力學(xué)知識在生產(chǎn)和生活中的應(yīng)用講練

1、考點10 力學(xué)知識在生產(chǎn)和生活中的應(yīng)用命題趨勢隨著高考改革的不斷推進(jìn)，知識與能力，以能力考核為主；理論與實際，以解決現(xiàn)實問題為中心；這些已成為高考命題的一個指導(dǎo)思想。因為考生在解決實際問題時，最能顯示其能力大小，而且還能引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注身邊發(fā)生的現(xiàn)象和事件，關(guān)注科技進(jìn)步和社會發(fā)展。作為中學(xué)物理主干知識的力學(xué)，它在日常生活、生產(chǎn)實際和現(xiàn)代科技中的應(yīng)用必定是命題的素材。預(yù)計命題所選的素材會是一些常聽到的、?？吹降?、常被關(guān)注的但不一定認(rèn)真思考過的問題。除現(xiàn)代科技外，涉及天體運(yùn)行、航天技術(shù)、體育運(yùn)動、人體科學(xué)、醫(yī)藥衛(wèi)生、通信交通等各個方面的問題，仍應(yīng)是關(guān)注的重點。知識概要力學(xué)知識在日常生產(chǎn)、生活和現(xiàn)代科技

2、中應(yīng)用非常廣泛，主要有（1）體育運(yùn)動方面：如跳高、跳水、體操、鉛球、標(biāo)槍等；（2）天體物理方面：如天體的運(yùn)行、一些星體的發(fā)現(xiàn)、人類的太空活動等；（3）交通安全方面：汽車制動、安全距離、限速等。由上述題材形成的實際問題，立意新，情景活，對考生獲取信息的能力、分析理解能力、空間想象能力等有較高的要求；同時對考生學(xué)科基礎(chǔ)知識的掌握程度也是一個考驗。解這類問題與解其他物理問題的不同之處在于，首先要把實際問題轉(zhuǎn)化為物理問題。這也是這類問題使一部分考生感到困難的原因。為實現(xiàn)這一轉(zhuǎn)化，應(yīng)重視以下幾點：1、從最基本的概念、規(guī)律和方法出發(fā)考慮問題。以實際情景立意的題目，往往不落俗套、不同于常見題型，由“題?！敝?/p>

3、總結(jié)出來的套路一般很難應(yīng)用。這時從最基本的概念、規(guī)律和方法出發(fā)分析、思考才是正途。這也正是命題者的匠心所具。2、要分析實際現(xiàn)象的空間、時間特征。力學(xué)問題總與時間和空間有關(guān)，從空間上，要關(guān)注場景的細(xì)節(jié)，正確把握力的特征；從時間上，要分析實際現(xiàn)象如何一步一步演變，把這個演變的過程和典型的物理過程相對照，尋求轉(zhuǎn)化。3、要有提出疑問，并探求結(jié)果的意義。面對題目給出的實際現(xiàn)象，應(yīng)能抓住現(xiàn)象的本質(zhì)特征，找出原因、原因的原因，抓住了這串因果鏈，實際上就是找到了解題思路，向物理問題的轉(zhuǎn)化也就自然實現(xiàn)了。4、要畫示意圖，而且要選好的角度。這可以大大降低思考的難度，尤其對于空間想象能力要求較高的題目。點撥解疑【例

4、題1】 目前，運(yùn)動員跳高時采用較多的是背越式。若某跳高運(yùn)動員質(zhì)量為m，身體重心與跳桿的高度差為h，他采用背越式跳這一高度，則他在起跳過程中做的功A必須大于mghB必須大于或等于mghC可以略小于mghD必須略小于mgh【點撥解疑】 這是體育運(yùn)動方面的一個實際問題，應(yīng)仔細(xì)分析運(yùn)動員過桿的細(xì)節(jié)。先是頭、肩過桿，此時頭肩在整個身體上處于最高位置，然后是背、臀依次過桿，此時在整個身體上依次是背、臀處于最高部位，頭、肩在過桿后已下降到桿的下方，腳最后過桿，腳過桿時腳是身體的最高部位，其余部分都已過桿，且都在桿的下方?？傊眢w的各部分是依次逐漸過桿的，而且輪到過桿的部位總是身體的最高部位，過桿時似乎身體始

