4-5抛体运动中的STSE问题（解析版）--2024高考一轮物理复习100考点100讲

这是一份4-5抛体运动中的STSE问题（解析版）--2024高考一轮物理复习100考点100讲，共20页。试卷主要包含了 斜面上的平抛运动的几种情况， 落点在圆弧面上的三种常见情境，0D．3等内容，欢迎下载使用。
2024年高考一轮复习100考点100讲第4章   抛体运动第4.5 讲  抛体运动中的STSE问题【知识点精讲】1. 斜面上的平抛运动的几种情况图示方法基本规律运动时间分解速度，构建速度的矢量三角形水平：vx＝v0竖直：vy＝gt合速度：v＝由tan θ＝＝得t＝分解位移，构建位移的矢量三角形水平：x＝v0t竖直：y＝gt2合位移：x合＝由tan θ＝＝得t＝在运动起点同时分解v0、g由0＝v1－a1t，0－v12＝－2a1d得t＝，d＝分解平行于斜面的速度v由vy＝gt得t＝ 2. 落点在圆弧面上的三种常见情境(1)如图甲所示，小球从半圆弧左边沿平抛，落到半圆内的不同位置。由半径和几何关系制约时间t有h＝gt2，R±＝v0t，联立两方程可求t。(2)如图乙所示，小球恰好沿B点的切线方向进入圆轨道，此时半径OB垂直于速度方向，圆心角α与速度的偏向角相等。(3)如图丙所示，小球恰好从圆柱体Q点沿切线飞过，此时半径OQ垂直于速度方向，圆心角θ与速度的偏向角相等。　 　　 斜抛运动的处理方法（1）将斜抛运动分解为两个直线运动。一般正交分解为沿竖直方向的竖直上抛运动（或竖直下抛运动）和水平方向的匀速直线运动，也可分解为沿抛出方向的匀速直线运动和竖直向下的自由落体运动。（2）将斜抛运动的前半段逆向思维为平抛运动，利用平抛运动规律个对称性解答。 【最新高考题精练】1．（2022·高考广东物理）图2是滑雪道的示意图。可视为质点的运动员从斜坡上的M点由静止自由滑下，经过水平NP段后飞入空中，在Q点落地。不计运动员经过N点的机械能损失，不计摩擦力和空气阻力。下列能表示该过程运动员速度大小v或加速度大小a随时间t变化的图像是（    ）A．           B．    C．    D．【参考答案】C【命题意图】本题考查匀变速直线运动，匀速直线运动，平抛运动和对v-t图像、a—t图像的理解。【解题思路】根据题述情景，可知运动员在斜坡上有静止滑下，做加速度小于g的加速运动，在NP段做匀速直线运动， 从P飞出，做平抛运动，加速度为g，速度不均匀增大，所以图像C正确。 2. （2021高考江苏物理卷）如图所示，A、B两篮球从相同高度同时抛出后直接落入篮筐，落入篮筐时的速度方向相同，下列判断正确的是（    ）A．A比B先落入篮筐                          B．A、B运动的最大高度相同C．A在最高点的速度比B在最高点的速度小     D．A、B上升到某一相同高度时的速度方向相同【参考答案】D【命题意图】本题考查抛体运动及其相关知识点。【解题思路】根据题述，落入篮筐时的速度方向相同，将落入篮筐时的速度分解，运用斜抛运动规律，可知B比A先落入篮筐，选项A错误；A运动的最大高度大于B，A在最高点的速度比B在最高点的速度大，选项BC错误；根据斜抛运动的轨迹关于最高点对称，可知AB上升到与篮筐相同高度时的速度方向相同，选项D正确。  3.（2019全国理综II卷14）如图（a），在跳台滑雪比赛中，运动员在空中滑翔时身体的姿态会影响其下落的速度和滑翔的距离。某运动员先后两次从同一跳台起跳，每次都从离开跳台开始计时，用v表示他在竖直方向的速度，其v-t图像如图（b）所示，t1和t2是他落在倾斜雪道上的时刻。则A．第二次滑翔过程中在竖直方向上的位移比第一次的小
B．第二次滑翔过程中在水平方向上的位移比第一次的大
C．第一次滑翔过程中在竖直方向上的平均加速度比第一次的大
