第3章 培育 学科素养(三) -2023高考物理一轮复习【导与练】高中总复习第1轮教师用书word（老教材，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重力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] (2021·广东广州期末)如图甲为某中学趣味运动会的一个项目:学生从最低点竖直引体向上,到达最高点后再回到最低点,这就算完成一个引体向上。某个学生从0时刻开始的1 s内完成一个引体向上,其重心运动情况如图乙所示。已知该学生质量为50 kg,重力加速度g取10 m/s2,规定向上为正方向,则下列说法正确的是(　C　) A.0时刻学生对横杆的拉力为500 N B.0.2 s末学生处于超重状态 C.在0.7～0.8 s内,手臂拉力小于学生受的重力 D.0.9 s末学生处于失重状态 解析:0时刻,学生向上做加速运动,合力向上,手臂拉力大于重力,大于500 N,所以A错误;0.2 s末速度最大,加速度为0,则拉力等于重力,处于平衡状态,所以B错误;在0.7～0.8 s内,学生向下做加速运动,合力向下,则手臂拉力小于学生受的重力,所以C正确;0.9 s末,学生向下做减速运动,合力向上,处于超重状态,所以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] 跳伞员从盘旋在空中高度为400 m的直升机上跳下。理论研究表明:当降落伞全部打开时,伞所受的空气阻力大小跟伞下落的速度大小的平方成正比,即f=kv2,已知比例系数k=20 N·s2/m2,跳伞员的总质量为72 kg。(g取10 m/s2) (1)跳伞员在空中做什么运动? (2)当跳伞员的速度为4 m/s时,他与伞所受到的阻力为多大,此时下降的加速度多大? (3)跳伞员最后的下落速度多大? 解析:(1)跳伞员在重力、阻力作用下运动,根据牛顿第二定律知,跳伞员的加速度 a==g-, 可知随着跳伞员速度的增大,跳伞员的加速度逐渐减小,故跳伞员做加速度减小的加速运动,当阻力与重力平衡后做匀速运动。 (2)由题意知,当v=4 m/s时跳伞员受到的阻力f=kv2=20×42 N=320 N, 跳伞员的加速度a=g-≈5.6 m/s2 。 (3)当跳伞员受到的阻力和重力平衡时,速度达到最大,并以此速度匀速下落,即f=kv2=mg, 所以跳伞员的速度 v== m/s=6 m/s。 答案:(1)跳伞员在空中先做加速度减小的加速运动,后做匀速运动 (2)320 N　5.6 m/s2　(3)6 m/s 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力的。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x0=38 m的过程中,用时为t,货物相对制动坡床的运动距离为x1,在车厢内滑动的距离x=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x2。货车受到制动坡床的阻力大小为F,F是货车和货物总重力的k倍,k=0.44,货车长度l0=12 m,制动坡床的长度为l,则Mgsin θ+F- f=Ma2