3-9 动力学中的STSE问题（解析版）-2024高考一轮物理复习100考点100讲

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2024年高考一轮复习100考点100讲
第3章 牛顿运动定律
第3.9 讲 动力学中的STSE问题
【考点知识精讲】
STSE是科学(Science)，技术(Technology)，社会(Society)，环境(Environment)的英文缩写，是对STS的延伸，因为由于在发展科技、生产的同时，保护人类赖以生存的环境已成为当今的社会可持续发展的重大课题。STSE问题试题取材于社会生活、工农业生产和科学技术，突出对知识的理解、应用、分析和综合能力的考查，注重学科知识与能力的具体应用，是高考一道亮丽的风景线。动力学是高中物理最重要、最基础的内容，是和生活、体育、交通结合紧密的知识点，也是高考命题的重点和热点。
【方法归纳】
解决STSE问题的方法
在解决生活和生产中的实际问题时：
(1)根据所描述的情景分 析物理过程建 构物理模型
(2)分析各阶段的物理量
(3)选取合适的匀变速直线运动规律求解．
【高考真题精练】
1. （2022新高考江苏卷）高铁车厢里的水平桌面上放置一本书，书与桌面间的动摩擦因数为0.4，最大静摩擦力等于滑动摩擦力，取重力加速度．若书不滑动，则高铁的最大加速度不超过（　　）
A. B.
C. D.
【参考答案】B
【命题意图】本题考查静摩擦力、牛顿运动定律及其相关知识点。
【解题思路】书放在水平桌面上，书相对于桌面不滑动，书受到的是静摩擦力。若书不滑动，由
解得高铁的最大加速度为
即故若书不动，高铁的最大加速度不超过，B正确，ACD错误。
【关键点拨】要注意题述“高铁的最大加速度不超过”。
2. （2022高考上海）神舟十三号在返回地面的过程中打开降落伞后，在大气层中经历了竖直向下的减速运动。若返回舱所受的空气阻力随速度的减小而减小，则加速度大小（ ）
A. 一直减小 B. 一直增大
C. 先增大后减小 D. 先减小后增大
【参考答案】A
【命题意图】本题考查牛顿运动定律+运动情况分析+模型思维
【名师解析】打开降落伞后，所受空气阻力f大于重力，降落伞做减速运动。根据题述，f=kv，由牛顿第二定律kv-mg=ma，解得a=kv/m-g，由于速度v逐渐减小，由a=kv/m-g可知，加速度a一直减小，选项A正确。
【知识拓展】
打开降落伞后的速度随时间变化图像

加速度随速度变化的图像

3. （2022山东物理）某粮库使用额定电压，内阻的电动机运粮。如图所示，配重和电动机连接小车的缆绳均平行于斜坡，装满粮食的小车以速度沿斜坡匀速上行，此时电流。关闭电动机后，小车又沿斜坡上行路程L到达卸粮点时，速度恰好为零。卸粮后，给小车一个向下的初速度，小车沿斜坡刚好匀速下行。已知小车质量，车上粮食质量，配重质量，取重力加速度，小车运动时受到的摩擦阻力与车及车上粮食总重力成正比，比例系数为k，配重始终未接触地面，不计电动机自身机械摩擦损耗及缆绳质量。求：
（1）比例系数k值；
（2）上行路程L值。

【参考答案】（1）；（2）
【命题意图】本题考查能量守恒定律、平衡条件、牛顿运动定律及其相关知识点。
【名师解析】
（1）设电动机的牵引绳张力为，电动机连接小车的缆绳匀速上行，由能量守恒定律有

解得
小车和配重一起匀速，设绳的张力为，对配重有
设斜面倾角为，对小车匀速有
而卸粮后给小车一个向下的初速度，小车沿斜坡刚好匀速下行，有

联立各式解得，
（2）关闭发动机后小车和配重一起做匀减速直线运动，设加速度为，对系统由牛顿第二定律有

可得
由运动学公式可知
解得
4. （2021年6月浙江选考物理） 机动车礼让行人是一种文明行为。如图所示，质量的汽车以的速度在水平路面上匀速行驶，在距离斑马线处，驾驶员发现小朋友排着长的队伍从斑马线一端开始通过，立即刹车，最终恰好停在斑马线前。假设汽车在刹车过程中所受阻力不变，且忽略驾驶员反应时间。
（1）求开始刹车到汽车停止所用的时间和所受阻力的大小；
（2）若路面宽，小朋友行走的速度，求汽车在斑马线前等待小朋友全部通过所需的时间；
（3）假设驾驶员以超速行驶，在距离斑马线处立即刹车，求汽车到斑马线时的速度。


【参考答案】（1），；（2）20s；（3）
【名师解析】
（1）根据平均速度
解得刹车时间
刹车加速度
根据牛顿第二定律
解得
（2）小朋友过时间
等待时间
（3）根据
解得
【名师点评】本题以机动车礼让行人为情景，考查牛顿运动定律、匀变速直线运动规律及其相关知识点。
5．(2020·全国卷Ⅰ)我国自主研制了运­20重型运输机。飞机获得的升力大小F可用F＝kv2描写，k为系数；v是飞机在平直跑道上的滑行速度，F与飞机所受重力相等时的v称为飞机的起飞离地速度。已知飞机质量为1.21×105 kg时，起飞离地速度为66 m/s；装载货物后质量为1.69×105 kg，装载货物前后起飞离地时的k值可视为不变。
(1)求飞机装载货物后的起飞离地速度；
(2)若该飞机装载货物后，从静止开始匀加速滑行1 521 m 起飞离地，求飞机在滑行过程中加速度的大小和所用的时间。
【名师解析】：(1)设飞机装载货物前质量为m1，起飞离地速度为v1；装载货物后质量为m2，起飞离地速度为v2，重力加速度大小为g。飞机起飞离地应满足条件
m1g＝kv12①
m2g＝kv22②
由①②式及题给条件得
v2＝78 m/s。③
(2)设飞机滑行距离为s，滑行过程中加速度大小为a，所用时间为t。由匀变速直线运动公式有
v22＝2as④
v2＝at⑤
联立③④⑤式及题给条件得
a＝2.0 m/s2⑥
t＝39 s。⑦
6. （2020新高考山东卷）一质量为m的乘客乘坐竖直电梯下楼，其位移s与时间t的关系图像如图所示。乘客所受支持力的大小用FN表示，速度大小用v表示。重力加速度大小为g。以下判断正确的是

A．0~t1时间内，v增大，FN>mg
B．t1~t2 时间内，v减小，FN