2023版高考物理创新设计二轮复习讲义微专题五　时效热点问题

这是一份2023版高考物理创新设计二轮复习讲义微专题五　时效热点问题，共9页。
微专题五　时效热点问题热点12022年北京冬奥会题型1　冰壶【例1】 (2022·四川成都二诊)如图1(a)所示为北京2022年冬奥会冰壶比赛中的一个画面。比赛中，为了使冰壶滑行得更行，运动员可以用毛刷擦冰壶运行前方的冰面，使冰壶和冰面间的动摩擦因数减小。假设某运动员以初速度v0沿冰面将冰壶推出，冰壶做直线运动直到停止的过程中，其速度—时间(v－t)图像如图(b)所示，则下列说法正确的是(　　)图1A.0～t1和t2～t3时间内，运动员在用毛刷擦冰面B.t1～t2时间内，冰壶的加速度大小为C.t1～t2时间内，冰壶的位移大小为(v1＋v2)(t2－t1)D.0～t3时间内，冰壶的平均速度大小为(v0＋v1＋v2)答案　C解析　对冰壶进行受力分析，由牛顿第二定律有Ff＝ma，又Ff＝μmg，可得冰壶的加速度大小为a＝μg，由图(b)可知，t1～t2时间内图线斜率的绝对值小，说明该时间内冰壶的加速度小，故可知t1～t2时间内冰壶与冰面间的动摩擦因数小，说明运动员在用毛刷擦冰面；同理可知0～t1和t2～t3时间内图线斜率的绝对值大，冰壶与冰面间的动摩擦因数大，说明此两段时间内运动员没有用毛刷擦冰面，故A错误；由加速度定义式a＝可知，t1～t2时间内，冰壶的加速度大小为a＝，故B错误；由图(b)可知，在t1～t2时间内，冰壶的位移大小为x＝(v1＋v2)(t2－t1)，故C正确；根据平均速度的定义式＝可知，在0～t3时间内，冰壶的平均速度大小＝＝＝，故D错误。题型2　滑冰【例2】 (2022·福建厦门教育科学研究院二模)2022年2月12日，我国运动员获北京冬奥会速度滑冰男子500米金牌。中国航天科工研发的“人体高速弹射装置”为运动员的高质量训练提供了科技支持。该装置的作用过程可简化成如图2所示，运动员在赛道加速段受到装置的牵引加速，迅速达到指定速度后练习过弯技术。某次训练中，质量m＝60 kg(含身上装备)的运动员仅依靠F＝600 N的水平恒定牵引力从静止开始加速运动了s＝20 m的距离，然后保持恒定速率通过半径为R＝10 m的半圆形弯道，过弯时冰刀与冰面变道凹槽处的接触点如放大图所示。忽略一切阻力，重力加速度g取10 m/s2，求：图2(1)运动员被加速后的速率v及加速过程中牵引力的平均功率P；(2)运动员过变道上A点时，冰面对其作用力FN的大小。(结果可用根号表示)答案　(1)20 m/s　6 000 W　(2)600 N解析　(1)对运动员进行受力分析，由牛顿第二运动定律有F＝ma运动员由静止开始加速，由运动学公式有v2＝2as，v＝at解得v＝20 m/s，t＝2 s加速过程中牵引力做的功W＝Fs则加速过程中牵引力的平均功率为P＝解得P＝6 000 W。(2)对运动员在A点受力分析可知，冰面对运动员的作用力在水平方向的分力提供运动员在水平面内做匀速圆周运动的向心力，即FNx＝m冰面对运动员的作用力在竖直方向的分力和运动员所受重力平衡，即FNy＝mg由力的矢量合成规律可得FN＝解得FN＝600 N。题型3　跳台滑雪【例3】 2022年2月4日，第24届冬季奥林匹克运动会，在北京和张家口联合举行。跳台滑雪是冬奥会中最具观赏性的项目之一。如图3所示，跳台滑雪赛道简化为由倾斜的助滑雪道AB、起跳区CB(水平)、着陆雪道CD及水平减速区DE组成，其中AB倾角α＝45°，A、B两点的高度差为h，BC＝h，CD倾角θ＝37°，AB与BC间、CD与DE间均平滑连接。某运动员(可视为质点)从A处由静止滑下，以大小为v1的速度从C处水平飞出，经过一段时间，落到着陆雪道CD上的P处，然后从P处沿雪道滑行最终到E处停下。