第5章 情境题专项-【新课程能力培养】2024-2025学年高中物理必修第二册同步练习（人教版2019）

练 高 中 物 理 必 修 第二册 （人教版） 1. 如图所示， 甲、 乙两 同学从河中 O 点 出 发， 分别沿直线游到 A 点和 B 点后， 立即 沿原路线返回到 O 点， OA 、 OB 分别与水 流方向平行和垂直， 且 OA＝OB 。 若水流 速度不变， 两人在静水中游速相等， 则他 们所用时间 t 甲 、 t 乙 的大小关系为 （ ） A. t 甲 ＜t 乙 B. t 甲 ＝t 乙 C. t 甲 ＞t 乙 D. 无法确定 2. 一演员表演飞刀绝技， 由 O 点先后抛出完全相同的三把 飞刀， 分别垂直打在竖直木 板上 M 、 N 、 P 三点 （如图 所示）。 假设不考虑飞刀的 转动， 并可将其看作质点， 已知 O 、 M 、 N 、 P 四点距水平地面高度分别为 h 、 4h 、 3h 、 2h ， 以下说法正确的是 （ ） A. 三把刀在击中木板时速度相同 B. 三次飞行时间之比为 1 ∶ 2 姨 ∶ 3 姨 C. 三次初速度的竖直分量之比为 3 ∶ 2 ∶ 1 D. 三次抛出飞刀的初速度与水平方向的 夹角分别为 θ 1 、 θ 2 、 θ 3 ， 则 θ 1 ＞θ 2 ＞θ 3 3. （多选） 如图所示为飞镖比赛时 打在镖盘上的两支镖， A 镖的 方向与竖直方向的夹角小于 B 镖与竖直方向的夹角。 若飞镖 被掷出后做平抛运动， 两飞镖 的抛出点在同一竖直线上， 不计 空气阻力， 则下列判断正确的是 （ ） A. A 、 B 两镖的掷出点可能在同一点 B. A 镖的掷出点一定比 B 镖的掷出点高 C. A 镖的掷出初速度一定比 B 镖的掷出 初速度小 D. A 镖在空中飞行的时间比 B 镖飞行的 时间长 4. 我国射击运动员曾多次在国际大赛中为国 争光， 在 2020 年东京奥运会上又夺得射击 冠军。 我们以打靶游戏来了解射击运动。 某人在塔顶进行打靶游戏， 如图所示， 已 知塔高 H＝45 m ， 在与塔底部水平距离为 s 处有一电子抛靶装置， 圆形靶可被竖直向 上抛出， 初速度为 v 1 ， 且大小可以调节。 当该人看见靶被抛出时立即射击， 子弹以 v 2 ＝100 m/s 的速度水平飞出。 不计人的反应 时间及子弹在枪膛中的运动时间， 且忽略 空气阻力及靶的大小。 （ g 取 10 m/s 2 ） （ 1 ） 当 s 的取值在什么范围时， 无论 v 1 多 大都不能被击中？ （ 2 ） 若 s＝200 m ， v 1 ＝15 m/s 时， 试通过计 算说明靶能否被击中。 情境题专项 水流方向 A B O 第 1 题图 N P M O A B 第 2 题图 第 3 题图 第 4 题图 v 45 m s 18 第五章 抛 体 运 动 练 5. 宽 9 m 的成型玻璃以 2 m/s 的速度连续不 断地向前行进， 在切割工序处， 割刀的速 度为 10 m/s ， 为了使割下的玻璃板都成规 定尺寸的矩形， 则： （ 1 ） 割刀的轨道应如何控制？ （ 2 ） 切割一次的时间多长？ （ 3 ） 所生产的玻璃板的规格是怎样的？ 6. 某同学在某砖墙前的高处水平抛出一个石 子， 石子在空中运动的部分轨迹照片如图 所示。 从照片可看出石子恰好垂直打在一 倾角为 37° 的斜坡上的 A 点。 已知每块砖 的平均厚度为 10 cm ， 抛出点到 A 点竖直 方向刚好相距 200 块砖。 （ g 取 10 m/s 2 ， sin 37°＝0.6 ， cos 37°＝0.8 ） 求： （ 1 ） 石子在空中运动的时间 t 。 （ 2 ） 石子水平抛出的速度 v 0 。 石 子 下 落 的 径 迹 A 37° 第 6 题图 19 第二册 （人教版）高 中 物 理 必 修 上做匀减速直线运动 ， 根据 L＝ v 0 2 t ， 解得 v 0 ＝ 2L t ＝ L 2g h 姨 ， C 正确； 根据速度时间得水平方向匀减速直线 运动的加速度大小为 a＝ v 0 t ＝ Lg h ， 根据牛顿第二定律得风 力为 F＝ma＝ mLg h ， D 错误。 