方向。
(2)规定水平向左为正方向，若图2中A处对应的加速度记为。
①处标记的加速度应为________________；
②有同学认为B处应标记“”。你认为该同学的说法是否正确并说明理由。（可能用到：，）
四、计算题
19．如图所示，夹角为θ的光滑绝缘斜面固定在水平面上，AB长度为L，空间存在沿斜面向上的匀强电场，一个质量为m，电荷量为q带正电的物块，静止在斜面最高点A点，重力加速度取g。求：
(1)匀强电场的电场强度E；
(2)若匀强电场方向突变为沿斜面向下，物块下滑到B点时重力的瞬时功率P。
20．雪地转椅是一种游乐项目，其中心传动装置带动转椅在雪地上滑动。如图甲、乙所示，传动装置有一高度可调、半径的水平圆盘，可绕通过中心O点的竖直轴匀速转动。圆盘边缘A处固定连接一轻绳，轻绳另一端B连接质量的转椅（视为质点）。转椅运动稳定后，其角速度与圆盘角速度相等。已知转椅与雪地间的动摩擦因数，不计空气阻力。
(1)在图甲中，圆盘匀速转动，转椅运动稳定后在水平面内做匀速圆周运动，已知绳长，轻绳AB与竖直方向的夹角。求转椅做匀速圆周运动的半径，及角速度；
(2)将圆盘降低至雪地上，改变绳长，如图乙所示，圆盘在水平雪地上以角速度匀速转动，转椅运动稳定后在水平雪地上绕O点做半径的匀速圆周运动。求转椅所需的向心力大小，及AB与OB之间夹角β的正切值；
21．如图所示，质量为46.0kg的雪橇（包括人）在与水平方向成37°角向上的拉力F作用下，沿水平面以6m/s的速度匀速运动，雪橇与地面间动摩擦因数为0.20；取，。求：
（1）拉力F的大小；
（2）撤去拉力F后，雪橇还可以继续滑行多远？
参考答案
1．答案：B
解析：ABC.根据牛顿第二定律结合图像可知，运动员起跳上升阶段的加速度
下降阶段的加速度
由上述表达式可求解g和，不能求解f和m的值，选项B正确，AC错误；
D.入水后的加速度
因人的质量不能求解，则不能求解水对运动员的作用力大小，D错误。
故选B。
2．答案：B
解析：对P球，根据牛顿第二定律可得
对Q球，根据牛顿第二定律可得
联立解得
故选B。
3．答案：A
解析：剪断前，对BCD分析对D
剪断后，对B
解得方向竖直向上；对C
解得方向竖直向下。故选A。
4．答案：B
解析：对两物块整体分析，由牛顿第二定律可得，设轻杆的拉力大小为，对质量为m的物块由牛顿第二定律得，解得，A错误，B正确；轻杆的拉力最大时，，即，则拉力F的最大值为，C错误；若水平面光滑，则，解得轻杆的拉力大小为，D错误。
5．答案：B
解析：对建筑材料受力分析如图所示，由图1可知河堤对建筑材料的支持力，由图2可知挡板对建筑材料的支持力，所以对建筑材料由牛顿第二定律有，解得建筑材料的加速度大小，B正确。
6．答案：A
解析：A.鱼漂在水中受到了浮力的作用，由阿基米德浮力定律可知，浮力的大小与鱼漂进入水面的深度成正比，鱼漂所受的重力为恒力，以静止时O点所处位置为坐标原点，则合力的大小与鱼漂的位移大小成正比，方向总是与位移方向相反，所以鱼漂做简谐运动，故A正确；
B.点O过水面时，鱼漂到达了平衡位置，所受合力为零，加速度最小，故B错误；
C.点M到达水面时，鱼漂达到了向下的最大位移，所受合力方向向上，所以具有向上的加速度，故C错误；
D.由简谐运动的特点可知，鱼漂由上往下运动时，速度越来越大，达到最大后则开始减小，故D错误。
故选A。
7．答案：B
解析：初始时系统处于静止状态，设此时弹簧压缩量为，对小滑块A和B组成的系统，根据胡克定律和平衡条件得
解得弹簧压缩量
小滑块A、B分离瞬间，两者之间的弹力恰好为零，且有相同的加速度a，设此时弹簧的压缩量为，则对小滑块A由牛顿第二定律得
解得
在小滑块A、B分离之前，设A、B的位移为x，对A、B整体，根据胡克定律和牛顿第二定律有
解得
则拉力做功
将各量代入上式可解得
故B正确。
故选B。
8．答案：B
解析：先对右图中情况下的整体受力分析，受重力、支持力和拉力，根据牛顿第二定律，有
再对右图中情况下的小球受力分析，如图
根据牛顿第二定律，有
由以上三式可解得
再对左图中小球受力分析，如图
由几何关系得
则
因为，则
拉力
对整体分析
则
在竖直方向上有
所以
故B正确，ACD错误.
故选B.