忽略运动员在P处着陆时的能量损失。重力加速度大小为g，滑板与雪道间的动摩擦因数均相等，不计空气阻力，sin 37°＝0.6，cos 37°＝0.8。图3(1)求滑板与雪道间的动摩擦因数μ；(2)求运动员从C处运动到P处所用的时间t；(3)若运动员(含装备)的质量为m＝60 kg，A、E两点的高度差为H＝80 m，g＝10 m/s2，求运动员从A处运动到E处克服阻力做的功W。答案　(1)－　(2)　(3)4.8×104 J解析　(1)运动员在雪道AB上下滑时，根据牛顿第二定律有mgsin α－μmgcos α＝ma1由运动学公式得v＝2a1·在BC上滑行时有μmg＝ma2，由运动学公式得v－v＝2(－a2)·h解得μ＝－。(2)运动员在空中做平抛运动，则x＝v1t，y＝gt2由几何关系有tan θ＝解得t＝。(3)对运动员从A处运动到E处的全过程，由动能定理有mgH－W＝0解得W＝4.8×104 J。热点2中国航天　天宫课堂题型1　万有引力定律及其应用【例4】 (多选)2021年12月9日，“天宫课堂”第一课正式开讲，时隔8年之后，中国航天员再次进行太空授课。若空间站质量为m0，距离地球表面高度为h，地球质量为M，半径为R，引力常量为G，则空间站内质量为m的航天员(　　)A.受到的重力为0B.加速度大小为C.受到地球的引力大小为D.对空间站地板的压力大小为答案　BC解析　重力是由于地球对物体的吸引而产生的，所以飞船内质量为m的航天员受到的重力一定大于零，A错误；飞船内质量为m的航天员随空间站做匀速圆周运动，受到的万有引力F＝，万有引力提供向心力，由＝ma，解得a＝，B、C正确；由于空间站及航天员都是处于完全失重的状态，则航天员对空间站地板的压力为零，D错误。题型2　太空中的力学问题【例5】 (多选)2021年12月9日，同学们在听完王亚平的太空授课后，回想起2013年6月20日王亚平首次太空授课中进行的太空质量测量的实验，实验装置简化图如图4所示。已知施加给待测航天员的恒力为F，光栅测速装置测出恒力F作用结束时航天员的速度v和航天员从静止至速度增大到v所用的时间t，下列说法正确的是(　　)图4A.待测航天员的质量m＝B.航天员在装置上运动时所受摩擦力不为零C.航天员从静止到速度增大到v通过的路程为s＝vtD.恒力F作用结束时航天员的动能为答案　AD解析　由动量定理有Ft＝mv，解得待测航天员的质量m＝，A正确；由于航天员处于完全失重状态，待测航天员在装置上运动时对装置的压力为零，所受摩擦力为零，B错误；航天员从静止到速度增大到v通过的路程为s＝，C错误；恒力F作用结束时航天员的动能为Ek＝mv2＝，D正确。题型3　飞船对接【例6】 (2022·湖北武汉武昌区质检)2021年10月16日，神舟十三号载人飞船顺利将3名航天员送入太空并与天宫空间站顺利对接。飞船的运动可简化为如图5所示的情境，圆形轨道2为天宫空间站运行轨道，椭圆轨道1为载人飞船运行轨道，两轨道相切于P点。已知轨道2的半径为r，地球表面重力加速度为g，地球半径为R，地球的自转周期为T，轨道1的半长轴为a，引力常量为G，下列分析或结论正确的是(　　)图5A.载人飞船若要由轨道1进入轨道2，需要在P点减速B.载人飞船在轨道1上P点的加速度小于空间站在轨道2上P点的加速度C.空间站在轨道2上运行的周期与飞船在轨道1上运行的周期之比为∶D.由已知条件可求得地球的质量为M＝答案　C解析　载人飞船在轨道1上经过P点时，飞船做近心运动，万有引力大于所需向心力，在轨道2上经P点时万有引力等于所需向心力，可见飞船从轨道1进入轨道2需要在P点进行加速，A错误；飞船在轨道1上P点的加速度由万有引力提供，则有G＝ma1，解得a1＝，空间站在轨道2上P点的加速度也由万有引力提供，同理可得a2＝，则a2＝a1，B错误；由开普勒第三定律可知，＝，故＝，C正确；由万有引力提供向心力有＝m′，解得M＝≠，D错误。