10. BC 【解析】 将速度分解为沿着 PQ 方向和垂直 PQ 方向， 在沿着 PQ 方向上做匀速直线运动， 在垂直 PQ 方向上做匀变速直线运动， 力 F 垂直 PQ 向下， 在曲 线顶点处速度最小， v min ＝v P cos 37°＝4 m/s ， A 错误， C 正 确； 把 P 点的速度分解在沿水平力 F 和垂直水平力 F 两 个方向上， 沿水平力 F 方向上滑块先做匀减速直线运动 后做匀加速直线运动， a＝ F m ＝2 m/s 2 ， 当 F 方向速度为 0 时 ， 时间 t＝ v P sin 37° a ＝1.5 s ， 根据对称性 ， 滑块从 P 到 Q 的时间 t′＝2t＝3 s ， PQ 连线的距离为 s＝v P cos 37° · t′＝ 12 m ， B 正确， D 错误。 11. 20 m/s 30 m 【解析】 v 0 ＝vsin 53°＝20 m/s ， v y ＝vcos 53°＝gt ， 求得 t＝ 1.5 s ， 水平距离 x＝v 0 t＝30 m 。 12. （ 1 ） 2v 0 tan 兹 g （ 2 ） 2v 2 0 tan 兹 gcos 兹 【解析】 （ 1 ） 斜面倾角为位移偏角， tan 兹＝ 1 2 gt 2 v 0 t ＝ gt 2v 0 ， 小球在空中飞行的时间 t＝ v y g ＝ 2v 0 tan 兹 g 。 （ 2 ） 小球运动的水平位移 x＝v 0 t＝ 2v 2 0 tan 兹 g ， 小球落 点与抛出点间的距离 s＝ x cos 兹 ＝ 2v 2 0 tan 兹 gcos 兹 。 13. （ 1 ） 0.6 （ 2 ） 6 m/s 【解析】 （ 1 ） 小球竖直方向上， h＝ 1 2 gt 2 ， 解得 t＝ 2 s 。 木块做匀减速直线运动 x＝ 1 2 v 1 t＝12 m ， 木块的速 度 v 1 ＝at ， 摩擦力提供加速度 μmg＝ma ， 联立解得 μ＝0.6 。 （ 2 ） 小球水平方向上， x＝v 0 t ， 解得平抛速度的大小 v 0 ＝6 m/s 。 14. 0.8 m 【解析】 通过小孔左上沿的时间为 t 1 ， 通 过 小 孔 右 下 沿 的 时 间 为 t 2 ， t 1 ＝ 2 （ H-h-d ） g 姨 ， t 2 ＝ 2 （ H-h ） g 姨 ， 水平方向上， L＝v 0 （ t 2 －t 1 ）， 代入数据解得 L 的最大值为 0.8 m 。 * 15. （ 1 ） x A ∶ x B =3 ∶ 1 （ 2 ） h= 1 3 H （ 3 ） F= 3 4 mg 【解析】 （ 1 ） 两球刚进入虚线区域时的水平速度均 为 v 0 ， A 球在风洞中水平方向上做匀加速直线运动， B 球在水平方向上做匀减速直线运动， 水平方向上的加速 度大小相等。 两球在竖直方向均受重力， 竖直方向上做 加速度为 g 的匀加速直线运动， 由于竖直方向上的位移 相等， 则运动的时间相等， 设运动时间为 t ， 设水平方 向的加速度大小为 a ， 则对 A 球， 有 x A =v 0 t+ 1 2 at 2 ， 对 B 球， 有 v 0 =at ， x B = 1 2 at 2 ， 可得 x A = 3 2 at 2 。 A 与 B 在风洞 中沿水平方向的位移之比为 x A ∶ x B =3 ∶ 1 。 （ 2 ） 设小球 A 离开风洞时的竖直分速度为 v y ， 水平 分速度为 v 1 ， 两球离开风洞时竖直分速度相等， 因为 A 在风洞中做直线运动， 刚离开风洞时的速度为 B 刚离开 风洞时的速度的 1.25 倍， 则有 v 2 y +v 2 1 姨 =1.25v y ， 解得 v 1 = 3 4 v y 。 因为 v 1 =v 0 +at=2v 0 ， 则有 v 1 = 3 4 v y =2v 0 。 因为 A 做直 线运动， 设小球进风洞时在竖直方向上的分速度为 v y1 ， 则有 v y1 v 0 = v y v 1 ， 解得 v y1 = 1 2 v y 。 