D．竖直方向速度大小为v1时，第二次滑翔在竖直方向上所受阻力比第一次的大【参考答案】.BD  【命题意图】   本题考查受到空气阻力的平抛运动，牛顿运动定律及其相关知识点，意在考查对速度图像的理解和应用，考查的核心素养是运动和力的观念，从图像中筛选出解题信息。【解题思路】【错误项分析】根据速度图像的面积表示位移，第二次滑翔过程中在竖直方向上的位移比第一次大，选项A错误；根据速度图像的斜率表示加速度可知，第二次滑翔过程中在竖直方向上的平均加速度比第一次小，选项C错误；【正确项分析】运动员做平抛运动，水平方向做匀速直线运动，由于第二次滑翔过程时间比较长，第二次滑翔过程中在竖直方向上的位移比第一次大，选项B正确；竖直方向上的大小为v1时，根据速度图像的斜率表示加速度可知，第二次滑翔过程中在竖直方向上的加速度比第一次小，由牛顿第二定律，mg-f=ma，可知第二次滑翔过程中在竖直方向上所受阻力比第一次大，选项D正确。【据图析题】此题需要利用速度图像的面积和斜率的物理意义解题。  4．（9分）（2021高考新课程I卷山东卷）海鸥捕到外壳坚硬的鸟蛤（贝类动物）后，有时会飞到空中将它丢下，利用地面的冲击打碎硬壳。一只海鸥叼着质量m=0.1kg的鸟蛤，在的高度、以v0=15m/s的水平速度飞行时，松开嘴巴让鸟蛤落到水平地面上。取重力加速度g=10 m/s2，忽略空气阻力。 （1）若鸟蛤与地面的碰撞时间，弹起速度可忽略，求碰撞过程中鸟蛤受到的平均作用力的大小F；（碰撞过程中不计重力）（2）在海鸥飞行方向正下方的地面上，有一与地面平齐、长度L=6m的岩石，以岩石左端为坐标原点，建立如图所示坐标系。若海鸥水平飞行的高度仍为20m，速度大小在15 m/s～17m/s之间，为保证鸟蛤一定能落到岩石上，求释放鸟蛤位置的x坐标范围。【名师解析】．（1）设平抛运动的时间为t，鸟蛤落地前瞬间的速度大小为v，竖直方向分速度大小为，根据运动的合成与分解得            ①            ②            ③在碰撞过程中，以鸟蛤为研究对象，取速度v的方向为正方向，由动量定理得            ④联立①②③④式，代入数据得            ⑤（2）若释放鸟蛤的初速度为，设击中岩石左端时，释放点的x坐标为x1，击中右端时，释放点的x坐标为，得            ⑥            ⑦联立①⑥⑦式，代入数据得            ⑧若释放鸟蛤时的初速度为，设击中岩石左端时，释放点的x坐标为，击中右端时，释放点的x坐标为，得            ⑨            ⑩联立①⑨⑩式，代入数据得            ⑪综上得x坐标区间或            ⑫ 5．（2020高考全国理综II）如图，在摩托车越野赛途中的水平路段前方有一个坑，该坑沿摩托车前进方向的水平宽度为3h，其左边缘a点比右边缘b点高0.5h。若摩托车经过a点时的动能为E1，它会落到坑内c点。c与a的水平距离和高度差均为h；若经过a点时的动能为E2，该摩托车恰能越过坑到达b点。等于 A．20 B．18 C．9.0 D．3.0【参考答案】B【命题意图】本题考查动能、平抛运动规律及其相关知识点。【解题思路】由动能公式，可得E1=mv12，E2=mv22，由平抛运动规律，h=v1t1.，h=gt12；3h=v2t2.，0.5h=gt22；联立解得：E2∶E1=18，选项B正确。【技巧点拨】对于平抛运动类问题，利用平抛运动规律解答。 【最新模拟题精练】1.. (2023鄂东南省级示范性高中教育改革联盟5月模拟)一架直升机在125米的高空以的加速度沿水平方向做匀加速直线运动，间隔10s先后投下A、B两包救灾物资，两包裹落到水平地面上的间距为140m，不计空气的阻力和包裹的大小，重力加速度，则投下第一个包裹A时飞机的速度大小为（　　）A. 1m/s B. 2m/s C. 4m/s D. 6m/s【参考答案】C【名师解析】设投下第一个包裹A时飞机的速度大小为，投下第二个包裹B时飞机的速度大小为，则包裹下落过程，竖直方向水平方向联立解得，投下第一个包裹A时飞机的速度大小为,C正确. 2. （2023重庆一中质检）2023年2月7日土耳其发生严重地震灾害，包括中国在内的各方救援力量紧急展开救援行动。一个载有救灾物资的热气球总质量为，在离水平地面高处保持静止，现将质量为的救灾物资以对地的速度水平抛出，假设热气球所受浮力始终不变，重力加速度为，不计一切阻力。