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1 / 6 情境8 交通出行类情境 情境类型 考情统计 分析预测 交通工具 2024·新课标卷T20，电动汽车制动；2024· 全国甲卷T24，救护车；2024·河北卷T1， 新能源汽车；2023·山东卷T6，公交车； 2022·湖北卷T6，高铁出行；2022·山东卷 T8，无人配送小车 考情分析：近几年的高考物理卷中多次出现有关交通 出行的情境题，主要考查匀变速直线运动、匀速圆周 运动等。在平时的复习中，同学们要注意培养运动与 相互作用观念等物理核心素养。 高考预测：命题人经常以高铁、列车、汽车、飞机、 自行车等交通工具为情境命制高考题，平常学习中要 多注意此类情境与物理知识的结合 交通安全 2024·广东卷T14，汽车的安全带和安全气 囊 【例1】 （2023·山东高考6 题）如图所示，电动公交车做匀减速直线运动进站，连续经过R、S、T 三点，已知 ST 间的距离是RS 的两倍，RS 段的平均速度是10 m/s，ST 段的平均速度是5 m/s，则公交车经过T 点时的瞬时速 度为（ ） A.3 m/s B.2 m/s C.1 m/s D.0.5 m/s 答案：C 解析：根据题意，设RS 间的距离为s，则ST 间的距离为2s，设R 点速度为vR，S 点速度为vS，T 点速度为vT，加 速度为a，根据运动学公式，有vS 2－v R 2＝2as，vT 2－vS 2＝2a×2s，根据在匀变速直线运动中平均速度等于初、末 速度的平均值，有vR＋vS 2 ＝10 m/s，vS＋vT 2 ＝5 m/s，联立解得vT＝1 m/s，C 正确。 【例2】 （2022·山东高考8 题）无人配送小车某次性能测试路径如图所示，半径为3 m 的半圆弧BC 与长8 m 的直线路径AB 相切于B 点，与半径为4 m 的半圆弧CD 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BC 和CD。为保证安全，小车速率最大为4 m/s，在ABC 段 的加速度最大为2 m/s2，CD 段的加速度最大为1 m/s2。小车视为质点，小车从A 到D 所需最短时间t 及在AB 段 做匀速直线运动的最长距离l 为（ ） A.t＝（2＋7 π 4 ）s，l＝8 m B.t＝（9 4 ＋7 π 2 ）s，l＝5 m C.t＝（2＋5√6 12 ＋7√6 π 6 ）s，l＝5.5 m D.t＝[2＋5√6 12 ＋（√6+ 4）π 2 ]s，l＝5.5 m 答案：B 2 / 6 解析：依题意知小车在BC 段运动的最大速率为v1＝√a1 R1＝√6 m/s，在CD 段运动的最大速率为v2＝√a2 R2＝2 m/s，所以经过BC 段和CD 段的最大速率为v2＝2 m/s，因此在BC 段和CD 段运动的最短时间t3＝3 π + 4 π 2 s＝ 7 π 2 s，在B 点的速率最大为v2＝2 m/s，设在AB 段小车以最大加速度做减速运动的距离为x，则根据匀变速直线 运动规律得v2 2＝vm 2－2a1x，解得x＝3 m，t2＝vm－v2 a1 ＝1 s，所以在AB 段做匀速直线运动的最大距离l＝8 m－ x＝5 m，运动时间t1＝5 4 s，从A 到D 所需最短时间t＝t1＋t2＋t3＝（9 4 ＋7 π 2 ）s，B 正确。 【例3】 （2024·全国甲卷24 题）为抢救病人，一辆救护车紧急出发，鸣着笛沿水平直路从t＝0 时由静止开始做 匀加速运动，加速度大小a＝2 m/s2，在t1＝10 s 时停止加速开始做匀速运动，之后某时刻救护车停止鸣笛，t2＝41 s 时在救护车出发处的人听到救护车发出的最后的鸣笛声。已知声速v0＝340 m/s，求： （1）救护车匀速运动时的速度大小； （2）在停止鸣笛时救护车距出发处的距离。 答案：（1）20 m/s （2）680 m 解析：（1）根据题意可知，救护车匀速运动时的速度大小为v＝at1 代入数据解得v＝20 m/s。 （2）设救护车在t＝t0时停止鸣笛，则由运动学规律可知，此时救护车距出发处的距离为 x＝1 2at1 2＋v（t0－t1） 又x＝v0（t2－t0） 联立并代入数据解得x＝680 m。 【例4】 （2024·广东高考14 题）汽车的安全带和安全气囊是有效保护乘客的装置。 （1）安全带能通过感应车的加速度自动锁定，其原理的简化模型如图甲所示。在水平路面上刹车的过程中，敏感 球由于惯性沿底座斜面上滑直到与车达到共同的加速度a，同时顶起敏感臂，使之处于水平状态，并卡住卷轴外齿 轮，锁定安全带。此时敏感臂对敏感球的压力大小为FN，敏感球的质量为m，重力加速度为g。忽略敏感球受到 的摩擦力。求斜面倾角的正切值tan θ。 （2）如图乙所示，在安全气囊的性能测试中，可视为质点的头锤从离气囊表面高度为H 处做自由落体运动。与正 下方的气囊发生碰撞。以头锤到气囊表面为计时起点，气囊对头锤竖直方向作用力F 随时间t 的变化规律，可近似 用图丙所示的图像描述。已知头锤质量M＝30 kg，H＝3.2 m，重力加速度大小取g＝10 m/s2。求： ①碰撞过程中F 的冲量大小和方向； ②碰撞结束后头锤上升的最大高度。 答案：（1） ma mg＋F N （2）①330 N·s，方向竖直向上 ②0.2 m 3 / 6 解析：（1）敏感球受竖直向下的重力mg 和敏感臂向下的压力FN以及斜面的支持力FN1作用，则由牛顿第二定律 可知（mg＋FN）tan θ＝ma 解得tan θ＝ ma mg＋F N 。 （2）①由图像可知碰撞过程中F 的冲量大小IF＝1 2×0.1×6 600 N·s＝330 N·s，方向竖直向上； ②头锤落到气囊上时的速度v0＝√2 gH＝8 m/s 与气囊作用过程由动量定理（向上为正方向）IF－mgt＝mv－（－mv0） 解得v＝2 m/s 则上升的最大高度h＝v 2 2g＝0.2 m。 1.（2024·广东广州12 月月考）中国是目前世界上高速铁路运行里程最长的国家，如图，已知“复兴号”高铁长度 为400 m，车厢高为4 m，正常行驶速度为360 km/h，假设地面附近地磁场的水平分量约为40 μT，将列车视为 一整块导体，只考虑地磁场的水平分量，则“复兴号”列车在自西向东正常行驶的过程中（ ） A.车厢顶部电势高于车厢底部，电势差大小均为0.016 V B.车厢顶部电势低于车厢底部，电势差大小约为0.016 V C.车头电势高于车尾，电势差大小约为1.6 V D.车头电势低于车尾，电势差大小约为1.6 V 解析：A 地磁场方向由南指向北，根据右手定则，车厢顶部电势高于车厢底部，根据E＝Blv≈40×10－6×4×100 V＝0.016 V，可知电势差大小约为0.016 V，选项A 正确。 2.汽车尾气排放对大气造成的污染一直广为诟病，交通运输方面的节能减排由此受到各地关注。为了节能减排， 减少停车，降低能耗，一辆公交车在距离十字路口50 m 的车站停留，乘客上下完后，司机发现路口红绿灯还有 10 s 转为绿灯，司机启动公交车，假设该路口允许的最大速度为10 m/s，要使公交车尽快通过十字路口且不违章， 则公交车启动后的运动图像可能是（ ） 解析：C 为使公交车尽快通过十字路口且不违章，则公交车在10 s 内通过的位移小于或等于50 m，由v-t 图像 与坐标轴围成的面积表示位移，可知只有C 项图像公交车在10 s 内通过的位移可能小于50 m，故选C。 3.（多选）（2024·河北石家庄开学考试）在修筑铁路时，弯道处的外轨会略高于内轨。如图所示，当火车以规定 的行驶速度转弯时，内、外轨均不会受到轮缘的挤压，设此时火车的速度大小为v，重力加速度为g，两轨所在面 的倾角为θ，则（ ） 4 / 6 A.该弯道的半径r＝ v 2 g tanθ B.当火车质量改变时，规定的行驶速度大小不变 C.当火车速率大于v 时，内轨将受到轮缘的挤压 D.