5、終軟軟的“掛”在桿上（只是身體上“懸掛”的點在變化）。這一情景的物理特征是：過桿時，身體的重心始終在桿的下方，運(yùn)動員重力勢能的增加量略小于mgh。運(yùn)動員在起跳時做的功應(yīng)等于重力勢能的增加量，故C正確。點評：該題的解答過程表明，細(xì)致的分析實際現(xiàn)象時間上的特征是重要的?！纠}2】 人的心臟每跳一次大約輸送8×10-5m3的血液，正常人的血壓（可看作心臟壓送血液的壓強(qiáng)）的平均值約為1.5×104Pa，心跳每分鐘70次，據(jù)此估測心臟工作的平均功率為多少？【點撥解疑】 心臟擠壓輸送血液，這種情景下功和功率的計算與以往力學(xué)中功和功率的計算很不一樣，力和位移都不像常規(guī)題那么清晰。解決該題

6、的關(guān)鍵是：弄清題意后，要尋找一個合適的物理模型，然后才能運(yùn)用物理規(guī)律求解。這里設(shè)想心臟跳動壓送血液類似于圓柱形氣缸中氣體等壓膨脹推動活塞對外做功的模型，且血管橫截面積為S，平均血壓為p，則平均壓力F=pS，心臟每壓送一次，血液的位移為L，對于一次跳動，由功率定義而每次心跳輸送的血液所以 點評：解決實際問題，尋找合適的物理模型，往往是解題的關(guān)鍵。因此要注意兩點，一是要熟悉典型的物理模型，二是要認(rèn)清實際問題的特征。根據(jù)該題結(jié)果，還可求得心臟每天消耗的能量大致為。正常情況下，身材越高大，心臟每次擠壓輸送血液的量越大，心臟消耗能量也越多，故心臟負(fù)擔(dān)越重?！纠}3 】 天文觀測表明，幾乎所有遠(yuǎn)處的恒星（

7、或星系）都在以各自的速度遠(yuǎn)離我們而運(yùn)動，離我們越遠(yuǎn)的星體，背離我們運(yùn)動的速度（稱為退行速度）越大；也就是說，宇宙在膨脹，不同星體的退行速度v和它們離我們的距離r成正比，即v=Hr，式中H為一恒量，稱為哈勃常數(shù)，已由天文觀測測定。為解釋上述現(xiàn)象，有人提出一種理論，認(rèn)為宇宙是從一個爆炸的大火球開始形成的，大爆炸后各星體即以各自不同的速度向外勻速運(yùn)動，并設(shè)想我們就位于其中心。由上述理論和天文觀測結(jié)果，可估算宇宙年齡T，其計算式為T= 。根據(jù)近期觀測，哈勃常數(shù)H=3×10-2m/s光年，由此估算宇宙的年齡約為 年?！军c撥解疑】 本題涉及關(guān)于宇宙形成的大爆炸理論，是天體物理學(xué)研究的前沿內(nèi)容，背

8、景材料非常新穎，題中還給出了不少信息。題目描述的現(xiàn)象是：所有星體都在離我們而去，而且越遠(yuǎn)的速度越大。提供的一種理論是：宇宙是一個大火球爆炸形成的，爆炸后產(chǎn)生的星體向各個方向勻速運(yùn)動。如何用該理論解釋呈現(xiàn)的現(xiàn)象？可以想一想：各星體原來同在一處，現(xiàn)在為什么有的星體遠(yuǎn)，有的星體近？顯然是由于速度大的走得遠(yuǎn)，速度小的走的近。所以距離遠(yuǎn)是由于速度大，v=Hr只是表示v與r的數(shù)量關(guān)系，并非表示速度大是由于距離遠(yuǎn)。對任一星體，設(shè)速度為v，現(xiàn)在距我們?yōu)閞，則該星體運(yùn)動r這一過程的時間T即為所要求的宇宙年齡，T=r/v將題給條件v=Hr代入上式得宇宙年齡 T=1/H將哈勃常數(shù)H=3×10-2m/s&#

9、183;光年代入上式，得T=1010年。點評：有不少考生遇到這類完全陌生的、很前沿的試題，對自己缺乏信心，認(rèn)為這樣的問題自己從來沒見過，老師也從來沒有講過，不可能做出來，因而采取放棄的態(tài)度。其實只要靜下心來，進(jìn)入題目的情景中去，所用的物理知識卻是非常簡單的。這類題搞清其中的因果關(guān)系是解題的關(guān)鍵?！纠}4】 若近似的認(rèn)為月球繞地球公轉(zhuǎn)的軌道與地球繞太陽公轉(zhuǎn)的軌道在同一平面內(nèi)，且均為正圓，又知這兩種轉(zhuǎn)動同向，月相變化的周期為29.5天。求：月球繞地球轉(zhuǎn)一周所用的時間T?！军c撥解疑】本題涉及太陽、地球和月球在空間中的運(yùn)動及位置的相對關(guān)系，需要較強(qiáng)的空間想象能力，畫示意圖能把各天體的相對關(guān)系表示的比較