当物资落到水平地面时，它与热气球间的距离为（　　）A.  B.  C.  D. 【参考答案】B【名师解析】热气球开始携带物资时处于静止状态，所受合外力为0，水平投出重力为的物资瞬间，满足动量守恒定律  热气球和物资的动量等大反向，热气球和物资的运动示意图如图所示，热气球和物资所受合力大小均为， 所以热气球在竖直方向上加速度大小为物资落地H过程所用的时间t内，根据解得落地时间为热气球在竖直方向上运动的位移为热气球和物资在水平方向均做匀速直线运动，水平位移为，根据勾股定理可知热气球和物资的实际位移为解得故B正确。 3. （2023湖南押题卷）环保人员在进行环保检查时发现，一根排污管正在水平（满口）排出大量污水。环保人员测出管道的内径为d，管道中心离水面的高度为h，污水的水平射程为L，质量为的污水体积为，重力加速度大小为g，则管道单位时间内排出污水的质量约为（　　）A.  B. C.  D. 【参考答案】B【名师解析】令水在出水口的速度为v0，则有，令时间内流出的水的质量为m，则有污水的密度则管道单位时间内排出污水的质量为解得，B正确。 4. （2023浙江十所名校期中联考）“山西刀削面”，传统的操作手法是一手托面，一手拿刀，直接将面削到开水锅里。如图所示，小面圈刚被削离时距开水锅的高度为h，与锅沿的水平距离为L，锅的半径也为L。小李作为学徒，尚未掌握技巧。为了训练，在其正对面右半圈安装上高度为的挡板。削出的小面圈可视为质点，忽略空气阻力，其初速度沿水平方向，视为平抛运动。小面圈有的直接落入锅中，有的与挡板相撞后落回锅中（已知与挡板碰撞的小面圈均可落入锅中）。重力加速度为g，则下列描述正确的是（　　）A. 所有直接落入锅中的小面圈，空中运动时间都相同B. 所有与挡板相撞的小面圈，在碰到挡板前空中运动时间相同C. 所有落入锅中的小面圈中，最大初速度D. 在不碰触挡板的情况下，落入锅中时的最大速度是最小速度的3倍【参考答案】AC【名师解析】所有直接落入锅中的小面圈，下降高度均相同，有可知空中运动时间都相同，A正确；所有与挡板相撞的小面圈，下降高度不同，在碰到挡板前空中运动时间不相同，B错误；当小面圈撞到挡板上端时，对应的初速度最大，可得，联立解得，C正确；在不碰触挡板的情况下，落入锅中左边缘与右边缘时，对应的初速度最小和最大，分别可得，，故是的3倍，落入锅中时的速度分别为，可知，D错误。 5. （2023浙江台州二模）如图所示，一架战斗机沿水平方向匀速飞行，先后释放三颗炸弹，分别击中山坡上水平间距相等的A、B、C三点。已知击中A、B的时间间隔为，击中B、C的时间间隔为，释放炸弹的时间间隔分别为、。不计空气阻力，则（    ）A.  B.  C.  D. 【参考答案】B【名师解析】设释放第一颗炸弹的时刻为，击中山坡上A点的时刻为，释放第二颗炸弹的时刻为，击中山坡上B点的时刻为，释放第三颗炸弹的时刻为，击中山坡上C点的时刻为，由于炸弹在空中下落过程，战斗机一直处于炸弹的正上方，则有由于，可得设三颗炸弹在空中下落的高度分别为、、；则三颗炸弹在空中的下落时间分别为，则有由图可知下落高度关系为：略小于，比小得多；则有，故选B。 6.（2023山东潍坊期末）第24届冬季奥运会于2022年2月4日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，北京跳台滑雪赛道“雪如意”如图甲所示，其简化图如图乙所示，跳台滑雪赛道由助滑道AB，着陆坡BC，减速停止区CD三部分组成，B点处对应圆弧半径为R=50m。比赛中质量m=50kg的运动员从A点由静止下滑，运动到B点后水平飞出，落在着陆坡的C点，已知运动员在空中的飞行时间为4.5s，着陆坡的倾角θ=37°，重力加速度g=10m/s²，忽略空气阻力影响，则（　　）A. 运动员从B点水平飞出的速度大小为60m/sB. 运动员从B点飞出后离斜面最远时速度大小为45m/sC. 运动员从B点飞出后经3s离斜面最远D. 