一辆会翻跟头的跑车，藏着多少高中物理？——特斯拉 Roadster 2 物理透视与高考押题

先说结论，30 秒看完：这辆车能“飞”，用到的全是高中物理。往后喷气，车就往前冲，这是牛顿第三定律；往下喷气，车就离地，但喷气是要“花钱”的，算一算就知道它只能撑几秒，这是动量定理。你会算 F = ma，就已经能判断马斯克说的“飞行汽车”到底是不是真的。

1先看热闹

一张图看懂这辆车身上的每一个力，不用公式。

2再猜一猜

四个名场面，每个场面一道凭直觉就能选的小问题，点一下马上揭晓。

3最后动笔

每个悬念都是押题大题里的一问。猜对了，就差把它算出来。

①先看：这辆车身上有哪些力？

普通汽车想加速，只能靠轮胎“蹬”地面。Roadster 2 多了两样东西：一是往后喷气的推进器，二是把车“吸”在地面上的风扇。

重力：永远竖直向下支持力：地面托住车摩擦力：普通车唯一的“加速来源” 喷气推力：把气往后推，气把车往前推（牛顿第三定律）吸风扇：抽走车底空气，大气把车压向地面

一句话看懂：普通车加速，力来自地面；Roadster 2 加速，还有一份力来自它自己喷出去的空气。“人推墙，墙推人”，喷气就是车在推空气，空气反过来推车。火箭也是这个道理。

②四个名场面，四个小问题

先别算，凭感觉选一个。答案揭晓后，会告诉你它对应押题大题的哪一问。

名场面 1 · 弹射起步

0.81 秒，从静止到 97 km/h

发布会现场实测。比战斗机在航母上弹射起飞还猛。

AI 示意图

这个加速度大约是重力加速度 g 的几倍？

约 3.4 倍。27 m/s ÷ 0.81 s ≈ 33 m/s²。可是轮胎和地面之间的摩擦，最多只能提供约 1.2g 的加速度，再使劲蹬就会打滑。多出来的 2g 从哪来？只能靠往后喷气。
→ 押题第 2 题第 (1)(2) 问：把这个推力算出来

名场面 2 · 倒挂开墙

车顶朝下，贴着弧形墙开到 170°

离地约 21 m，车身几乎完全倒过来，车却没有掉下来。

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车倒挂时没掉下来，主要原因是？

风扇把车“吸”在墙上。车底风扇把车和墙之间的空气抽走，车底气压变低，外面的大气压就把车压向墙面，跟吸盘是一个道理。特斯拉说这股吸力最大能到车重的 2 倍，比重力还大，所以车在理论上可以倒挂着停在天花板上。（当然，速度快也有帮助，就像“水流星”。）
→ 押题第 1 题（选择题）：竖直圆周运动 + 吸附力

名场面 3 · 空中翻越车队

喷气腾空，从一排车顶上翻过去

车队里还有特斯拉 Semi 重型卡车。离地约 7 m，全程约 3 秒。

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从起跳到落地，车在空中大约待了多久？

约 3 秒。整个过程分四段：先喷气把车往上推半秒，然后关掉，车像抛出去的篮球一样继续往上冲、再往下掉，最后半秒再喷气“刹车”，让车稳稳落地。按题中数据算，最高正好 7.5 m，总时间正好 3.0 s，和实拍很接近。
→ 押题第 2 题第 (3)(4) 问：分段算高度、算时间、算座椅压力

名场面 4 · 它算“飞行汽车”吗？

250 kg 压缩空气，能悬停多久？

马斯克在现场说：“原来未来真的有飞行汽车。”我们来验算一下。

AI 示意图

只靠这些气，车最多能在空中悬停多久？

不到 10 秒（约 7～8 s）。托住 2 吨的车需要 2 万牛的推力，喷气速度约 600 m/s，所以每秒要喷掉约 33 kg 空气，250 kg 几秒钟就用完了。所以它其实是能“跳”、不能“飞”。这也是物理的价值：一句宣传语，可以用一个公式去检验。
→ 押题第 2 题第 (5) 问：用数据评价“飞行汽车”