10、清楚，便于思考。我們抓住月向變化的周期為29.5天這一條件，畫相鄰的兩個相同月相（而且都是滿月）時，三天體的位置情況。圖1即為該示意圖，圖中設(shè)地球和月球的公轉(zhuǎn)都是逆時針的。圖中角是地球在29.5天轉(zhuǎn)過的角度，可用下式計算在這29.5天中，月球已經(jīng)繞地球轉(zhuǎn)過了（360°+）角因此對月球公轉(zhuǎn)的周期T，可列出下面比例式解得T=27.3天點評：解有關(guān)天體物理的題，要養(yǎng)成畫示意圖的習(xí)慣，它能使各種關(guān)系變得清晰起來。針對訓(xùn)練圖21（慣性制導(dǎo)系統(tǒng)中的加速度計）慣性制導(dǎo)系統(tǒng)已廣泛應(yīng)用于彈道式導(dǎo)彈工程中，這個系統(tǒng)的重要元件之一是加速度計，加速度計的構(gòu)造原理的示意圖如圖2所示沿導(dǎo)彈長度方向安裝的固定光滑

11、桿上套一質(zhì)量為m的滑塊，滑塊兩側(cè)分別與勁度系數(shù)均為k的彈簧相連，兩彈簧的另一端與固定壁相連，滑塊原來靜止，彈簧處于自然長度滑塊上有指針，可通過標(biāo)尺測出滑塊的位移，然后通過控制系統(tǒng)進(jìn)行制導(dǎo)。設(shè)某段時間內(nèi)導(dǎo)彈沿水平方向運(yùn)動，指針向左偏離O點的距離為s，則這段時間內(nèi)導(dǎo)彈的加速度（） 方向向左，大小為ks/m方向向右，大小為ks/m方向向左，大小為2ks/m方向向右，大小為2ks/m2（抗洪搶險中的登陸點）在抗洪搶險中，戰(zhàn)士駕駛摩托艇救人，假設(shè)江岸是平直的，洪水沿江向下游流去，水流速度為v1，摩托艇在靜水中的航速為v2，戰(zhàn)士救人的地點A離岸邊最近處O的距離為d。如戰(zhàn)士想在最短時間內(nèi)將人送上岸，則摩托艇

12、登陸的地點離O點的距離為（）dv2/ 0 dv1/2 dv2/1圖33（快艇牽引滑板的最小速度）在電視節(jié)目中，我們常常能看到一種精彩的水上運(yùn)動滑水板。如圖3所示，運(yùn)動員在快艇的水平牽引力作用下，腳踏傾斜滑板在水上勻速滑行。設(shè)滑板是光滑的，運(yùn)動員與滑板的總質(zhì)量m70kg，滑板的總面積S0.122，水的密度1.0×103kg/m3理論研究表明：當(dāng)滑板與水平方向的夾角為（板前端抬起的角度）時，水對板的作用力大小，方向垂直于板面。式中v為快艇的牽引速度，S為滑板的滑水面積。求：為使滑板能在水面上滑行，快艇水平牽引滑板的最小速度。4（高速公路上的汽車間距）為了安全，在公路上行駛的汽車之間應(yīng)保持

13、必要的距離。已知某高速公路的最高限速v120k/，假設(shè)前方車輛突然停止，后面車輛司機(jī)從發(fā)現(xiàn)這一情況起，經(jīng)操縱剎車到汽車開始減速所經(jīng)歷的時間（即反應(yīng)時間）t0.50。剎車時汽車受到阻力的大小f為汽車重力的0.40倍，該高速公路上汽車間的距離s至少應(yīng)為多少?取重力加速度g10 m/s25（玻璃板生產(chǎn)線上割刀的走向）玻璃生產(chǎn)線上，寬9的成型玻璃板以2 m/s的速度連續(xù)不斷地向前行進(jìn)，在切割時，金剛鉆的走刀速度為10m/s。為了使割下的玻璃板都成規(guī)定尺寸的矩形，金剛割刀的軌道應(yīng)如何控制?切割一次的時間多長?6（蹦床中網(wǎng)對運(yùn)動員的作用力）蹦床是運(yùn)動員在一張繃緊的彈性網(wǎng)上蹦跳、翻滾并做各種空中動作的運(yùn)動項

