新教材适用2024版高考物理二轮总复习第2部分考前应试策略指导3考前必明的6大情境热点热点情境5冬奥滑雪类教师用书

热点情境5冬奥滑雪类1.自由式滑雪大跳台作为北京冬奥会新增项目备受期待，滑道由助滑道、起跳台、着陆坡、停止坡组成。如图所示，运动员使用双板进行滑行，自由式滑雪的滑雪板必须坚固、耐用，除要安装脱落器以外，还必须安装停速器或止滑器。下列说法正确的是(C)A．助滑时运动员两腿尽量深蹲是为了降低重心增大重力B．起跳后运动员在完成空中动作时运动员可看作质点C．着陆时运动员控制身体屈膝下蹲，可以减小冲击力D．停止蹬地运动员就会缓慢停下，在缓慢停下的过程中运动员与滑雪板间的摩擦力是滑动摩擦力【解析】降低重心不会增大重力，A错误；考虑运动员的动作时不可以看作质点，B错误；着陆时运动员控制身体屈膝下蹲可以延长落地时间，根据动量定理可知，可以减少平均冲击力，C正确；在缓慢停下的过程中运动员与滑雪板间的摩擦力是静摩擦力，D错误。2.2022年北京冬奥会自由式滑雪空中技巧项目在张家口云顶滑雪公园举行。奥运冠军徐梦桃(无滑雪杖)从助滑坡滑下，从圆弧形跳台起跳，在空中完成空翻、旋转等动作后在着陆坡着陆，最后以旋转刹车方式急停在停止区，关于运动员在圆弧形跳台上的运动，下列说法正确的是(D)A．在此阶段运动员受重力、支持力和向心力B．在圆弧形跳台最低点时运动员处于失重状态C．在此阶段运动员的滑行速率保持不变D．在圆弧形跳台最低点时运动员处于超重状态【解析】运动员在圆弧形跳台上的运动过程中，受到重力、支持力和雪地的摩擦阻力作用，没有受到向心力作用，向心力是按效果命名的，不是物体实际所受的力，选项A错误；在圆弧形跳台最低点时，因为进入圆周运动状态，需要向心力，方向向上，所以合力向上，处于超重状态，选项B错误，D正确；随着运动员在圆弧形跳台上高度的升高，受向下的重力和雪地的摩擦阻力作用，速率逐渐减小，选项C错误。故选D。3.2022年2月5日，由曲春雨、范可新、张雨婷、武大靖、任子威组成的短道速滑混合接力队夺得中国在本次冬奥会的首枚金牌。如图所示，若将武大靖在弯道转弯的过程看成在水平冰面上的一段匀速圆周运动(不考虑冰刀嵌入冰内部分)，已知武大靖质量为m，转弯时冰刀平面与冰面间夹角为θ，冰刀与冰面间的动摩擦因数为μ，弯道半径为R，重力加速度为g，最大静摩擦力等于滑动摩擦力。则武大靖在弯道转弯时不发生侧滑的最大速度为(D)A.eq\r(μgR1＋tanθ) B．eq\r(μgRcosθ)C.eq\r(μgR1＋cosθ) D．eq\r(μgR)【解析】最大静摩擦力等于滑动摩擦力，武大靖在弯道转弯时不发生侧滑的最大速度为μmg＝meq\f(v2,R)，则v＝eq\r(μgR)，故D正确。4.2022年2月7日在首都体育馆举行的北京2022年冬奥会短道速滑项目男子1000米决赛中，中国选手任子威夺得冠军，其比赛场地如图甲所示，场地周长111.12m，其中直道长度为28.85m，弯道半径为8m。若一名质量为50kg的运动员以大小12m/s的速度进入弯道，紧邻黑色标志块做匀速圆周运动，如图乙所示，运动员可看作质点，重力加速度g取10m/s2，则运动员在弯道上受到冰面最大作用力的大小最接近的值为(C)A．500N B．900NC．1030N D．2400N【解析】运动员在水平面内做匀速圆周运动需要的向心力为Fn＝meq\f(v2,r)＝900N，竖直方向受力平衡FN＝mg＝500N，所以运动员受到冰面的作用力F＝eq\r(F\o\al(2,n)＋F\o\al(2,N))≈1030N，故选C。