1-6匀变速直线运动中的STSE问题（解析版）—2024高考物理一轮复习100考点100讲

这是一份1-6匀变速直线运动中的STSE问题（解析版）—2024高考物理一轮复习100考点100讲，共18页。试卷主要包含了2 m　　　B．6，5 s，75 m/s2，7×103s=36，0s等内容，欢迎下载使用。
2024高考物理一轮复习100考点100讲
第一章 直线运动
第1.6讲 匀变速直线运动中的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。运动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．

【典例分析】
题型1 结合汽车通过ETC通道的情景，考查直线运动中的临界问题
【典例1】 [2021·广州一模]高速公路的ETC电子收费系统如图所示，ETC通道的长度是识别区起点到自动栏杆的水平距离．某汽车以21.6 km/h的速度匀速进入识别区，ETC天线用了0.3 s的时间识别车载电子标签，识别完成后发出“滴”的一声，司机发现自动栏杆没有抬起，于是采取制动刹车，汽车刚好没有撞杆．已知司机的反应时间为0.7 s，刹车的加速度大小为5 m/s2，则该ETC通道的长度约为(　　)

A．4.2 m　　　B．6.0 m　　　C．7.8 m　　　D．9.6 m
【名师解析】：本题考查直线运动中的临界问题．汽车的速度21.6 km/h＝6 m/s，汽车在前0.3 s＋0.7 s内做匀速直线运动，位移为x1＝v0(t1＋t2)＝6×(0.3＋0.7) m＝6 m，随后汽车做匀减速运动，位移为x2＝v022a＝622×5 m＝3.6 m，所以该ETC通道的长度为L＝x1＋x2＝6 m＋3.6 m＝9.6 m，故A、B、C错误，D正确．
答案：D
题型2 以“酒驾”为背景考查匀变速直线运动规律
【典例2】 (多选)酒后驾驶会导致许多安全隐患，这是因为驾驶员的反应时间变长．反应时间是指驾驶员从发现情况到采取制动的时间．下表中“思考距离”是指驾驶员发现情况到采取制动的时间内汽车的行驶距离，“制动距离”是指驾驶员发现情况到汽车停止行驶的距离．(假设汽车制动加速度都相同)
速度(m/s)
思考距离(m)
制动距离(m)
正常
酒后
正常
酒后
15
7.5
15.0
22.5
30.0
20
10.0
20.0
36.7
46.7
25
12.5
25.0
54.2
66.7
分析上表可知，下列说法正确的是(　　)
A．驾驶员正常情况下反应时间为0.5 s
B．驾驶员酒后反应时间比正常情况慢0.5 s
C．驾驶员采取制动措施后汽车加速度大小为3.75 m/s2
D．当车速为25 m/s时，发现前方60 m处有险情，酒驾者不能安全停止
【名师解析】反应时间＝思考距离÷车速，因此正常情况下反应时间为0.5 s，酒后反应时间为1 s，故A、B正确；设汽车从开始制动到停车的位移为x，则x＝x制动－x思考，根据匀变速直线运动公式v2＝2ax，解得a＝7.5 m/s2，C错误；根据表格知，车速为25 m/s时，酒后制动距离为66.7 m>60 m，故不能安全停车，D正确．
答案：ABD
题型3 以体育运动为背景考查多过程运动问题
【典例3】 如图所示，甲、乙两个同学在直跑道上练习4×100 m 接力，他们在奔跑时有相同的最大速度．乙从静止开始全力奔跑需跑出25 m才能达到最大速度，这一过程可看成匀变速直线运动．现在甲持棒以最大速度向乙奔来，乙在接力区伺机全力奔出．若要求乙接棒时奔跑达到最大速度的80%，则：

(1)乙在接力区需跑出多少距离？
(2)乙应在距离甲多远时起跑？
【名师解析】本题涉及两个研究对象，其中甲运动员做匀速直线运动，乙运动员做初速度为零的匀加速直线运动，关联的地方是：①从开始运动至完成交接棒过程，他们的运动时间相等；②在这段时间内，甲的位移等于乙的位移与乙起跑时甲、乙之间距离的和．设甲、乙的最大速度为v，从乙起跑到接棒的过程中，甲、乙运动时间为t.
(1)乙起跑后做初速度为零的匀加速直线运动，设其加速度为a，v2＝2ax.
乙接棒时奔跑达到最大速度的80%，得v1＝v×80%，
v12＝2ax乙，x乙＝0.64v22a＝16 m.
乙在接力区需跑出的距离为16 m.
(2)乙的运动为匀加速直线运动，乙从起跑到接棒的时间为t，t＝v1a＝0.8va，x乙＝0+v12t；甲做匀速直线运动，其在乙从起跑到接棒的时间t内的位移为x甲＝vt＝40 m；
乙起跑时距离甲的距离为Δx＝x甲－x乙＝24 m.
答案：(1)16 m　(2)24 m