在竖直方向上有 v 2 y1 =2gh ， v 2 y -v 2 y1 =2gH ， 解得 A 距风洞上边界的高度为 h= 1 3 H 。 （ 3 ） 因为 A 做直线运动， 所以合力方向与速度方向 在同一条直线上 。 设水平风力大小为 F ， 则 v y v 1 = mg F = 4 3 ， 解得 F= 3 4 mg 。 情境题专项 1． C 【解析】 设 OA=OB=l ， 人在静水中的速度和水 流速度分别是 v 1 ， v 2 ， 则甲往复的时间为 t 甲 = l v 1 +v 2 + l v 1 -v 2 ， 即 t 甲 = 2lv 1 v 2 1 -v 2 2 ， 乙往复的时间为 t 乙 = 2l v 2 1 -v 2 2 姨 ， 联立可得 t 甲 >t 乙 ， 故 C 正确。 2． D 【解析】 将飞刀的运动逆过来看成是一种平抛 运动， 三把刀在击中板时的速度大小即为平抛运动的初 速度大小， 运动时间为 t= 2h g 姨 ， 初速度为 v 0 = x t =x g 2h 姨 ， 三把刀飞行的高度不同， 时间不同， 水平位移大小相 等， 故在击中板时速度不同， A 错误， 竖直方向上逆过 来看作自由落体运动， 运动时间为 t= 2h g 姨 ， 则得三次 飞行时间之比为 3h 姨 ∶ 2h 姨 ∶ h 姨 = 3 姨 ∶ 2 姨 ∶ 1 ， 故 B 错误； 三次初速度的竖直分量等于平抛运动下落速度 的竖直分量， 由 v y =gt= 2gh 姨 ， 可得三次初速度的竖直 分量之比为 3 姨 ∶ 2 姨 ∶ 1 ， 故 C 错误； 设任一飞刀抛 出的初速度与水平方向夹角分别为 兹 ， 则 tan 兹= v y v 0 = 2gh 姨 x g 2h 姨 = 2h x ， 则得 兹 1 ＞兹 2 ＞兹 3 。 故 D 正确。 6 参考答案与解析 3． BCD 【解析】 设飞镖与竖直方向的夹角为 兹 时， 运动时间为 t ， 则水平位移为 x＝v 0 t 。 根据速度的合成与 分解可得 tan 兹= v 0 gt ， t= v 0 gtan 兹 ， t 2 = v 0 t gtan 兹 = x gtan 兹 。 由于 A 镖与竖直方向的夹角较小， 所以 t A >t B ， D 正确； 根据 h= 1 2 gt 2 ， 可知 h A >h B ， A 错误， B 正确； 水平方向： v 0 = x t ， 由于 t A >t B ， 所以 v A <v B ， 故 C 、 D 正确。 4． （ 1 ） s>300 m （ ２ ） 不能 【解析】 （ １ ） 欲使靶不能被击中， 抛靶装置应在子 弹射程范围外， 由 H＝ 1 2 gt 2 ， s＝v 2 t 代入数据得 s＝300 m ； 故 s 的取值范围应为 s>300 m 。 （ ２ ） 设经过时间 t 1 ， 子弹恰好在抛靶装置正上方， 此时靶离地面 h 1 ， 子弹下降了 h 2 ， h 1 ＝v 1 t 1 － 1 2 gt 2 1 ， h 2 ＝ 1 2 gt 2 1 ， s＝v 2 t 1 ， 得 h 1 ＝10 m ， h 2 ＝20 m 。 h 1 ＋h 2 ≠H ， 靶不能 被击中。 5. （ 1 ） 割刀速度方向与玻璃板速度方向成 arccos 1 5 （ 2 ） 0．92 s （ 3 ） 长度为 9 m ， 宽度为 1．84 m 。 【解析 】 （ 1 ） 设割刀速度 v 1 的方向与玻璃板速度 v 2 的方 向之间的夹角为 兹 ， 如图所示。 要保证割下均是矩形的玻璃板， 则由 v 1 是合速度得 v 2 ＝v 1 cos 兹 ， 所以 兹＝arccos 1 5 。 （ 2 ） 切割一次的时间 t＝ d v 1 sin 兹 ＝ 9 10× 1- 1 25 姨 s≈0．92 s 。 （ 3 ） 切割出的矩形玻璃板的规格： 长度为 d＝9 m ； 宽度为 l＝v 2 t＝2×0．92 m＝1．84 m 。 