優(yōu)質(zhì)創(chuàng)新試題選登

1.2022年2月10日,日本花滑選手羽生結(jié)弦在第24屆北京冬奧會(huì)上挑戰(zhàn)4A遺憾失敗。4A全稱(chēng)為阿克塞爾四周跳,是花樣滑冰所有跳躍動(dòng)作中難度系數(shù)最高的,運(yùn)動(dòng)員需要在空中旋轉(zhuǎn)四周半,如圖1。如圖2,一花滑運(yùn)動(dòng)員跳起后離地高度可達(dá)0.8 m,落地屈膝的豎直作用距離為0.2 m,作用時(shí)間為0.1 s。已知該名運(yùn)動(dòng)員的體重是53 kg,重力加速度g取10 m/s2。則落地過(guò)程,該名運(yùn)動(dòng)員受到地面垂直方向的平均作用力約為其體重的 ( )

圖1

圖2

A.2倍 B.3倍 C.5倍 D.7倍

【試題分析】本題與生活緊密聯(lián)系,主要考查學(xué)生模型建構(gòu)能力。符合四翼中應(yīng)用性的要求。以運(yùn)動(dòng)員的重心作為研究對(duì)象,利用自由落體運(yùn)動(dòng)規(guī)律求得運(yùn)動(dòng)員落地瞬間的速度。通過(guò)合理假設(shè),落地屈膝可看作勻減速運(yùn)動(dòng)求得作用時(shí)間,通過(guò)動(dòng)量定理求出這段時(shí)間地面對(duì)運(yùn)動(dòng)員的作用力。

【解析二】由動(dòng)量守恒定律得Ft-mg(t+t1)=0,解得F=5mg。

【答案】C

(作者姓名、單位：江賢聰 廣州市第五中學(xué))

2.2022年春晚舞臺(tái)上的歌曲《時(shí)代感》唱出了對(duì)祖國(guó)日新月異發(fā)展的自豪和對(duì)未來(lái)的憧憬。在演唱的過(guò)程中,演員活力四射、跳出畫(huà)面的情景給我們留下了很深的印象。如圖3,關(guān)于演員雙腳剛要離開(kāi)地面的過(guò)程中,不計(jì)空氣阻力,下列說(shuō)法正確的是 ( )

圖3

A.地面對(duì)演員的支持力的沖量不為零,做功也不為零

B.演員的機(jī)械能守恒

C.演員處于超重狀態(tài),且加速度的方向與其動(dòng)量改變量的方向相同

D.地面對(duì)演員的支持力大于演員對(duì)地面的壓力

【試題分析】試題以春晚舞臺(tái)上的歌曲《時(shí)代感》為試題底色,激發(fā)學(xué)生熱愛(ài)祖國(guó)的情感、提升他們的民族自信心和自豪感。用演員在表演中跳離地面的過(guò)程為情境,考查學(xué)生由“實(shí)際問(wèn)題”構(gòu)建“物理模型”的能力及學(xué)生對(duì)牛頓運(yùn)動(dòng)定律、機(jī)械能守恒定律、動(dòng)量定理、沖量以及功的理解;試題要求學(xué)生結(jié)合題目信息,考慮演員跳離地面的過(guò)程,應(yīng)用質(zhì)點(diǎn)模型對(duì)本題進(jìn)行求解。試題突出物理學(xué)科的基礎(chǔ)性,既注重對(duì)核心物理概念和規(guī)律的考查,也注重對(duì)探究過(guò)程、研究方法等內(nèi)容的考查,試題情境與內(nèi)容的有機(jī)融合,考查學(xué)生靈活運(yùn)用所形成的物理觀念、科學(xué)思維分析解決實(shí)際問(wèn)題的能力,落實(shí)物理學(xué)科核心素養(yǎng)的培養(yǎng)。引導(dǎo)學(xué)生注重基礎(chǔ),促進(jìn)課堂回歸教材。

【答案】C

(作者姓名、單位：李曉青 邯鄲市第十中學(xué))