题型4. 交通安全
【典例4】　为了安全，学校校门前马路一般有限速标志．如图所示，为一学校门口前面马路的俯视图．绿灯时，在十字路口A线处有一轿车(可视为质点)从静止开始做匀加速直线运动，轿车的最大启动加速度为10 m/s2.距A线l1＝500 m处有一减速区，减速区宽度l2＝15 m，在减速区能达到的加速度数值足够大．设学校门口限速36 km/h，市区内轿车限速72 km/h.要求轿车从进入减速区时开始减速，减速时视为做匀减速直线运动．在不违规的情况下，试求轿车从A开始启动到学校门口B的最短时间．

【名师解析】：轿车以最大加速度启动达到限速v1的时间t1，v1＝at1
启动经过的位移为x1，v12＝2ax1；
匀速运动的时间为t2，l1－x1＝v1t2
在减速区内时间为t3， v1+v22t3＝l2
总时间为t，t＝t1＋t2＋t3，
代入数据得t＝27 s.
【高考真题精练】
1．（2022·全国理综甲卷·15）长为l的高速列车在平直轨道上正常行驶，速率为，要通过前方一长为L的隧道，当列车的任一部分处于隧道内时，列车速率都不允许超过。已知列车加速和减速时加速度的大小分别为a和，则列车从减速开始至回到正常行驶速率所用时间至少为（ ）
A．
B．
C．
D．
【参考答案】C
【命题意图】本题考查匀变速直线运动规律。
【解题思路】列车减速运动时间t1=，匀速运动时间t2=，加速运动时间t3=，总时间t= t1+ t2+ t3=++=+，选项C正确。


2. （2022山东物理）无人配送小车某次性能测试路径如图所示，半径为的半圆弧与长的直线路径相切于B点，与半径为的半圆弧相切于C点。小车以最大速度从A点驶入路径，到适当位置调整速率运动到B点，然后保持速率不变依次经过和。为保证安全，小车速率最大为。在段的加速度最大为，段的加速度最大为。小车视为质点，小车从A到D所需最短时间t及在段做匀速直线运动的最长距离l为（　　）


A.
B.
C.
D.
【参考答案】B
【命题意图】本题考查直线运动及其相关知识点。
【名师解析】在BC段的最大加速度为a1=2m/s2，则根据
可得在BC段的最大速度为
在CD段的最大加速度为a2=1m/s2，则根据
可得在BC段的最大速度为
可知在BCD段运动时的速度为v=2m/s，在BCD段运动的时间为
AB段从最大速度vm减速到v的时间
位移
在AB段匀速的最长距离为l=8m-3m=5m
则匀速运动的时间
则从A到D最短时间为，故选B。

3. （2022高考湖北物理）我国高铁技术全球领先，乘高铁极大节省了出行时间。假设两火车站W和G间的铁路里程为1080 km，W和G之间还均匀分布了4个车站。列车从W站始发，经停4站后到达终点站G。设普通列车的最高速度为108 km/h，高铁列车的最高速度为324 km/h。若普通列车和高铁列车在进站和出站过程中，加速度大小均为0.5 m/s2，其余行驶时间内保持各自的最高速度匀速运动，两种列车在每个车站停车时间相同，则从W到G乘高铁列车出行比乘普通列车节省的时间为（　　）
A. 6小时25分钟 B. 6小时30分钟
C. 6小时35分钟 D. 6小时40分钟
【参考答案】B
【命题意图】本题考查匀变速直线运动规律的应用。
【解题思路】普通列车最高速度v1=108km/h=30m/s；高速列车最高速度v2=324km/h=90m/s；普通列车经过每个站加速或减速时间t1=v1/a=60s，加速或减速路程s1==900m，全程需要时间T1=10 t1+s=600s+35.7×103s=36.3×103s；高铁列车经过每个站加速或减速时间t2=v2/a=180s，加速或减速路程s2==8100m，全程需要时间T2=10 t2+s=1800s+11100s=12.9×103s；高铁比普通列车节省时间△T= T1-T2=36.3×103s-12.9×103s=23.4×103s=6.5h，选项B正确。
4. （2021高考新课程湖北卷）2019年，我国运动员陈芋汐获得国际泳联世锦赛女子单人10米跳台冠军。某轮比赛中，陈芋汐在跳台上倒立静止，然后下落，前5 m完成技术动作，随后5 m完成姿态调整。假设整个下落过程近似为自由落体运动，重力加速度大小取10 m/s2，则她用于姿态调整的时间约为（　　）
A.0.2 s B.0.4s C.1.0 s D.1.4s
【参考答案】B
【解题思路】根据自由落体运动规律，5=，5+5=，联立解得t2=0.4s，选项B正确。

5. （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。

6．（2019全国理综I卷18）如图，篮球架下的运动员原地垂直起跳扣篮，离地后重心上升的最大高度为H。上升第一个所用的时间为t1，第四个所用的时间为t2。不计空气阻力，则满足

A．1