14、目，一個質(zhì)量為60kg的運(yùn)動員，從離水平網(wǎng)面3.2高處自由下落，著網(wǎng)后沿豎直方向蹦回到離水平網(wǎng)面5.0高處。已知運(yùn)動員與網(wǎng)接觸的時間為1.2，若把在這段時間內(nèi)網(wǎng)對運(yùn)動員的作用力當(dāng)作恒力處理，求此力的大?。?0/s2）圖47（交通事故的檢測）在某市區(qū)內(nèi)，一輛小汽車在公路上以速度v1向東行駛，一位觀光游客正由南向北從斑馬線上橫過馬路。汽車司機(jī)發(fā)現(xiàn)游客途經(jīng)D處時，經(jīng)過0.7s作出反應(yīng)緊急剎車，但仍將正步行至B處的游客撞傷，該汽車最終在C處停下，如圖4所示。為了判斷汽車司機(jī)是否超速行駛以及游客橫穿馬路的速度是否過快，警方派一警車以法定最高速度vm14.0m/s行駛在同一馬路的同一地段，在肇事汽車的起始

15、制動點A緊急剎車，經(jīng)14.0后停下來。在事故現(xiàn)場測得17.5，14.0，2.6肇事汽車的剎車性能良好，問：（1）該肇事汽車的初速度vA是多大?（2）游客橫過馬路的速度是多大? 8（雜技“頂桿”表演）表演“頂桿”雜技時，一人站在地上（稱為“底人”），肩上扛一長6、質(zhì)量為5kg的竹竿。一質(zhì)量為40kg的演員在竿頂從靜止開始先勻加速再勻減速下滑，滑到竿底時速度正好為零。假設(shè)加速時的加速度大小是減速時的2倍，下滑總時間為3s，問這兩個階段竹竿對“底人”的壓力分別為多大?（g取10m/s2）9神舟五號載入飛船在繞地球飛行的第5圈進(jìn)行變軌，由原來的橢圓軌道變?yōu)榫嗟孛娓叨萮=342km的圓形軌道。已知地球半

16、徑R=6.37×103km，地面處的重力加速度g=10m/s2。試導(dǎo)出飛船在上述圓軌道上運(yùn)行的周期T的公式（用h、R、g表示），然后計算周期T的數(shù)值（保留兩位有效數(shù)字）。參考答案1 2 33.9 41.6×102 5與玻璃運(yùn)動方向夾角0.92s 6解析將運(yùn)動員看作質(zhì)量為m的質(zhì)點，從h1高處下落，剛接觸網(wǎng)時速度的大小v1（向下）彈跳后到達(dá)的高度為h2，剛離網(wǎng)時速度的大小為2（向上）.速度的改變量vv1v2（向上）.以表示加速度，t表示運(yùn)動員與網(wǎng)接觸的時間，則vat接觸過程中運(yùn)動員受到向上的彈力F和向下的重力mg，由牛頓第二定律得Fmgma.由以上各式解得Fmgm·（

17、）/t），代入數(shù)值得F1.5×102點評本題與小球落至地面再彈起的傳統(tǒng)題屬于同一物理模型，但將情景放在蹦床運(yùn)動中，增加了問題的實踐性和趣味性。本題將網(wǎng)對運(yùn)動員的作用力當(dāng)作恒力處理從而可用牛頓第二定律結(jié)合勻變速運(yùn)動公式求解。實際情況作用力應(yīng)是變力，則求得的是接觸時間內(nèi)網(wǎng)對運(yùn)動員的平均作用力。本題在得出v1、v2后，也可在接觸時間內(nèi)對運(yùn)動員應(yīng)用動量定理，從而求得作用力F。7解析（1）警車和肇事汽車剎車后均做勻減速運(yùn)動，其加速度大小，與車子的質(zhì)量無關(guān)，可將警車和肇事汽車做勻減速運(yùn)動的加速度的大小視作相等。對警車，有vm22s；對肇事汽車，有vA22s，則vm2/vA2s/s，即vm2/vA

18、2s()14.0(17.514.0)，故m/s（2）對肇事汽車，由v022ss得vA2vB2()(17.514.0)14.0，故肇事汽車至出事點的速度為 vBvA14.0m/s肇事汽車從剎車點到出事點的時間 t12(vA+vB)1s，又司機(jī)的反應(yīng)時間t00.7s，故游客橫過馬路的速度 vt0t12.6(0.71)1.53m/s。從上面的分析求解可知，肇事汽車為超速行駛，而游客的行走速度并不快。點評：本題涉及的知識點并不復(fù)雜，物理情景則緊密聯(lián)系生活實際，主要訓(xùn)練學(xué)生的信息汲取能力和分析推理能力。8解析設(shè)竿上演員下滑過程中的最大速度為v，加速和減速階段的加速度大小分別為1和2，則 122.由vt/2h，得2h/t2×6/34m/s，以t1、t2分別表示竿上演員加速和減速下滑的時間，由v1t1和v2t2，得（v/1）（v/2）t1t2t，即（4/1）（4/2）3由、兩式解得14/s2，22/s2。在下滑的加速階段，對竿上演員應(yīng)用牛頓第二定律，有mgf1m1，得f1