5.冬季奥运会中有自由式滑雪U形池比赛项目，其赛道横截面如图所示，为一半径为R、粗糙程度处处相同的半圆形赛道竖直固定放置，直径POQ水平。一质量为m的运动员(按质点处理)自P点上方高度R处由静止开始下落，恰好从P点进入赛道。运动员滑到赛道最低点N时，对赛道的压力为4mg，g为重力加速度的大小。用W表示运动员从P点运动到N点的过程中克服赛道摩擦力所做的功(不计空气阻力)，则(D)A．W＝eq\f(3,4)mgR，运动员没能到达Q点B．W＝eq\f(1,4)mgR，运动员能到达Q点并做斜抛运动C．W＝eq\f(1,2)mgR，运动员恰好能到达Q点D．W＝eq\f(1,2)mgR，运动员能到达Q点并继续竖直上升一段距离【解析】在N点，根据牛顿第二定律有：FN－mg＝meq\f(v\o\al(2,N),R)，解得：vN＝eq\r(3gR)，对质点从下落到N点的过程运用动能定理得：mg·2R－W＝eq\f(1,2)mveq\o\al(2,N)－0，解得：W＝eq\f(1,2)mgR，由于PN段速度大于NQ段速度，所以NQ段的支持力小于PN段的支持力，则在NQ段克服摩擦力做功小于在PN段克服摩擦力做功，对NQ段运用动能定理得：－mgR－W′＝eq\f(1,2)mveq\o\al(2,Q)－eq\f(1,2)mveq\o\al(2,N)，因为W′<eq\f(1,2)mgR，可知vQ>0，所以质点到达Q点后，继续上升一段距离，A、B、C错误，D正确。6.2022年2月北京举办了第24届冬季奥运会，成为全球首座“双奥之城”。在此期间，17岁的中国运动员苏翊鸣夺得男子单板滑雪大跳台项目金牌，成为中国首个单板滑雪奥运冠军。图甲所示是苏翊鸣在北京首钢滑雪大跳台中心的比赛过程，现将其运动过程简化为如图乙所示。运动员以水平初速度v0从P点冲上半径为R的六分之一圆弧跳台，离开跳台后M点为运动员的最高位置，之后运动员落在了倾角为θ的斜坡，落点距Q点的距离为L。若忽略运动员及滑雪板运动过程中受到的一切阻力并将其看成质点，g取10m/s2，则下列说法正确的是(D)A．运动员在最高点速度为0B．最高点M距水平面PQ的竖直距离为eq\f(3,8)eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(v\o\al(2,0),g)－R))C．运动员离开圆弧跳台后在空中运动的时间eq\r(\f(2Lsinθ,g)＋\f(R,4g)＋\f(3v\o\al(2,0),4g2))D．运动员落在斜面时的速度大小为eq\r(v\o\al(2,0)＋2gLsinθ)【解析】运动员在最高点时具有水平速度，则速度不为0，选项A错误；脱离六分之一圆弧跳台时eq\f(1,2)mveq\o\al(2,0)＝mgR(1－cos60°)＋eq\f(1,2)mveq\o\al(2,1)，解得v1＝eq\r(v\o\al(2,0)－gR)，脱离跳台时的水平速度v1x＝v1cos60°＝eq\f(1,2)eq\r(v\o\al(2,0)－gR)，从P点到M点由机械能守恒eq\f(1,2)mveq\o\al(2,0)＝mghM＋eq\f(1,2)mveq\o\al(2,1x)，解得最高点M距水平面PQ的竖直距离为hM＝eq\f(3v\o\al(2,0),8g)＋eq\f(R,8)，选项B错误；运动员从P点到落在斜面时eq\f(1,2)mveq\o\al(2,2)＝eq\f(1,2)mveq\o\al(2,0)＋mgLsinθ，解得运动员落在斜面时的速度大小为v2＝eq\r(v\o\al(2,0)＋2gLsinθ)，则运动员落在斜面时的竖直速度v2y＝eq\r(v\o\al(2,2)－v\o\al(2,1x))＝eq\r(\f(3,4)v\o\al(2,0)＋2gLsinθ＋\f(1,4)gR)，则从离开跳台到落在斜面上v2y＝－v1sin60°＋gt，解得运动员离开圆弧跳台后在空中运动的时间t＝eq\f(\r(\f(3,4)v\o\al(2,0)＋2gLsinθ＋\f(1,4)gR)＋\f(\r(3),2)\r(v\o\al(2,0)－gR),g)，选项C错误，D正确。7.(多选)2022年2月18日，我国运动员夺得北京冬奥会自由式滑雪女子U形场地技巧赛冠军。比赛场地可简化为如图甲所示的模型：滑道由两个半径相同的四分之一圆柱面轨道连接而成，轨道的倾角为θ。某次腾空时，运动员(视为质点)以大小为v的速度从轨道边缘上的M点沿轨道的竖直切面ABCD滑出轨道，速度方向与轨道边缘AD的夹角为90°－θ，腾空后沿轨道边缘AD上的N点进入轨道，腾空过程(从M点运动到N点的过程)的左视图如图乙所示。重力加速度大小为g，不计空气阻力。下列说法正确的是(BD)A．运动员腾空过程中处于超重状态B．运动员腾空过程中离开AD的最大距离为eq\f(v2cosθ,2g)C．运动员腾空的时间为eq\f(2vcosθ,gsinθ)D．M、N两点的距离为eq\f(4v2sinθ,g)【解析】加速度方向向上则超重，加速度方向向下则失重，运动员腾空过程中加速度方向一直向下，运动员一直处于失重状态，故A错误；运动员在M点时垂直AD方向的速度大小v1＝vsin(90°－θ)，设运动员在ABCD面内垂直AD方向的加速度大小为a1，根据牛顿第二定律有mgcosθ＝ma1，设运动员腾空过程中离开AD的最大距离为d，根据匀变速直线运动的规律有veq\o\al(2,1)＝2a1d，解得d＝eq\f(v2cosθ,2g)，故B正确；运动员从M点到离开AD最远的时间t0＝eq\f(v1,a1)＝eq\f(v,g)，根据对称性可知，运动员腾空的时间t＝2t0＝eq\f(2v,g)，故C错误；运动员在M点时平行AD方向的速度大小v2＝vcos(90°－θ)，设运动员在ABCD面内平行AD方向的加速度大小为a2，根据牛顿第二定律有mgsinθ＝ma2，根据匀变速直线运动的规律可知，M、N两点的距离x＝v2t＋eq\f(1,2)a2t2＝eq\f(4v2sinθ,g)，故D正确。故选BD。8.如图1所示为单板滑雪U形池的比赛场地，比赛时运动员在U形滑道内边滑行边利用滑道做各种旋转和跳跃动作，裁判员根据运动员的腾空高度、完成的动作难度和效果评分。图2为该U形池场地的横截面图，AB、CD为半径R＝4m的四分之一光滑圆弧雪道，BC为水平雪道且与圆弧雪道相切，BC长为4.5m，质量为60kg的运动员(含滑板)以5m/s的速度从A点滑下，经U形雪道从D点竖直向上飞出，在D点上方完成动作的时间为t＝0.8s，然后又从D点返回U形雪道，忽略空气阻力，运动员可视为质点，求：(1)运动员与BC雪道间的动摩擦因数；(2)运动员首次运动到C点时对雪道的压力；(3)运动员最后距离B点多远处停下。【答案】(1)0.1(2)2040N方向竖直向下(3)在B点右侧1.5m处停下【解析】(1)设运动员从D点向上飞出的速度为vD，则vD＝g×eq\f(t,2)＝4m/s运动员从A点到D点的过程，由动能定理得－μmgxBC＝eq\f(1,2)mveq\o\al(2,D)－eq\f(1,2)mveq\o\al(2,A)解得μ＝0.1。