6． （ 1 ） 2 s （ 2 ） 15 m/s 【解析】 （ 1 ） 石子落到 A 点的竖直位移 y=100×20× 10 -2 m=2 m ， 由 y= gt 2 2 ， 得 t=2 s 。 （ 2 ） 由 A 点的速度分解可得 v 0 =v y tan 37° 。 又因 v y = gt ， 解得 v y =20 m/s ， v 0 =15 m/s 。 章末测试 1． D 【解析】 水平方向的分运动对竖直分运动无影 响， 故风速变大时， 下落的时间不变， 故 A 、 B 错误； v= v 2 x +v 2 y 姨 ， 若风速越大， 水平风速 v x 越大， 落地速度 越大， 故 C 错误。 2． C 【解析 】 临界情况 ， 小船的运动轨迹如图所示 ， v 1 v 2 = d x ， 其中 v 1 为船速， v 2 为 水流速， d 为河宽， x 为到达危 险区的距离， 由此可以求出船在静水中最小速度为 2 m/s 。 3． D 【解析】 因为平抛运动在水平方向上做匀速直 线运动， 所以释放的小球都在飞机的正下方， 即在飞机 的正下方排成竖直的直线。 高度一定， 每个小球落地的 时间相等， 因为每隔 1 s 释放一个， 在水平方向上两小 球的间隔为 Δx=vΔt ， 是等间距的。 故 D 正确。 4． B 【解析】 设小球落到斜线上的时间 t ， 水平： x= v 0 t ； 竖直： y= 1 2 gt 2 ； 且 x y = 0.25 0.2 得 t=0.32 s ； 相应的水 平距离： x=0.32×2=0.64 （ m ）； 台阶数 ： n= 0.64 0.25 =2.56 ， 所以落在第三级。 5． D 【解析 】 根据机械能守恒定律 mgh= 1 2 mv 2 - 1 2 mv 2 0 ， 可知三个球从抛出到落地的过程中， 起点和终 点的高度差都相同， 且方程两边的质量都被消去， 初始 速率相同， 三球落地时的速率一样大， 故 D 正确， A 、 B 、 C 错误。 6． B 【解析】 由运动的独立性， 小船到达对岸所需 的时间将不受水流速度变化的影响， A 、 D 错误； 水流 速度加快， 因此小船因受冲击， 到达对岸的位置偏向下 游， 位移将变大， 故 B 正确， C 错误。 7． B 【解析】 根据速度—时间图像与时间轴所围的 “面积” 表示质点的位移， 知 t=2 s 时， 甲球通过的位移 为 x 甲 = 1 2 × （ 30+10 ） ×2 m=40 m ， 乙的位移为 0 ， 两球位 移之差等于 40 m ， 但两球初始的高度未知， 故 t=2 s 时 两球的高度相差不一定为 40 m ， A 错误； t=4 s 时， 甲 球相对于抛出点的位移为 1 2 ×30×3 m- 1 2 ×10×1 m=40 m ， 乙球相对于抛出点的位移为 1 2 × （ 30+10 ） ×2 m=40 m ， 故 两球相对于各自的抛出点的位移相等， B 正确； 两球从 不同的高度以同样的速度竖直向上抛出， 根据竖直上抛 运动的规律 x=-h=v 0 t- 1 2 gt 2 ， h 是抛出点距地面的高度， 可知两球从抛出至落到地面所用的时间间隔 t 不相等， C 错误； 由图知， 甲球从抛出至到达最高点的时间间隔 与乙球相等， 都是 3 s ， D 错误。 8． BD 【解析】 若要最短时间过河， 则需要船速与 河岸垂直， 结合图像可得 t= d v 船 = 300 3 s=100 s ， 故 A 错 误、 B 正确； 由于水流方向上的速度一直在变化， 所以 合速度的方向一直在变化， 所以运动轨迹是一条曲线， 故 C 错误； 当最大水流速度 v 水 =4 m/s 时， 船在航行中 相对于河岸的最大速度 v= v 2 船 +v 2 水 姨 =5 m/s ， 故 D 正确。 9． AC 【解析】 设做平抛运动的初速度为 v ， 高度为 h ， 则下落的时间 t= 2h g 姨 ， 水平位移 x=vt=v 2h g 姨 ； 大 v 1 兹 v 2 v 2 第 5 题答图 危 险 区 A 第 2 题答图 7