③动起来：腾空翻越全过程

按押题第 2 题的数据还原。橙色段在喷气，蓝色段只受重力。设水平速度为 10 m/s，竖直方向和水平方向的运动互不影响。

播放速度

0.00 s时间

0.0 m离地高度

0.0 m/s竖直速度（向上为正）

—竖直加速度

0 kg已喷出空气

④押题：动笔算一算

一道选择题热身，一道力学综合计算题（16 分，对标新高考卷计算题第 2 题的位置）。前面的悬念，这里一问一问兑现。

建议用法：先让学生独立做 25 分钟，再展开解析。顶部可切换“学生版”，切换后打印即为无答案试卷。

1．（多选题，6 分）

2026 年 10 月发布的特斯拉 Roadster 2 跑车，车底装有吸风扇。风扇抽走车底与路面之间的空气，使车受到一个垂直路面、指向路面的“吸附力”。发布会上，该车沿弧形墙面行驶，几乎倒挂着通过最高点。把墙面简化为竖直平面内半径为 R 的圆轨道，车在轨道内侧运动，可视为质点，质量为 M，在最高点的速度为 v，吸附力大小为 F_吸，重力加速度为 g。下列说法正确的是

A．若吸风扇关闭，车能通过最高点的最小速度为 √gR

B．若 F_吸 = 2Mg，理论上车在最高点即使速度为零也不会掉落

C．以相同速度通过最高点时，开启吸风扇后车对轨道的压力比关闭时小

D．车在最高点处于失重状态，所受重力比在地面上小

第 1 题答案与解析点击展开

答案：AB

思路：在最高点受力分析，列沿半径方向的牛顿第二定律。关键是分清每个力的方向：哪个指向圆心，哪个背离圆心。

车在最高点受三个力：重力 Mg（竖直向下，指向圆心）；轨道弹力 N（轨道在车的上方，弹力竖直向下，指向圆心）；吸附力 F_吸（指向轨道，即竖直向上，背离圆心）。合力提供向心力：

Mg + N − F_吸 = Mv²R牛顿第二定律

⇒ N = Mv²R + F_吸 − Mg

A 正确：F_吸 = 0 时，不脱轨要求 N ≥ 0，得 v ≥ √gR，就是课本上的“水流星”模型。

B 正确：F_吸 = 2Mg、v = 0 时，N = Mg > 0，轨道仍压着车，车不会掉。吸力比重力大，车就能“贴”在天花板上。

C 错误：由上式，开启吸风扇后 N 增大了 F_吸，车对轨道的压力变大。正因为压力大，最大静摩擦力 μN 也大，所以吸风扇能让车过弯、加速时抓地更牢。

D 错误：“失重”是指对支持物的压力（视重）发生变化，重力 Mg 本身不变。

易错点：①把吸附力方向画成指向圆心；②把“失重”理解成“重力变小”；③误以为吸风扇减小了压力（其实增大压力才是它的目的）。

原理补充：吸附力本质上是压强差产生的力，F = Δp·S。车重按 2 t 算，若车底有效面积约 4 m²，要得到 2 倍车重（4×10⁴ N）的吸力，只需车底比外面低 Δp = 1×10⁴ Pa，约为大气压的十分之一。

2．（16 分）

2026 年 10 月 15 日，特斯拉在美国得克萨斯州的火箭试验场发布了第二代 Roadster 跑车。该车装有压缩空气“冷气推进器”：将气瓶内的高压空气从喷口高速喷出，从而获得反冲推力。某同学查阅资料后建立如下简化模型：

整车（含气体）质量 M = 2.0×10³ kg；喷出气体相对地面的速度大小 u = 600 m/s，喷出前气体的速度可忽略；喷气过程中整车质量的变化可忽略；不计空气阻力；g 取 10 m/s²。