当火车速率小于v 时，内轨将受到轮缘的挤压 解析：ABD 当火车以速率v 转弯时，恰好由重力和支持力的合力提供向心力，由牛顿第二定律可得mgtan θ＝m v 2 r ，解得r＝ v 2 g tanθ ，v＝√gr tanθ，该临界速度与火车质量无关，故当火车质量改变时，规定的行驶速度大小不 变，A、B 正确；当火车速率大于v 时，重力与支持力的合力不足以提供向心力，火车有做离心运动的趋势，故外 轨将受到轮缘的挤压，C 错误；当火车速率小于v 时，重力与支持力的合力大于所需的向心力，火车有做向心运动 的趋势，内轨将受到轮缘的挤压，D 正确。 4.（2024·广东茂名一模）大雾天气，司机以10 m/s 的速度在水平路面上向前行驶，突然发现汽车已开到一个丁字 路口（如图所示），前方15 m 处是一条小河，司机可采用紧急刹车或紧急转弯两种方法避险。已知汽车与地面之 间的动摩擦因数为0.6，g＝10 m/s2，最大静摩擦力等于滑动摩擦力，下列措施中正确的是（ ） A.紧急刹车 B.紧急转弯 C.两种都可以 D.两种都不可以 解析：A 由题意知紧急刹车的位移为x＝v 2 2a，又由牛顿第二定律得μmg＝ma，解得x≈8.3 m＜15 m，故紧急刹 车是安全的，转弯时静摩擦力提供向心力，最大静摩擦力为μmg，根据向心力公式有μmg＝mv 2 rm ，解得rm≈16.7 m＞15 m，若转弯半径小于rm＝16.7 m，则需要更大的向心力，汽车容易发生侧翻是不安全的，选项A 正确。 5.（2024·湖南永州模拟）沙尘暴天气会严重影响交通。有一辆卡车以54 km/h 的速度匀速行驶，司机突然模糊看 到正前方十字路口一个老人跌倒，该司机立即停车进行救护。设司机的反应时间为0.6 s，刹车后卡车匀减速前进， 最后停在老人前1.5 m 处，避免了一场事故。已知刹车过程中卡车加速度大小为5 m/s2，则（ ） A.司机发现情况后，卡车经过3 s 停下 B.司机发现情况时，卡车与该老人的距离为33 m C.从司机发现情况到停下来过程中卡车的平均速度为11 m/s D.若司机的反应时间为0.75 s，其他条件都不变，则卡车将撞不到老人 解析：B 卡车原来的速度v＝54 km/h＝15 m/s。卡车减速到零的时间t1＝v a＝0－15 －5 s＝3 s，则t＝t'＋t1＝0.6 s＋3 s＝3.6 s，司机发现情况后，卡车经过3.6 s 停下，故A 错误；在反应时间内的位移x1＝v0t'＝15×0.6 m＝9 m，匀减速直线运动的位移x2＝0－v 2 2a ＝ －15 2 2×（－5） m＝22.5 m，则司机发现情况时，卡车与该老人的距离s ＝x1＋x2＋1.5 m＝33 m，故B 正确；平均速度v＝x t ＝9+22.5 3.6 m/s＝8.75 m/s，故C 错误；若司机的反应时间 5 / 6 为0.75 s，则卡车在司机反应时间内通过的位移为x3＝vt″＝15×0.75 m＝11.25 m，由于x3＋x2＝33.75 m＞s＝ 33 m，所以卡车将撞到老人，故D 错误。 6.假设高速公路上甲、乙两车在同一平直车道上同向行驶。甲车在前，乙车在后，速度均为v0＝30 m/s。甲、乙 相距s0＝100 m，t＝0 时刻甲车遇紧急情况后，甲、乙两车的加速度随时间变化关系分别如图a、b 所示。取运动 方向为正方向，下面说法正确的是（ ） A.t＝3 s 时两车相距最近 B.0～9 s 内两车位移之差为45 m C.t＝6 s 时两车距离最近，为10 m D.两车在0～9 s 内会相撞 解析：C 由a-t 图像可画出两车的v-t 图像，如图所示，由图像可知，t＝6 s 时两车速度相等，此时距离最近，图 中阴影部分面积表示0～6 s 内两车位移之差，为Δx＝x 乙－x 甲＝[ 1 2 ×30×3+ 1 2 ×30×（6－3）]m＝90 m＜s0 ＝100 m，即两车在t＝6 s 时两车距离最近，为smin＝s0－Δx＝10 m，选项A 错误，C 正确；0～9 s 内两车位移之 差Δx'＝10 m＋1 2×30×（9－6）m＝55 m，甲车一直在前，两车不会相撞，选项B、D 错误。 7.