2024年高中物理新教材同步学案 必修第二册 第5章 章末素养提升 (含解析)

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章末素养提升例1　(2023·聊城市高一期末)如图所示为中国无人机“翼龙”飞行时的照片。无人机巡航时水平分速度为40 m/s，竖直分速度为0。无人机接收到动作指令后立即在竖直方向上做匀加速直线运动，在水平方向上仍以40 m/s的速度做匀速直线运动。以无人机接收到动作指令为计时起点，当无人机运动的水平位移为160 m时，其竖直位移也为160 m，关于这一过程，下列说法正确的是(　　)A．无人机的运动轨迹为直线B．无人机运动的时间为8 sC．无人机的加速度大小为20 m/s2D．此时无人机的速度为80 m/s答案　C解析　无人机水平方向做匀速直线运动，竖直方向做匀加速直线运动，其合运动的轨迹为曲线，A错误；水平方向满足x＝vt，解得运动的时间为t＝4 s，B错误；竖直方向满足y＝eq \f(1,2)at2，解得a＝20 m/s2，C正确；vy＝at＝80 m/s，v合＝eq \r(v2＋vy2)＝40eq \r(5) m/s，故D错误。例2　某排球队在某运动会中取得了辉煌的成绩，这离不开教练的悉心指导和运动员们的刻苦训练。如图甲所示，是队员们对着竖直墙壁练习垫球的训练示意图。假设某次强化训练时，某队员在离墙4 m处把球在离地高1 m处以与水平方向成θ角垫出，球恰能垂直击中竖直墙上高为3 m的目标圈中心，如图乙所示。重力加速度g＝10 m/s2，忽略空气阻力，则θ约为(　　)A．37° B．45° C．53° D．74°答案　B解析　将排球运动的逆过程看作是平抛运动，则运动时间t＝eq \r(\f(2h,g))＝eq \r(\f(2×3－1,10)) s＝eq \f(\r(10),5) s抛出时的竖直速度vy＝gt＝2eq \r(10) m/s水平速度vx＝eq \f(x,t)＝eq \f(4,\f(\r(10),5)) m/s＝2eq \r(10) m/s则tan θ＝eq \f(vy,vx)＝1即θ＝45°，故选B。例3　(多选)(2022·龙胜中学高一期中)如图所示，a、b两小球分别从半圆轨道顶端和斜面顶端以大小相等的初速度v0同时水平抛出，已知半圆轨道的半径与斜面竖直高度相等，斜面底边长是其竖直高度的2倍，若小球a能落到半圆轨道上，小球b能落到斜面上，则下列说法正确的是(　　)A．可能a球先落在半圆轨道上B．可能b球先落在斜面上C．两球不可能同时落在半圆轨道上和斜面上D．a球可能垂直落在半圆轨道上答案　AB解析　斜面底边长是其竖直高度的2倍，即斜面底边长为半圆轨道半径的2倍，将半圆轨道和斜面放在一起，如图，若抛出的速度合适，小球会刚好落在A点，即同时打在斜面上和半圆轨道上；若小球b会落在斜面上A点上方，则小球b会先落在斜面上；若小球b会落在斜面上A点下方，则小球a会先落在半圆轨道上，A、B正确，C错误；速度的反向延长线过水平位移的中点，若球垂直打在半圆轨道上，根据几何关系知，速度的反向延长线必定过圆心，而圆心不可能是水平位移中点，D错误。例4　(2023·湖南卷)如图(a)，我国某些农村地区人们用手抛撒谷粒进行水稻播种。某次抛出的谷粒中有两颗的运动轨迹如图(b)所示，其轨迹在同一竖直平面内，抛出点均为O，且轨迹交于P点，抛出时谷粒1和谷粒2的初速度分别为v1和v2，其中v1方向水平，v2方向斜向上。忽略空气阻力，关于两谷粒在空中的运动，下列说法正确的是(　　)A．谷粒1的加速度小于谷粒2的加速度B．谷粒2在最高点的速度小于v1C．两谷粒从O到P的运动时间相等D．两谷粒从O到P的平均速度相等答案　B解析　抛出的两谷粒在空中均仅受重力作用，加速度均为重力加速度，故谷粒1的加速度等于谷粒2的加速度，A错误；在竖直方向上谷粒2做竖直上抛运动，谷粒1做自由落体运动，竖直方向上位移相同，故谷粒2运动时间较长，C错误；两谷粒水平位移相同，但谷粒2运动时间较长，故谷粒2水平方向上的速度较小，即谷粒2最高点的速度小于v1，B正确；两谷粒从O点运动到P点的位移相同，运动时间不同，故平均速度不相等，谷粒1的平均速度大于谷粒2的平均速度，D错误。