运动员在B点对轨道的压力为1400N【参考答案】D【名师解析】运动员从B点水平飞出后做平抛运动，因此有联立解得，故A错误；运动员从B点飞出后离斜面最远时速度方向与斜面平行，则有联立解得故B错误；运动员从B点飞出后离斜面最远时，竖直方向有解得，故C错误；运动员在B点飞出前在做圆周运动，根据牛顿第二定律有解得根据牛顿第三定律，运动员在B点对轨道的压力与轨道对运动员的支持力相等，故D正确。 7．（2023湖南岳阳重点高中质检）“打水漂”是人类最古老的游戏之一，游戏者运用手腕的力量让撇出去的石头在水面上弹跳数次。如图所示，游戏者在地面上以速度抛出质量为m的石头，抛出后石头落到比抛出点低h的水平面上。若以抛出点为零势能点，不计空气阻力，则下列说法正确的是（　　）A．抛出后石头落到水平面时的势能为mghB．抛出后石头落到水平面时重力对石头做的功为－mghC．抛出后石头落到水平面上的机械能为D．抛出后石头落到水平面上的动能为【参考答案】．C【名师解析】．以抛出点为零势能点，水平面低于抛出点h，所以石头在水平面上时的重力势能为－mgh，A错误；．抛出点与水平面的高度差为h，并且重力做正功，所以整个过程重力对石头做功为mgh，B错误；．整个过程机械能守恒，以抛出点为零势能点，抛出时的机械能为，所以石头在水平面时的机械能也为，C正确；．根据动能定理得可得石头在水平面上的动能，D错误。 8. （2023山东烟台重点高中期中）如图所示为某公园的喷水装置，若水从喷水口中水平喷出，忽略空气阻力及水之间的相互作用，下列说法中正确的是（　　）A. 喷水口高度一定，喷水速度越大，水从喷出到落入池中的时间越短B. 喷水口高度一定，喷水速度越大，水喷得越近C. 喷水速度一定，喷水口高度越高，水喷得越近D. 喷水口高度一定，无论喷水速度多大，水从喷出到落入池中的时间都相等【参考答案】D【名师解析】．水水平喷出后，做平抛运动，其运动时间有高度决定，所以高度一定时，落地时间相等，水速越大，水喷得越远。AB错误，D正确；喷水速度一定，喷水口高度越高，落地时间越长，水喷得越远。C错误。 9.（2022北京东城区高三下一模）10．排球比赛中球员甲接队友的一个传球，在网前处起跳，在离地面高处将球以的速度沿着与网垂直的方向水平击出，对方球员乙刚好在进攻路线的网前，她可利用身体的任何部位进行拦网阻击，如图所示。假设球员乙的直立拦网和起跳拦网的高度分别为和，g取。下列情景中，球员乙可能拦网成功的是（　　）A．球员乙在网前直立不动B．球员乙在球员甲击球时同时起跳离地C．球员乙在球员甲击球后起跳离地D．球员乙在球员甲击球前起跳离地【参考答案】．B【名师解析】排球运动到乙位置的过程的时间为，该段时间排球下降的距离为，此时排球离地高度为，故乙在网前直立不动拦不到，A错误；球员乙起跳拦网高度为，跳起的高度为竖直上抛运动的下降时间与上升时间相等，故有故乙在甲击球时同时起跳离地，在球到达乙位置时，运动员乙刚好到达最高点，可以拦住，B正确；乙在甲击球后0.3s起跳离地，球员乙刚好起跳，高度为球员乙在球员甲击球后起跳离地不能拦住，C错误；乙在甲击球前0.3s起跳离地，经过0.6s刚好落地，够不到球了，所以不能拦住，故D错误。 10. （2022湖南衡阳期中）如图甲所示，抛球游戏是小朋友们最喜欢的项目之一，小朋友站立在水平地面上双手将皮球水平抛出，皮球进入水平篮筐且不擦到篮筐就能获得小红旗一枚。如图乙所示。篮筐的半径为R，皮球的半径为r，篮筐中心和出手处皮球的中心高度为和，两中心在水平地面上的投影点、之间的距离为d。忽略空气的阻力，已知重力加速度为g。设水平投篮出手速度为v，要使皮球能入筐，则下列说法中正确的是（　　）A. 皮球出手速度越大，皮球进筐前运动的时间越长B. 皮球从出手到入筐运动的时间为C. 皮球出手速度v的最大值为D. 皮球出手速度v的最小值为【参考答案】C【名师解析】平抛运动的时间由下落的高度决定，则进框的皮球运动时间相同，A错误；
皮球沿连线的方向投出，并能进框的图示如图，作出皮球中心的运动轨迹，下落的高度为，由，得，B错误：