（2024·广东广州模拟）某科技小组设计了一种“车辆闯红灯违规记录仪”，在路面停止线前侧埋上压敏电阻， 其阻值随压力的变化关系如图甲所示，和压敏电阻组合的仪器如图乙所示，仪器主要由控制电路和工作电路组成， 控制电路中的光控开关接收到红光时会自动闭合，接收到绿光或黄光时会自动断开；控制电路中电源的电动势为9 V，内阻为2 Ω，继电器线圈电阻为8 Ω，滑动变阻器连入电路的电阻为50 Ω；当控制电路中的电流大于0.06 A 时，衔铁会被吸引，从而启动工作电路，电控照相机拍照记录违规车辆。 （1）由图甲可判断，压敏电阻的阻值随压力减小而 增大 （选填“增大”“减小”或“不变”）。 （2）当红灯亮时，若车辆越过停止线，电流表A 的示数会变 大 （选填“大”或“小”）。 （3）车辆对压敏电阻的压力超过 5 × 10 3 N 后，车辆闯红灯时才会被拍照记录。 （4）若要增大“车辆闯红灯违规记录仪”的灵敏度，即违规车辆的质量比第（2）问结果小，也会被拍照记录， 则滑动变阻器的滑片应向 b （选填“a”或“b”）端滑动。 解析：（1）由图甲可判断，压敏电阻的阻值随压力减小而增大。 （2）当红灯亮时，若车辆越过停止线，压敏电阻所受压力增大，阻值减小，控制电路中总电阻减小，电流增大， 电流表的示数会变大。 6 / 6 （3）设压敏电阻阻值为R 时，控制电路中的电流等于0.06 A，则R 总＝U I ＝ 9 0.06 Ω＝150 Ω，R 总＝2 Ω＋8 Ω ＋50 Ω＋R，解得R＝90 Ω，由题图甲可知，此时压敏电阻受到的压力为5×103 N，所以车辆对压敏电阻的压力 超过5×103 N 后，车辆闯红灯时才会被拍照记录。 （4）若要增大“车辆闯红灯违规记录仪”的灵敏度，即车辆对压敏电阻的压力小于5×103 N 时也要拍照，当压 力小于5×103 N 时，压敏电阻阻值大于90 Ω，此时若要拍照，电路中的总电阻不能大于150 Ω，就要减小滑动变 阻器接入电路的阻值，故滑片应该向b 端滑动。 8.（2024·广东广州1 月质检）随着杭州第19 届亚运会的举办，在浙江杭州、湖州等多座城市街头出现很多无人驾 驶小巴士（如图），车长6.5 米。 （1）无人驾驶巴士车头装有一个激光雷达，就像车辆的“鼻子”，随时“嗅”着前方100 m 范围内车辆和行人的 “气息”。若无人驾驶巴士在某平直路段刹车时的最大加速度为4.5 m/s2，为了不撞上前方静止的障碍物，该巴 士在该路段的最大速度是多少？ （2）若该无人驾驶巴士以v1＝20 m/s 的速度沿平直路段匀速行驶时，突然发现正前方L＝22 m 处一辆有人驾驶的 汽车沿同向以v2＝10 m/s 的速度匀速行驶，为避免发生追尾，巴士立即刹车，该无人驾驶巴士刹车时加速度至少 为多大？（结果保留2 位有效数字） （3）在（2）问情境下，若前方有人驾驶的汽车以初速度v2＝10 m/s，a2＝1.5 m/s2的加速度做匀减速直线行驶， 为避免发生追尾事故，无人驾驶巴士开始以a1＝3.5 m/s2的加速度刹车，经过一段时间t1后发现仍可能发生碰撞， 随即以最大加速度刹车，为避免碰撞，t1的最长时间是多少？ 答案：（1）30 m/s （2）2.3 m/s2 （3）2 s 解析：（1）利用逆向思维，根据速度与位移的关系式有vmax 2＝2a0x0 解得vmax＝√2×4.5×100 m/s＝30 m/s。 （2）当无人驾驶巴士减速至与有人驾驶的汽车速度相等时，恰好没有追尾，此时加速度最小 利用逆向思维，对无人驾驶巴士，有 v1 2－v2 2＝2aminx1 v2＝v1－amint' 对有人驾驶的汽车，有x2＝v2t' 由于恰好没有追尾，则有 x1＝x2＋L 解得amin＝2.3 m/s2。 （3）为避免碰撞，即速度相等时，恰好没有追尾，所以 v2－a2t＝（v1－a1t1）－a0（t－t1） x1'＝x2'＋L，其中x1'＝（v1t1－1 2a1t1 2）＋（v1－a1t1）·（t－t1）－1 2a0（t－t1）2，x2'＝v2t－1 2a2t2 联立解得t1＝2 s 或t1＝8 s（舍去）。