(2)运动员从C点运动到D点的过程中，由动能定理得－mgR＝eq\f(1,2)mveq\o\al(2,D)－eq\f(1,2)mveq\o\al(2,C)设运动员首次运动到C点时对雪道的压力为N，由牛顿第二定律知N－mg＝meq\f(v\o\al(2,C),R)联立得N＝2040N，方向竖直向上。由牛顿第三定律，压力大小2040N，方向竖直向下。(3)设运动员运动的全过程在水平雪道上通过的路程为x，由动能定理得mgR－μmgx＝0－eq\f(1,2)mveq\o\al(2,A)解得x＝52.5m所以运动员在水平雪道上运动了5.5个来回后到达C点左侧3m处，故最后在B点右侧1.5m处停下。9.如图所示为一自由式滑雪空中技巧比赛场地示意图，比赛场地由出发区AB、助滑坡BC、第一过渡区CD、跳台DE、第二过渡区EF、着陆坡FG和终点区GH组成，在H处安置半径为R＝2.0m的圆形轨道，出口靠近但相互错开：第一过渡区和终点区的最低点在同一水平地面上，出发区距地面的高度hB＝8.4m，跳台最高点E和着陆坡最高点F离地面的高度均为h0＝4.0m，着陆坡坡角37°；运动员从助滑坡顶端B由静止滑下，离开跳台在空中完成预定动作后到达F点正上方以水平速度v＝4.0m/s飞出，在落到倾斜雪道FG上时，运动员靠改变姿势进行缓冲使自己只保留沿斜面的分速度而不弹起。假设运动员连同滑雪板的总质量m＝110kg，除缓冲过程外运动员均可视为质点，滑雪板与雪道GH的动摩擦因数μ＝0.1，不计其余滑道阻力和空气的阻力，sin37°＝0.6，cos37°＝0.8，重力加速度g＝10m/s2，求：(1)运动员到达F点正上方时距离地面的高度h；(2)运动员在倾斜雪道FG上的落点距离地面的高度h1；(3)已知运动员落在倾斜雪道FG上K点之后的速度为10.4m/s(沿斜面向下)，若运动员能够不脱离圆形轨道顺利通过最高点M，求雪道GH的最大长度。【答案】(1)7.6m(2)0.4m(3)8.08m【解析】(1)运动员连同滑雪板从B点运动到F点正上方过程，根据机械能守恒定律：mghB＝mgh＋eq\f(1,2)mv2解得h＝7.6m。(2)根据平抛运动规律可得：h－h1＝eq\f(1,2)gt2位移关系为：tan37°＝eq\f(h0－h1,vt)联立可得：h1＝0.4m或5.8m(不合题意舍去)。(3)当运动员恰好不脱离圆形轨道通过最高点时：mg＝meq\f(v\o\al(2,M),R)从K点运动到M点过程，根据动能定理得：mgh1－μmgl－2mgR＝eq\f(1,2)mveq\o\al(2,M)－eq\f(1,2)mveq\o\al(2,K)联立可得：l＝8.08m。10.我国选手在北京冬奥会自由式滑雪女子U形场地技巧决赛中夺得金牌。如图所示，某比赛用U形池场地长度L＝160m、宽度d＝20m、深度h＝7.25m，两边竖直雪道与池底平面雪道通过圆弧雪道连接组成，横截面像“U”字形状，池底雪道平面与水平面夹角为θ＝20°。为测试赛道，将一质量m＝1kg的小滑块从U形池的顶端A点以初速度v0＝eq\r(0.7)m/s滑入；滑块从B点第一次冲去U形池，冲出B点的速度vB＝10m/s，与竖直方向夹角为α(α未知)，再从C点重新落回U形池(C点图中未画出)。已知A、B两点间直线距离为25m，不计滑块所受的空气阻力，sin20°