(1) 起步测试中，车在平直路面上由静止开始做匀加速直线运动，经 t₁ = 0.90 s 速度达到 v₁ = 27 m/s。已知轮胎与路面间的最大静摩擦力为车重的 1.2 倍（吸风扇未开启）。求车的加速度大小，通过计算说明仅靠轮胎能否实现这次起步，并求尾部推进器提供的水平推力至少多大。
(2) 求第 (1) 问中，尾部推进器每秒至少需要喷出多少千克气体。
(3) 腾空测试中，车在水平路面上行驶时，底部推进器开始竖直向下喷气，使车获得竖直向上、大小 F = 6.0×10⁴ N 的推力，持续 t₂ = 0.50 s 后关闭。求车离地的最大高度 H，以及从开始喷气到最高点所用的时间。
(4) 车从最高点下落，到达某一高度时推进器再次开启，竖直推力仍为 F = 6.0×10⁴ N，车恰好以零竖直速度着地。
① 求推进器再次开启时车离地的高度 h；
② 若车内有质量 m = 60 kg 的乘员，求减速阶段座椅对乘员的作用力大小，它是乘员重力的几倍？
(5) 车上气瓶共储存约 250 kg 压缩空气。有同学认为：“只要让推力等于重力，这辆车就能一直悬停在空中，它就是真正的飞行汽车。”请估算这些气体最多能让车悬停多长时间，并对该同学的说法作简要评价。

第 2 题答案与解析分步给分 · 共 16 分

(1) 起步：轮胎够不够？3 分

思路：先由运动学求 a，再由牛顿第二定律求需要的合力，和轮胎能给的最大摩擦力比较；差额就是推进器要补的力。

a = v₁t₁ = 270.90 m/s² = 30 m/s²匀变速 v = at · 1 分

需要的合力 F_合 = Ma = 2.0×10³×30 N = 6.0×10⁴ N

轮胎最大摩擦力 f_m = 1.2Mg = 2.4×10⁴ N < 6.0×10⁴ N，仅靠轮胎不能实现比较 · 1 分

F_推 + f_m = Ma ⇒ F_推 = 6.0×10⁴ N − 2.4×10⁴ N = 3.6×10⁴ N牛顿第二定律 · 1 分

物理意义：轮胎最多只能“蹬”出 1.2g，这辆车要 3g。地面给不了的力，就只能靠喷气反冲。这就是它敢说比火箭起步还快的底气。

易错点：题问“至少”，所以摩擦力要取最大值；摩擦力越大，需要的推力越小。

(2) 推力从哪来：每秒喷多少气？3 分

思路：这是“流体类”问题，常用微元法 + 动量定理。研究对象不是车，而是一小段时间 Δt 内被喷出去的那一小团气体 Δm。

设 Δt 时间内喷出气体质量为 Δm，车对这团气体的作用力为 F′。对气体用动量定理（喷出前速度近似为零）：

F′·Δt = Δm·u − 0动量定理 · 1 分

由牛顿第三定律，气体对车的推力 F_推 = F′牛顿第三定律 · 1 分

⇒ ΔmΔt = F_推u = 3.6×10⁴600 kg/s = 60 kg/s1 分

一个好记的结论：推力 = 每秒喷出的质量 × 喷出速度（F = q_mu）。火箭、喷气式飞机、水枪、消防水龙头的反冲，用的都是这一个式子。

易错点：①直接对“车”用动量定理，却找不到对应的冲量；②忘了写“牛顿第三定律”这一步。阅卷时这一步通常单独给分。

(3) 腾空：能跳多高？4 分

思路：多过程问题，按“受力是否改变”分段。第一段：推力 + 重力，匀加速上升；第二段：只受重力，竖直上抛减速到最高点。

第一段（喷气 0.50 s）：

a₂ = F − MgM = 6.0×10⁴ − 2.0×10⁴2.0×10³ m/s² = 20 m/s²（向上）1 分

关闭时 v_y = a₂t₂ = 10 m/s， h₁ = 12a₂t₂² = 2.5 m1 分

第二段（只受重力，竖直上抛）：

h₂ = v_y²2g = 5.0 m， t₃ = v_yg = 1.0 s1 分

H = h₁ + h₂ = 7.5 m，用时 t₂ + t₃ = 1.5 s1 分

另一种思路（能量观点）：对全程 0→最高点用动能定理，F·h₁ − MgH = 0，得 H = FMgh₁ = 3×2.5 m = 7.5 m，一步到位。2025 年全国卷评析特别提到，引导学生“选择解决问题的角度”。

