第三章 培育·学科素养(三)-【导与练】2022高考物理一轮总复习教师用书word（教科版）

培育·学科素养(三) 1.引体向上与超、失重问题 引体向上,有时候简称引体,指依靠自身力量克服自身体重向上做功的垂吊练习。主要测试上肢肌肉力量的发展水平,以及臂力和腰腹力量,在完成一个完整的引体向上的过程中需要众多背部骨骼肌和上肢骨骼肌的共同参与做功,是一项多关节复合动作练习,是较好的锻炼上肢的方法。 [示例1] (2020·浙江金华模拟)质量为m=60 kg的同学,双手抓住单杠做引体向上,他重心的速率随时间变化的图像如图所示。取g=10 m/s2,由图像可知(　B　) A.t=0.5 s时他的加速度为3 m/s2 B.t=0.4 s时他处于超重状态 C.t=1.1 s时他受到单杠的作用力的大小是620 N D.t=1.5 s时他处于超重状态 解析:根据速度—时间图像的斜率表示加速度可知,t=0.5 s时,他的加速度为0.3 m/s2,选项A错误;t=0.4 s时他向上加速,加速度方向竖直向上,处于超重状态,选项B正确;t=1.1 s时,加速度为0,他受到单杠的作用力的大小刚好等于自身重力的大小600 N,选项C错误;t=1.5 s 时他向上做减速运动,加速度方向向下,他处于失重状态,选项D错误。 2.跳伞运动中的动力学问题 跳伞运动是指跳伞员乘飞机、气球等航空器或其他器械升至高空后跳下,或者从陡峭的山顶、高地上跳下,并借助空气动力和降落伞在张开降落伞之前和开伞后完成各种规定动作,并利用降落伞减缓下降速度,在指定区域安全着陆的一项体育运动。 [示例2] 某运动员做跳伞训练,他从悬停在空中的直升机上由静止跳下,跳离飞机一段时间后打开降落伞减速下落。他打开降落伞后的速度与时间图线如图(甲)。降落伞用8根对称的绳悬挂运动员,每根绳与中轴线的夹角均为37°,如图(乙)。已知人的质量为50 kg,降落伞质量也为50 kg,不计人所受的阻力,打开伞后伞所受阻力f与速率v成正比,即f=kv(g取10 m/s2,sin 37°=0.6,cos 37°=0.8)。求: (1)打开降落伞前人下落的距离为多大; (2)求阻力系数k和打开伞瞬间的加速度a的大小和方向; (3)悬绳能够承受的拉力至少为多少。 解析:(1)由vt图像可知人打开降落伞时速度为 v1=20 m/s 由自由落体运动解得下落的距离为h==20 m。 (2)当人和降落伞的速度v2=5 m/s时做匀速运动, 则kv2=2mg 解得k=200 N·s/m 设打开降落伞瞬间的加速度为a,由牛顿第二定律 对整体kv1-2mg=2ma 代入数据解得a=30 m/s2,方向竖直向上。 (3)设每根绳最大拉力为T,加速度最大时绳子的拉力最大,以运动员为研究对象有8Tcos 37°-mg=ma 代入数据解得T=312.5 N。 答案:(1)20 m　 (2)200 N·s/m　30 m/s2　方向竖直向上 (3)312.5 N 3.避险车道 避险车道是道路上为失控车辆所设置的安全减速的专用车道,一般设置在较易发生事故的路段。一条完善的避险车道应当由引道、制动车道、服务车道及其他附属设施组成。引道起着连接主线与避险车道的作用,可以给失控车辆驾驶员提供充分的反应时间,减少因车辆失控给驾驶员带来的恐慌。 [示例3] 避险车道[标志如图(甲)所示]是避免恶性交通事故的重要设施,由制动坡床和防撞设施等组成,如图(乙)所示的竖直平面内,制动坡床视为与水平面夹角为θ的斜面。一辆长12 m的载有货物的货车因刹车失灵从干道驶入制动坡床,当车速为23 m/s时,车尾位于制动坡床的底端,货物开始在车厢内向车头滑动,当货物在车厢内滑动了4 m时,车头距制动坡床顶端38 m,再过一段时间,货车停止。已知货车质量是货物质量的4倍,货物与车厢间的动摩擦因数为0.4;货车在制动坡床上运动受到的坡床阻力大小为货车和货物总重的0.44。货物与货车分别视为小滑块和平板,取cos θ=1,sin θ=0.1,g取10 m/s2。求: (1)货物在车厢内滑动时加速度的大小和方向; (2)制动坡床的长度。 解析:(1)设货物的质量为m,货物与车厢间的动摩擦因数μ=0.4,货物在车厢内滑动过程中,受到的摩擦力大小为f,加速度大小为a1,则 f+mgsin θ=ma1 f=μmgcos θ 联立上式并代入数据得a1=5 m/s2,方向沿制动坡床向下。 (2)设货车的质量为M,车尾位于制动坡床底端时的车速为v=23 m/s。货物在车厢内从开始滑动到车头距制动坡床顶端s0=38 m的过程中,用时为t,货物相对制动坡床的运动距离为s1,在车厢内滑动的距离s=4 m,货车的加速度大小为a2,货车相对制动坡床的运动距离为s2。货车受到制动坡床的阻力大小为F,F是货车和货物总重的k倍,k=0.44,货车长度l0=12 m,制动坡床的长度为l,则Mgsin