3.斯諾克(Snooker)是臺(tái)球比賽的一種,如圖4,5,斯諾克臺(tái)球有時(shí)也被稱(chēng)為障礙臺(tái)球。此項(xiàng)運(yùn)動(dòng)擊球次序?yàn)橐粋€(gè)紅球、一個(gè)彩球直至紅球全部落袋,然后按彩球分值由低至高的順序也至全部離臺(tái)為止,最后以得分高者為勝,所有球的重量必須相同。在水平桌面上,對(duì)質(zhì)量為m的白球以速度v0擊打一靜止的紅球的四個(gè)全過(guò)程進(jìn)行了頻閃照相拍攝,如圖所示,據(jù)此可推斷,在誤差范圍內(nèi),以下說(shuō)法正確的是 ( )

圖4

圖5

甲

乙

丙

丁

A.甲中系統(tǒng)動(dòng)量不守恒

B.乙中系統(tǒng)機(jī)械能守恒

C.丙中系統(tǒng)損失的動(dòng)能少于碰撞前總動(dòng)能的50%

D.丁中對(duì)白球而言,碰撞前后受到的沖量大小為2mv0

【試題分析】本題考查動(dòng)量守恒定律。要求學(xué)生基本概念要過(guò)關(guān),落實(shí)物理觀念素養(yǎng)的培養(yǎng),還需要能將情景與模型相結(jié)合,對(duì)其科學(xué)思維的考查要求較高,還要結(jié)合數(shù)學(xué)估算進(jìn)行分析與處理,回憶相關(guān)的實(shí)驗(yàn)情景,對(duì)動(dòng)量相關(guān)知識(shí)點(diǎn)考查較全面,綜合性較強(qiáng)。通過(guò)斯諾克臺(tái)球的引入,將著重分析兩個(gè)等質(zhì)量的小球間的碰撞情景。首先需要學(xué)生能將生活常見(jiàn)過(guò)程與碰撞模型相鏈接,然后能根據(jù)頻閃照相的簡(jiǎn)化圖分析碰前碰后兩小球的運(yùn)動(dòng)情況。

【答案】C

(作者姓名、單位：劉娟 武漢市第十二中學(xué))

4.(多選)2022年2月18日,我國(guó)選手谷愛(ài)凌在女子U形場(chǎng)地技巧決賽中贏得冠軍。決賽中某時(shí)刻,谷愛(ài)凌從A點(diǎn)沖出場(chǎng)地,此時(shí)速度大小為v=12.5 m/s,與豎直方向夾角為θ=37°。在豎直平面運(yùn)動(dòng)后落到B點(diǎn),同時(shí)完成左轉(zhuǎn)900°動(dòng)作,如圖6。設(shè)C點(diǎn)為最高點(diǎn),運(yùn)動(dòng)員質(zhì)量為52 kg,重力加速度g=10 m/s2,忽略空氣阻力。下列說(shuō)法正確的是 ( )

圖6

A.最高點(diǎn)C至A的豎直高度為5 m

B.若運(yùn)動(dòng)的同時(shí)自身做勻速圓周運(yùn)動(dòng),則空中左轉(zhuǎn)的角速度為2π rad/s

C.A點(diǎn)至B點(diǎn)的距離為15 m

D.從A點(diǎn)至C點(diǎn)重力勢(shì)能增加了2 500 J

【試題分析】根據(jù)U形場(chǎng)地技巧決賽實(shí)際情境,觀察運(yùn)動(dòng)中的物理規(guī)律。飛出場(chǎng)地后做斜拋運(yùn)動(dòng),同時(shí)左轉(zhuǎn)900°做勻速圓周運(yùn)動(dòng),類(lèi)似于地球的自轉(zhuǎn)。通過(guò)計(jì)算斜拋運(yùn)動(dòng)的豎直高度,讓學(xué)生對(duì)這種運(yùn)動(dòng)的高度有所了解,體會(huì)比賽的不易。計(jì)算左轉(zhuǎn)的角速度,讓學(xué)生體會(huì)是否感到暈眩。計(jì)算水平距離,有助于估算U形場(chǎng)地的長(zhǎng)度?？疾橹亓?shì)能的計(jì)算,體會(huì)到能量的轉(zhuǎn)化。豎直方向根據(jù)自由落體運(yùn)動(dòng)規(guī)律求得高度及運(yùn)動(dòng)總時(shí)間,水平方向根據(jù)勻速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)規(guī)律求得水平距離。由角速度的定義式可求得角速度大小。最后根據(jù)重力做負(fù)功,可求得重力勢(shì)能的增加量。