易错点：把推力关闭时的高度 2.5 m 当成最大高度。关掉推力后车还有向上的速度，会继续上升。

(4) 着陆：什么时候“踩刹车”？座椅压人多狠？4 分

思路：先自由落体，再以加速度 a₂ 匀减速到零。两段在“开启推力那一刻”共用同一个速度 v，用速度–位移关系把两段连起来。

① 推力仍为 6.0×10⁴ N，减速段加速度大小同样是 a₂ = 20 m/s²（方向向上）。设开启时速度为 v：

自由落体段：v² = 2g(H − h)；减速段：v² = 2a₂h1 分

⇒ h = gg + a₂H = 1030×7.5 m = 2.5 m（此时 v = 10 m/s）1 分

② 对乘员，减速阶段加速度向上、大小 a₂：

N − mg = ma₂ ⇒ N = m(g + a₂) = 60×30 N = 1.8×10³ N1 分

Nmg = 3 倍（超重）1 分

和现实对照：发布会公布的着陆过载约 3.3g，和这里的“3 倍”是同一个量级。过载太大人会受伤，所以真实发布会上车里没有坐人。马斯克的说法是“为了确保不出人命”。

用 v–t 图像把全程看一遍（以向上为正）：

图像告诉你三件事：①斜率就是加速度，喷气段更陡；②上下两块面积相等，车回到地面；③总时间正好 0.5 + 1.0 + 1.0 + 0.5 = 3.0 s，和发布会实拍“约 3 秒”吻合。2026 年全国卷压轴题就用图像来考，目的就是减少“机械刷题”。

(5) 评价：它算“飞行汽车”吗？2 分

思路：悬停时推力等于重力，用第 (2) 问的结论 F = q_mu 求每秒耗气量，再算 250 kg 能撑多久。这是一道估算 + 模型评价题，没有标准句子，有数据、有结论就给分。

q_m = Mgu = 2.0×10⁴600 kg/s ≈ 33 kg/s， t = 25033 s ≈ 7.5 s1 分

评价（言之有理即可得 1 分）：气体只够悬停约 7～8 s，量级是“几秒”，不可能“一直悬停”。这位同学的说法不成立。Roadster 2 的推进器只能让车短暂地“跳”起来、调整姿态，不能像飞机那样持续飞行。（补充：气瓶压力会随放气逐渐降低，喷速随之下降，实际悬停时间会更短；随着气体喷出，车变轻，所需推力减小，又会使悬停时间略长。两者都不改变“只有几秒”这个结论。）

这一问考的是命题组常说的“科学态度与责任”：对宣传说法不盲从，用证据和计算去检验。

评分汇总

小问	得分点	分值	核心规律
(1)	求 a；比较摩擦力；求推力	3	匀变速直线运动、牛顿第二定律、最大静摩擦力
(2)	动量定理；牛顿第三定律；求每秒喷气质量	3	动量定理（流体微元模型）
(3)	a₂；h₁ 与 v；上抛高度；H 与时间	4	牛顿第二定律、竖直上抛、多过程分段
(4)	两段速度–位移关系；求 h；座椅作用力；倍数	4	自由落体、匀减速、超重
(5)	估算时间；评价	2	估算、模型评价