例5　(2022·泰州中学高一月考)如图为某校学生跑操的示意图，跑操队伍宽d＝3 m，某时刻队伍前排刚到达出口的B端，正在A点的体育老师准备从队伍前沿直线匀速横穿到达对面出口BC，且不影响跑操队伍，已知学生跑操的速度v＝2 m/s，出口BC宽度L＝4 m，D为BC的中点，则以下说法正确的是(　　)A．体育老师只能沿直线AC到达出口B．体育老师可能沿直线AD到达出口C．体育老师的速度一定为1.5 m/sD．体育老师到达对面出口的时间可能大于2 s答案　B解析　由题可知，老师需跑在学生前面且不影响跑操队伍，所以将老师的速度分解为平行BC方向和垂直BC方向，在平行BC方向，老师的速度v2需要大于等于学生的速度，即v2≥2 m/s，学生通过出口的时间t＝eq \f(L,v)＝2 s，所以老师到达对面出口的时间不能大于2 s，老师在垂直BC方向的速度v1≥eq \f(d,t)＝1.5 m/s，所以老师的速度v0≥eq \r(v12＋v22)≥2.5 m/s，当老师垂直BC方向的速度大于1.5 m/s时，则会在C点右边到达出口，当老师平行BC的速度为2 m/s，垂直BC的速度为3 m/s时，老师沿AD直线到达出口。故B正确，A、C、D错误。例6　(2022·中山市期末)如图所示，水平地面上有一高h＝4.2 m的竖直墙，现将一小球以v0＝6.0 m/s的速度垂直于墙面水平抛出，已知抛出点与墙面的水平距离x＝3.6 m、离地面高H＝5.0 m，不计空气阻力，不计墙的厚度。重力加速度g取10 m/s2。(1)求小球碰墙点离地面的高度h1；(2)若仍将小球从原位置沿原方向抛出，为使小球能越过竖直墙，小球抛出时的初速度v的大小应满足什么条件？答案　(1)3.2 m　(2)v≥9.0 m/s解析　(1)小球在碰到墙前做平抛运动，设小球碰墙前运动时间为t，由平抛运动的规律有水平方向上x＝v0t①竖直方向上H－h1＝eq \f(1,2)gt2②由①②式并代入数据解得h1＝3.2 m。(2)设小球以v1的初速度抛出时，小球恰好沿墙的上沿越过墙，小球从抛出至运动到墙的上沿历时t1，由平抛运动的规律有水平方向x＝v1t1③竖直方向有H－h＝eq \f(1,2)gt12④由③④式并代入数据可得v1＝9.0 m/s，所以小球越过墙要满足初速度v≥9.0 m/s。物理观念曲线运动定义物体运动的轨迹是曲线的运动特点①轨迹是曲线；②曲线运动的速度方向时刻在改变；③曲线运动一定是变速运动速度的方向质点在某一点的速度方向，沿曲线在这一点的切线方向做曲线运动的条件当物体所受的合力的方向与它的速度方向不在同一直线上时，物体做曲线运动运动的合成与分解由分运动求合运动的过程，叫作运动的合成由合运动求分运动的过程，叫作运动的分解运动的合成与分解遵循平行四边形定则抛体运动定义以一定的速度将物体抛出， 在空气阻力可以忽略的情况下，物体只受重力作用，这时的运动叫作抛体运动分类①竖直上抛； ②竖直下抛；③平抛； ④斜抛平抛运动定义初速度沿水平方向的抛体运动特点①初速度沿水平方向； ②只受重力作用性质加速度为g 的匀变速曲线运动规律①在水平方向上的分运动是匀速直线运动②在竖直方向上的分运动是自由落体运动两个重要推论做平抛运动的物体在任意时刻的瞬时速度的反向延长线一定通过水平位移的中点做平抛运动的物体在某时刻，设其速度与水平方向的夹角为θ，位移与水平方向的夹角为α，则tan θ＝2tan α类平抛运动合外力恒定且垂直于初速度方向的运动都可以称为类平抛运动科学思维物理建模将运动分解为沿合力方向的匀加速直线运动和垂直合力方向的匀速直线运动，两个分运动彼此独立、互不影响，且与合运动具有等时性通过分解平抛运动，学生加强“化曲为直、化繁为简”的思想逆向思维解决抛体运动把运动过程的“末态”当成“初态”来反向研究问题的方法逻辑推理有约束条件的平抛运动平抛临界问题抛体运动规律的综合应用科学探究1.参与小船渡河、蜡块运动的探究，体验科学探究的一般过程2.利用对比分析方法或频闪技术得到运动轨迹3.通过合作探究平抛运动的规律，培养学生探究精神和合作精神科学态度与责任1.通过平抛运动规律的实践应用，意识到物理规律在现实生活中的重要作用，增强知识与实际生活联系的能力，增强对物理学习的兴趣，体验战胜困难、解决物理问题时的喜悦2.逐步树立严谨科学的实验态度和正确的人生观