【答案】AC

(作者姓名、單位：劉永陽(yáng) 陜西省旬邑縣中學(xué))

圖7

圖8

解：流體在與巖石相互作用時(shí),由于其動(dòng)量發(fā)生變化,產(chǎn)生與巖石的相互作用力。

設(shè)在一段時(shí)間t內(nèi),有鉆井液噴射的體積為

V=Qt

噴射鉆井液的質(zhì)量為m=ρV

鉆井液的動(dòng)量變化大小Δp=mv1+mv2

聯(lián)立解得F=660 N

(作者姓名、單位：郭明林 大理白族自治州民族中學(xué))

6.2022年2月15日,在第24屆冬奧會(huì)男子單板滑雪大跳臺(tái)決賽中,中國(guó)選手蘇翊鳴獲得金牌,成為我國(guó)歷史上最年輕的冬奧冠軍。圖9為示意圖,賽道由出發(fā)區(qū)(PA段)、助滑區(qū)(AB段)、起跳臺(tái)(CD段)、著陸坡(EM段)、終點(diǎn)區(qū)(MN段)五部分組成。假設(shè)出發(fā)區(qū)PA與平面FE的落差h1=48 m,平面FE與終點(diǎn)區(qū)MN的落差為h2=36 m,水平滑道BC長(zhǎng)度L=36 m,助滑區(qū)與著陸坡均為傾斜的坡面,且坡面傾角均為37°,起跳臺(tái)為一圓弧面,其左端C點(diǎn)與助滑區(qū)的底端B點(diǎn)在同一水平面上,圓弧所對(duì)應(yīng)的圓的半徑為20 m,圓心角為37°。設(shè)在某一次訓(xùn)練中,運(yùn)動(dòng)員由A點(diǎn)靜止出發(fā),經(jīng)起跳臺(tái)起跳后,騰空高度(重心距D點(diǎn)的豎直高度差)為Δh=8 m,最后落在著陸坡上,且落點(diǎn)離坡底M點(diǎn)的距離為30 m,設(shè)運(yùn)動(dòng)員與滑板的總質(zhì)量為50 kg,運(yùn)動(dòng)員在比賽中可近似地看作質(zhì)點(diǎn),且經(jīng)過(guò)賽道的各個(gè)連接處時(shí)不考慮能量損失,滑板與賽道AB、BC間的動(dòng)摩擦因數(shù)相同,滑板與起跳臺(tái)CD間摩擦力不計(jì),不計(jì)空氣阻力,取g=10 m/s2。(sin37°=0.6,cos37°=0.8)求：

圖9

(1)運(yùn)動(dòng)員在離開(kāi)起跳臺(tái)右端D點(diǎn)的速度大小;

(2)運(yùn)動(dòng)員在經(jīng)過(guò)起跳臺(tái)左端C點(diǎn)時(shí)對(duì)賽道的壓力大小;

(3)滑板與賽道AB、BC間的動(dòng)摩擦因數(shù);

(4)運(yùn)動(dòng)員在空中能用于完成動(dòng)作的時(shí)間。

解：(1)從D點(diǎn)到最高點(diǎn),可看作逆向平拋運(yùn)動(dòng),且vD與水平方向夾角為37°,設(shè)D點(diǎn)的豎直分速度為vy。

由平拋運(yùn)動(dòng)可得

(2)由C到D根據(jù)機(jī)械能守恒得

由牛頓第三定律可知,對(duì)賽道的壓力

(3)由A到C根據(jù)動(dòng)能定理得

(4)運(yùn)動(dòng)員從D點(diǎn)上升至最高點(diǎn)所用的時(shí)間

從最高點(diǎn)下落至著落坡時(shí),由圖10可知,總的落差為H=30 m

圖10