第1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】2025年高考物理总复习大一轮教师用书word（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]　(2024·福建龙岩高三阶段考)中国高铁凭借具有独立自主知识产权的高铁建设和装备制造技术体系，为世界高铁贡献中国方案，不断释放影响力．高铁运行速度快，对制动系统的性能要求较高，高铁列车上安装有多套制动装置——制动风翼、电磁制动系统、空气制动系统、摩擦制动系统等．在一段直线轨道上，某高铁列车正以v0＝288 km/h的速度匀速行驶，列车长突然接到通知，前方x0＝5 km处道路出现异常，需要减速停车．列车长接到通知后，经过t1＝2.5 s将制动风翼打开，高铁列车获得a1＝0.5 m/s2的平均制动加速度减速，减速t2＝40 s后，列车长再将电磁制动系统打开，结果列车在距离异常处500 m的地方停下来． (1)求列车长打开电磁制动系统时，列车的速度大小； (2)求制动风翼和电磁制动系统都打开时，列车的平均制动加速度a2的大小． [解析](1)列车的初速度v0＝288 km/h＝80 m/s， 根据匀减速直线运动速度与时间关系有v1＝v0－a1t2＝60 m/s； (2)列车长接到通知后经过t1＝2.5 s，列车行驶的距离x1＝v0t1＝200 m， 从打开制动风翼到打开电磁制动系统过程中，列车行驶距离x2＝＝2800 m， 打开电磁制动系统后，列车行驶的距离x3＝x0－x1－x2－500 m＝1500 m， 制动风翼和电磁制动系统都打开时，列车的平均制动加速度为a2＝＝1.2 m/s2. [答案]　(1)60 m/s；(2)1.2 m/s2 　　 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4 s内 甲车位移x1＝56 m， 乙车位移x3＝v3t＝60 m， 由于x1＋x3＝116 m>110 m， 故不能安全超车． [答案]　(1)4 s (2)不能安全超车　计算过程见解析 学科网（北京）股份有限公司 $$