第一章 [应用拓展·素养提升1] 直线运动中的常见STSE问题-【创新教程】2024高考物理总复习大一轮教师用书word（新教材，人教版）

运动学是高中物理最重要、最基础的内容，与生活、体育、交通有紧密的联系，是高考命题的重点和热点，通过对近几年高考STSE热点问题的归类研究，可归纳出以下三个STSE高考命题热点． 以体育运动为背景的多过程问题 [典例1]　如图所示是某一次接力训练．已知甲、乙两运动员经短距离加速后都能达到并保持10 m/s的速度跑完全程．设乙从起跑后到接棒前的运动是匀加速的，加速度大小为3 m/s2.乙在接力区前端听到口令时起跑，在甲、乙相遇时完成交接棒．在某次练习中，甲以v＝10 m/s的速度跑到接力区前端x0＝14.0 m处向乙发出起跑口令．已知接力区的长度为L＝20 m．求： (1)此次练习中交接棒处离接力区前端(即乙出发的位置)的距离； (2)为了达到理想成绩，需要乙恰好在速度达到与甲相同时被甲追上，则甲应在接力区前端多远时对乙发出起跑口令； (3)在(2)中，棒经过接力区的时间是多少？ [解析]　(1)设乙加速到交接棒时运动时间为t， 则在甲追乙过程中有：x0＋at2＝vt 代入数据得：t1＝2 s t2＝4.67 s(不符合乙加速最长时间tm＝＝ s实际，舍去) 此次练习中交接棒处离接力区前端的距离为： x′＝at2＝6 m. (2)乙加速时间为：t乙＝ s 设甲在距离接力区前端为x′时对乙发出起跑口令，则在甲追乙过程中有：x′＋at＝vt乙 代入数据得：x′≈16.7 m. (3)棒在(2)过程以v＝10 m/s速度运动，所以有：t＝＝2 s. [答案]　(1)6 m　(2)16.7 m　(3)2 s 以生活科技为背景的实际应用问题 [典例2]　无人驾驶汽车已完成国内首次城市、环路及高速道路混合路况下的全自动驾驶． (1)无人驾驶汽车车头装有一个激光雷达，就像车辆的“眼睛”，随时“看”着前方80 m范围内的车辆和行人．若无人驾驶汽车在某路段刹车时的加速度大小为2.5 m/s2，为不撞上前方静止的障碍物，汽车在该路段匀速行驶时的最大速度vmax是多少？ (2)若有人驾驶的汽车以30 m/s的速度一直匀速行驶，无人驾驶的汽车以20 m/s的速度行驶．某一时刻有人驾驶的汽车在无人驾驶汽车的正后方8 m处，由于距离较近，前方无人驾驶汽车立即以5 m/s2的加速度做匀加速运动，试通过计算判断两车能否避免相撞． (3)无人驾驶的汽车正在以30 m/s的速度在平直公路上行驶．某一时刻无人驾驶汽车监测到前方有一辆有人驾驶的汽车突然变道到同一车道，此时有人驾驶的汽车行驶速度为20 m/s.由于距离较近，后方无人驾驶汽车立即以大小为2.5 m/s2的加速度做匀减速运动．减速2 s后．前方有人驾驶的汽车司机发现了后车，立即以大小为2.5 m/s2的加速度做匀加速运动(不计司机的反应时间)．若两车最近时相距0.5 m，求无人驾驶汽车刚开始匀减速运动时与正前方有人驾驶的汽车之间的距离． [解析]　(1)无人驾驶汽车刹车时做匀减速直线运动，根据速度与位移的关系式，有0－v＝2a1x 故vmax＝＝ m/s ＝20 m/s. (2)假设两车经t时间后速度相等，即v有＝v无＋a2t，得t＝2 s．2 s内两车的位移差Δx＝v有t－t＝10 m>8 m，所以两车不能避免相撞． (3)假设有人驾驶的汽车加速到与无人驾驶的汽车速度相等的时间为t′，则 v无′－a无(2 s＋t′)＝v′有＋a有′t′ 可得t′＝1 s 此时两车速度v＝22.5 m/s 从无人驾驶汽车开始做匀减速运动到两车速度相等，两车位移差Δx′＝(2 s＋t′)－(2 s·v有＋t′)＝17.5 m. 由于最小距离为x0＝0.5 m，则无人驾驶汽车刚开始匀减速运动时与正前方有人驾驶的汽车之间的距离d＝x0＋Δx′＝18 m. [答案] (1)20 m/s　(2)不能，理由见解析　(3)18 m 以交通安全为背景的综合应用问题 [典例3]　强行超车是道路交通安全的极大隐患之一．如图是汽车超车过程的示意图，汽车甲和货车均以36 km/h的速度在路面上匀速行驶，其中甲车车身长L1＝5 m、货车车身长L2＝8 m，货车在甲车前s＝3 m．若甲车司机开始加速从货车左侧超车，加速度大小为2 m/s2.假定货车速度保持不变，不计车辆变道的时间及车辆的宽度． (1)求甲车完成超车至少需要多长时间； (2)若甲车开始超车时，看到道路正前方的乙车迎面驶来，此时二者相距110 m，乙车速度为54 km/h.甲车超车的整个过程中，乙车速度始终保持不变，请通过计算分析，甲车能否安全超车． [解析]　(1)甲经过t刚好完成超车，在t内甲车位移x1＝v1t＋ at2 货车的位移x2＝v2t 根据几何关系x1＝x2＋L1＋L2＋s， 代入数值得t＝4 s 甲车最短的超车时间为4 s (2)假设甲车能安全超车，在最短时间为