⑤为什么这样押：对照近两年命题规律

下表左边是教育部教育考试院对 2025、2026 年全国卷物理的官方评析原话，右边是本题对应的设计。

官方评析说了什么	本题怎么落实
“深化综合性、应用性考查，紧密联系生产生活实际” 2026 全国卷评析	情境取自 2026-10-15 刚发布的真实产品，数据尽量贴近发布会实况（0-60 mph 用时、腾空约 3 s、着陆约 3.3g、250 kg 气体）。
“考查学生的模型建构和推理论证等能力，引导学生逐步从‘解题’转到‘解决问题’” 2026 全国卷评析	题干只给“喷气获得推力”的现象，学生要自己选研究对象（喷出的气体），建立“微元 + 动量定理”模型。
用“力与速度”图像命题，“减少盲目的‘机械刷题’” 2026 全国卷第 25 题评析	解析用 v–t 图像串起四段运动，面积对应位移，斜率对应加速度。
“在多个变量不确定的情况下进行定性分析……抓住主要矛盾” 2026 全国卷第 21 题评析	第 (5) 问是开放式估算：忽略次要因素（质量变化、压力下降）先求量级，再讨论修正方向。
第 25 题用能量观点比用运动学更简单，引导“选择解决问题的角度”；“破除惯性思维” 2025 全国卷评析	第 (3) 问既能分段用运动学，也能用动能定理一步求出 H；第 (1) 问的结论“仅靠轮胎不行”，打破“汽车加速只靠摩擦力”的惯性思维。
科技前沿情境：CR450 动车组、“天都一号”卫星等，“理解物理学基本原理在科技前沿中的重要作用” 2025 全国卷评析	同属科技情境。查到的近两年真题里，暂未见“飞行汽车 / 冷气推进”直接入题，属于新情境，押题价值在于考生没见过。

新高考卷物理结构速览（多数省份）

题型	题量 × 分值	与本题的关系
单选题	7 题 × 4 分	—
多选题	3 题 × 5～6 分	第 1 题按此设计
实验题	2 题，约 15～16 分	—
计算题	3 题，约 38～42 分：热学或光学、力学综合、电磁感应 / 动量压轴	第 2 题按“力学综合”设计，16 分

注：各省结构略有差异，以本省当年考试说明为准。比如江苏 2026 年为单选 11 题 + 非选择题 5 题，没有多选；山东、北京、浙江、海南考试时长 90 分钟。

本套题覆盖的高中考点

考点	教材位置	出现在	近年热度
匀变速直线运动规律、v–t 图像	必修一	2(1)(3)(4)	高频
牛顿第二、第三定律；超重与失重	必修一	1、2(1)(2)(4)	高频
竖直面圆周运动（“水流星”临界）	必修二	1	高频
动能定理（一题多解）	必修二	2(3)	高频
动量定理：流体 / 微元模型	选择性必修一	2(2)(5)	中频，2025 北京卷第 20 题考过同类模型（机翼升力）
反冲运动（火箭原理）	选择性必修一	2(2)、拓展	近两年少见，适合押冷门
估算与模型评价	科学思维素养	2(5)	评析反复强调

⑥学有余力：再往前想一步

为什么直升机用大螺旋桨，不用高速喷气？

每秒把质量 q_m 的气体加速到 u，推力 F = q_mu，每秒给气体的动能（即功率）是：

P = 12q_mu² = 12Fu

推力 F 一样时，喷速 u 越大，越费能量。Roadster 2 悬停时 F = 2×10⁴ N、u = 600 m/s，P = 6×10⁶ W = 6 MW，是它整车电机功率（约 1 MW）的 6 倍。直升机的做法相反：大旋翼把大量空气慢慢往下推（u 约十几 m/s），同样的推力，功率只要几百千瓦。这就是“飞行汽车”大多长着旋翼（eVTOL）的原因。

（这里只是理想估算。冷气推进的能量来自充气时预先压进气瓶的能量，不是电池现场供给；但量级对比的结论不变。）

如果考虑车越喷越轻呢？（大学物理预告）

悬停时每一刻都要满足 q_mu = m(t)g，车越轻，耗气越慢。解微分方程可得 t = uglnM₀M_末 = 60×ln20001750 s ≈ 8.0 s，只比第 (5) 问的 7.5 s 多一点。这也说明了题目里“质量变化可忽略”这个近似是合理的。这个式子是著名的齐奥尔科夫斯基火箭方程的“悬停版”。

i资料来源与数据口径

口径说明：特斯拉没有公布整车质量和喷气速度。题中的 M = 2.0 t、u = 600 m/s 都是为了教学而做的合理设定：空气冷气推进的理想喷速约 700 m/s，媒体对整车质量的估计在 1.8～2.4 t。题中 0.90 s 取的是 Thrust 版官方宣称的“0-60 mph 不到 0.9 s”；发布会现场实测为 0.81 s。“10 个喷口、约 250 kg 气体、推力超过 80 kN、腾空约 7 m / 3 s、着陆约 3.3g”来自发布会现场说法和媒体报道，不是官方规格表数据。

发布会报道

命题规律