9．答案：C
解析：当右侧绳子比左侧绳子长时，可知此时右侧绳子长度为，左侧绳子长度为，设绳子最高点处的张力大小为T，以右侧绳子为对象，根据牛顿第二定律可得
以左侧绳子为对象，根据牛顿第二定律可得
联立解得
故选C。
10．答案：B
解析：根据题干定义，比冲的表达式为
冲量的国际单位是，质量的国际单位是，因此比冲的国际单位为
故选B。
11．答案：A
解析：设小球的质量为m，剪断细线前，根据平衡条件可得
剪断细线的瞬间，小球的加速度与另一根细线方向垂直，沿细线方向有
又
联立可得
故选A。
12．答案：C
解析：对聂海胜受力分析，由牛顿第二定律可得
聂海胜做静止开始的匀加速直线运动，由公式
联立，可得
故选C。
13．答案：CD
解析：选手沿直线减速滑行，其所受合外力与运动方向相反，大小不为零，A错误；由于楠竹和选手相对静止，对选手（含划杆）受力分析可知，其受到楠竹的静摩擦力和支持力，则由平行四边形定则与牛顿第三定律可知楠竹受到选手作用力的方向不是竖直向下，B错误；手持划杆使选手（含划杆）的重心下移，更易保持平衡，C正确；对选手受力分析，其水平方向受到楠竹的摩擦力，竖直方向受到重力和楠竹的支持力，竖直方向受力平衡，则选手受到楠竹作用力的方向与选手（含划杆）的重心在同一竖直平面，D正确。
14．答案：BC
解析：AB.令a为常数，空气阻力大小满足，
令b为常数，则运动员的质量
根据牛顿第二定律有
解得
可知，速度越大，加速度越小，故A错误，B正确；
CD.结合上述可知，质量越大，h越大，加速度越大，故C正确，D错误。
故选BC。
15．答案：BD
解析：A B.根据题意可知，速度增加到，物体开始做匀速运动，则有
解得重物的质量为
故A错误，B正确；
C.从过程，增大，拉力F减小，根据牛顿第二定律可知
得
重物的加速度逐渐减小，则重物在段做变加速运动，故C错误；
D.重物在段，不变，拉力F不变，由牛顿第二定律得
重物的加速度
重物做匀加速度直线运动，重物在段运动时间是
故D正确。
故选BD。
16．答案：ABD
解析：AB.顾客A所受支持力垂直扶梯向上，与运动方向垂直，所受摩擦力与运动方向相同，有，
顾客B受力分析如图
因随扶梯做从静止开始向上的匀加速直线运动，则B所受合力为ma，方向与运动方向相同，则有，
可得，，可知A所受支持力小于B所受支持力，A所受摩擦力大于B所受摩擦力，故AB正确；
C.顾客A受摩擦力沿斜面向上，顾客B受摩擦力平行于支持面，故C错误；
D.顾客的合力相同，质量相同，可知重力相同，可知扶梯对顾客的作用力相同，故D正确。
故选ABD。
17．答案：(1)B
(2)体积很小；减小；加速
(3)
在一定条件下，气球所受空气阻力的大小跟它运动的速率成正比
解析：（1）控制变量法是指在研究多因素问题时，通过人为控制某些变量不变，只改变其中一个变量，从而研究该变量对实验结果的影响，是物理学常用的科学研究方法。
故选B。
（2）体积小的重物受到的阻力小，根据可知，气球下落过程中先做加速度减小的加速运动，直到受到的空气阻力大小等于气球、细铁丝和重物的总重力的大小。
（3）描点作图，如图所示。实验中选择了气球，并且控制大小、形状等因素不变，结合图像可得结论，在一定条件下，气球所受空气阻力的大小跟它运动的速率成正比。
18．答案：(1)①；②，方向水平向左
(2)①；②不正确，理由见解析
解析：（1）①小球受重力、绳的拉力，如图
②设小球的质量为m，细线的拉力为，沿水平方向和竖直方向建立直角坐标系，分解拉力并列方程
水平方向
竖直方向
解得，方向水平向左
（2）①根据对称性可知，处标记的加速度与A处加速度等大反向，所以应标记为
②根据（1）的推导结果可知，加速度与成正比，与夹角不成正比，因此在B处不应标注。
19．答案：(1)
(2)
解析：（1）物块静止在斜面最高点A点，根据平衡条件有可得电场强度
（2）受力分析如图所示
根据牛顿第二定律有
解得加速度为
物块下滑到B点时有
重力的瞬时功率为
20．答案：(1)，
(2)，
解析：（1）由几何关系得
解得
对转椅进行受力分析，由牛顿第二定律可得
解得
（2）转椅所需的向心力大小为
解得
对转椅进行受力分析，有
解得
21．答案：（1）100N；（2）9m
解析：
（1）如图所示，由题知在F作用下做匀速运动，对雪橇受力分析并进行正交分解
水平方向
竖直方向
代入得
（2）当撤去力F雪橇在摩擦力作用下做匀减速运动，对雪橇，由牛顿第二定律得
由运动学公式得
代入得
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