CD．皮球沿连线的方向投出，并能进框的图示如图，作出皮球中心的运动轨迹，下落的高度为，水平射程分别为和则投射的最大速度为最小速度为，C正确，D错误。故选C。 11. （2022江苏南京宁海中学4月模拟）由于空气阻力的影响，发射后无动力的炮弹实际飞行轨迹不是抛物线，而是“弹道曲线”，如图中实线所示，图中虚线为不考虑空气阻力情况下炮弹的理想运动轨迹，O、a、b、c、d为弹道曲线上的五点，其中O点为发射点，d点为落地点，b点为轨迹的最高点，a、c为运动过程中经过的距地面高度相等的两点。下列说法正确的是（　　）A. 到达b点时，炮弹的速度为零 B. 到达b点时，炮弹的加速度竖直向下C. 炮弹经过a点时的速度大于经过c点时的速度 D. 炮弹从O点到b点的时间等于从b点到d点的时间【参考答案】C【名师解析】炮弹在最高点时，竖直方向的速度等于零，水平方向的速度不等于零，因此到达b点时，炮弹的速度不是零，A错误；到达b点时，由于炮弹受到竖直方向的重力和水平方向的空气阻力的作用，二力的合力方向不在竖直方向上，所以炮弹的加速度不是竖直向下，B错误；．由于空气阻力一直做负功，由动能定理可知，炮弹经过a点时的速度大于经过c点时的速度，C正确；炮弹从O点到b点的运动中，在竖直方向上受重力和空气阻力在竖直向下方向上的分力，由牛顿第二定律则有mg+Ff1=ma1解得从b点到d点的运动中，在竖直方向上受重力和空气阻力在竖直向上方向上的分力，由牛顿第二定律则有mg−Ff2=ma2解得因此可知a1>a2，因为在竖直方向的位移大小相等，所以炮弹从O点到b点的时间小于从b点到d点的时间，D错误。12. (2021湖北荆门、宜昌重点高中联考)我国首批隐形战斗机歼-20已形成初步战斗力。某次演习时，在某一高度水平匀速飞行的战斗机离目标水平距离L时投弹（投弹瞬间炸弹相对战斗机的速度为零），可以准确命中目标。若战斗机水平飞行高度变为原来的倍，飞行速度变为原来的倍，要仍能命中目标，则战斗机投弹时离目标的水平距离为（不考虑空气阻力）A. L  B. L C. L  D. L 【参考答案】B【名师解析】平抛运动在水平方向上做匀速直线运动，在竖直方向上做自由落体运动，根据高度，求出平抛运动的时间，根据求出炸弹水平位移的表达式，再分析求解。
解决本题的关键是掌握处理平抛运动的方法，平抛运动在水平方向上做匀速直线运动，在竖直方向上做自由落体运动，再运用运动学的规律解题。炸弹被投下后做平抛运动，在水平方向上做匀速直线运动，在竖直方向上做自由落体运动，则：
根据h=gt2，得：t=
炸弹平抛运动的水平距离为：L=vt=v
则知，若战斗机水平飞行高度变为原来的25/16倍，由t=可知炸弹飞行时间变为原来的倍，飞行速度变为原来的倍，所以飞机投弹时离目标的水平距离应为x=L，故B正确。
13.（2020浙江七彩阳光名校联盟模拟）泵浦消防车又称“泵车”，指搭载水泵的消防车，其上装备消防水泵、消防炮和其他消防器材，抵达现场后可利用现场消防栓或水源直接吸水灭火，某辆消防车的额定功率为120kW，消防炮的流量为48L/s。某次一高层建筑离地面高为75m处发生火情，为能有效灭火，消防员将消防炮升高到离地80m后将炮口水平摆放，使水柱恰能喷到着火点，已知消防炮口到着火点的水平距离为40m，水的密度为1×103kg/m3，不计空气阻力，则（　　）A. 消防炮出水速度大小为10m/s
B. 消防车的抽水效率约为64%
C. 如火情向上蔓延，则必须升高消防炮的高度才能有效灭火
D. 如消防炮的流量可调，则仅增大消防炮的流量时仍能有效灭火【参考答案】B【命题意图】   本题以消防车消防灭火为情景，考查平抛运动规律、效率、流量及其相关知识点，考查的核心素养是“运动”的观点和能量的观点。【解题思路】由平抛运动规律，H-h =80-75=gt2，x=v0t，联立解得v0=40m/s，选项A错误；由Ptη=mv02+mgH，m=Qρt，联立解得消防炮车的抽水效率为η=64%，选项B正确；如火情向上蔓延，改变消防炮倾角，只能够提高灭火点的高度，但减小了水平距离，所以不能有效灭火，选项C错误；如消防炮的流量可调，仅增大消防炮的流量，由Q=Sv，可知喷出水的速度增大，由平抛运动规律，可知水流喷射到着火点的上方，不能有效灭火，选项D错误。