热点3碳达峰、碳中和题型1　氢能源汽车【例7】 (2022·四川遂宁二模)“碳中和”“低碳化”“绿色奥运”是北京2022年冬奥会的几个标签。本次冬奥会运行超1 000辆氢能源汽车，是全球最大的一次燃料电池汽车示范。某款质量为M的氢能源汽车(如图6所示)在一次测试中，沿平直公路以恒定功率P从静止启动做直线运动，行驶路程x时恰好达到最大速度vm。已知该车所受阻力恒定。下列说法正确的是(　　)图6A.启动过程中，汽车做匀加速直线运动B.启动过程中，牵引力对汽车做的功为MvC.车速从0增至vm的加速时间为＋D.车速为时，汽车的加速度大小为答案　C解析　汽车以恒定功率P启动，启动过程中，速度v增大，根据P＝Fv可知，牵引力F减小，根据牛顿第二定律有F－f＝Ma，又阻力f恒定，可知加速度a减小，则汽车做加速度减小的加速运动，故A错误；根据题意，可知汽车受到的阻力为f＝，启动过程中，根据动能定理有W－fx＝Mv，解得牵引力对汽车做的功为W＝＋Mv，故B错误；根据题意，可知车速从0增至vm的过程中，根据动能定理有Pt－fx＝Mv，联立解得该过程中车的加速时间t＝＋，故C正确；车速为时，汽车的牵引力为F1＝＝，根据牛顿第二定律有F1－f＝Ma1，解得该时刻汽车的加速度大小为a1＝，故D错误。题型2　核电站【例8】 (2022·湖北武汉2月调研)在碳中和的目标下，核电高效又清洁，具有很大的优势。2021年12月20日，国家科技重大专项的标志性工程之一——山东石岛湾高温气冷堆核电站示范工程首次并网发电(如图7)，这是全球首个并网发电的第四代高温气冷堆核电项目。核电站铀核裂变的产物是多样的，一种典型的铀核裂变是生成钡和氪，核反应方程是U＋n→Ba＋Kr＋3n，已知铀核质量为m1，钡核质量为m2，氪核质量为m3，中子质量为m4，c为光在真空中的速度，则发生一次该核反应释放的核能是(　　)图7A.(m1－m2－m3－3m4)c2B.(m1－m2－m3－2m4)c2C.(m1－m2－m3－3m4)c2D.(m1－m2－m3－2m4)c2答案　D解析　发生一次该核反应的质量亏损为Δm＝(m1＋m4)－(m2＋m3＋3m4)＝m1－m2－m3－2m4，由爱因斯坦质能方程可得发生一次该核反应释放的核能为ΔE＝Δmc2＝(m1－m2－m3－2m4)c2，D正确。题型3　风能【例9】 风能是一种可再生的清洁能源，风力发电是指把风的动能转化为电能，我国已经建成众多的风力发电场。某风力发电机的叶片转动时可形成半径为80 m的圆面，某地区常年的平均风速是5.0 m/s，空气的密度为1.29 kg/m3。风速跟叶片转动的圆面垂直，假设该风力发电机能将到达圆面内10%的空气的动能转化为电能，某风力发电场安装有20台上述风力发电机。已知标准煤的热值q＝3.0×107 J/kg，π取3。(1)求1台风力发电机发电的功率；(2)该风力发电场年(365天)发电量相当于燃烧多少千克标准煤所产生的热量？(保留2位有效数字)答案　(1)1.5×105 W　(2)3.1×106 kg解析　(1)Δt＝1 s内冲击1台风力发电机叶片转动形成圆面的空气体积V＝SvΔt＝πr2vΔt＝9.6×104 m3Δt＝1 s内冲击每台风力发电机叶片转动形成圆面的空气动能Ek＝ρVv2＝×1.29×9.6×104×52 J＝1.5×106 J1台风力发电机发电的功率P＝＝1.5×105 W。(2)20台风力发电机发电的功率为P总＝20P＝20×1.5×105 W＝3.0×106 W年发电量约为E＝P总t＝3.0×103×365×24 kW·h＝2.6×107 kW·h由E＝qm，1 kW·h＝3.6×106 J联立解得m＝3.1×106 kg。