
一、平拋運(yùn)動(dòng)基本規(guī)律的理解
1.飛行時(shí)間:由知,時(shí)間取決于下落高度h,與初速度v0無關(guān)。
2.水平射程:x=v0t=v0,即水平射程由初速度v0和下落高度h共同決定,與其他因素?zé)o關(guān)。
3.落地速度:,以θ表示落地速度與x軸正方向的夾角,有,所以落地速度也只與初速度v0和下落高度h有關(guān)。
4.速度改變量:因?yàn)槠綊佭\(yùn)動(dòng)的加速度為恒定的重力加速度g,所以做平拋運(yùn)動(dòng)的物體在任意相等時(shí)間間隔Δt內(nèi)的速度改變量為Δv=gΔt,相同,方向恒為豎直向下,如圖所示。
5.兩個(gè)重要推論
(1)做平拋(或類平拋)運(yùn)動(dòng)的物體任一時(shí)刻的瞬時(shí)速度的反向延長線一定通過此時(shí)水平位移的中點(diǎn),如圖中A點(diǎn)和B點(diǎn)所示。
(2)做平拋(或類平拋)運(yùn)動(dòng)的物體在任意時(shí)刻任一位置處,設(shè)其末速度方向與水平方向的夾角為α,位移與水平方向的夾角為θ,則tan α=2tan θ。
二、常見平拋運(yùn)動(dòng)模型的運(yùn)動(dòng)時(shí)間的計(jì)算方法
(1)在水平地面上空h處平拋:
由知,即t由高度h決定。
(2)在半圓內(nèi)的平拋運(yùn)動(dòng)(如圖),由半徑和幾何關(guān)系制約時(shí)間t:
聯(lián)立兩方程可求t。
(3)斜面上的平拋問題:
①順著斜面平拋(如圖)
方法:分解位移
x=v0t,,
可求得。
②對(duì)著斜面平拋(如圖)
方法:分解速度
vx=v0,vy=gt,
可求得。
(4)對(duì)著豎直墻壁平拋(如圖)
水平初速度v0不同時(shí),雖然落點(diǎn)不同,但水平位移相同,。
三、類平拋問題模型的分析方法
1.類平拋運(yùn)動(dòng)的受力特點(diǎn)
物體所受的合外力為恒力,且與初速度的方向垂直。
2.類平拋運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)
在初速度v0方向上做勻速直線運(yùn)動(dòng),在合外力方向上做初速度為零的勻加速直線運(yùn)動(dòng),加速度。
3.類平拋運(yùn)動(dòng)的求解方法
(1)常規(guī)分解法:將類平拋運(yùn)動(dòng)分解為沿初速度方向的勻速直線運(yùn)動(dòng)和垂直于初速度方向(即沿合外力方向)的勻加速直線運(yùn)動(dòng)。兩分運(yùn)動(dòng)彼此獨(dú)立,互不影響,且與合運(yùn)動(dòng)具有等時(shí)性。
(2)特殊分解法:對(duì)于有些問題,可以過拋出點(diǎn)建立適當(dāng)?shù)闹苯亲鴺?biāo)系,將加速度a分解為ax、ay,初速度v0分解為vx、vy,然后分別在x、y方向列方程。
(2018·河南省大聯(lián)考)如圖所示,一小球從地面上方某點(diǎn)水平向右拋出,落到水平地面上。若僅將小球拋出點(diǎn)的距地高度增加為原來的2倍,不計(jì)空氣阻力,則下列關(guān)于這段運(yùn)動(dòng)的說法正確的是
A.時(shí)間等于原來的2倍
B.水平位移的大小等于原來的2倍
C.落地時(shí)速度的大小等于原來的倍
D.落地時(shí)速度方向與水平方向夾角的正切值等于原來的倍
【參考答案】D
1.在水平面上固定兩個(gè)相互緊靠的三角形斜面,將a、b、c三個(gè)小球從左邊斜面的頂點(diǎn)以不同的初速度向右水平拋出,落在斜面上時(shí)其落點(diǎn)如圖所示,小球a落點(diǎn)距水平面的高度最低。下列判斷正確的是
A.小球c的初速度最小
B.小球a的飛行時(shí)間最長
C.小球c的整個(gè)飛行過程速度變化量最大
D.若減小小球a的初速度,其整個(gè)飛行過程速度變化量增大
【答案】B
【解析】三個(gè)小球做的都是平拋運(yùn)動(dòng),從圖中可以發(fā)現(xiàn)落在a點(diǎn)的小球下落的高度最大,落在c點(diǎn)的小球下落的高度最小,由 QUOTE ,得 QUOTE ,所以小球落在a 點(diǎn)的飛行時(shí)間最長,落在c點(diǎn)的飛行時(shí)間最短,由x=v0t QUOTE ,得 QUOTE ,知小球c的水平位移最大,飛行時(shí)間最短,則小球c的初速度最大,A錯(cuò)誤;B正確;小球做的是平拋運(yùn)動(dòng),加速度為g,速度的變化量為 QUOTE ,所以c球的速度變化最小,a球的速度變化量最大,C錯(cuò)誤;若減小小球a的初速度,飛行時(shí)間減小,速度變化量減小,D錯(cuò)誤;故選B。
(2018·河南省鶴壁市淇縣第一中學(xué))如圖所示,一光滑寬闊的斜面,傾角為θ,高為h,重力加速度為g。現(xiàn)有一小球在A處貼著斜面以水平速度v0射出,最后從B處離開斜面,下列說法中正確的是
A.小球的運(yùn)動(dòng)軌跡為拋物線
B.小球的加速度為gtanθ
C.小球到達(dá)B點(diǎn)的時(shí)間為
D.小球到達(dá)B點(diǎn)的水平位移
【參考答案】ACD
1.如圖,生產(chǎn)車間有兩個(gè)相互垂直且等高的水平傳送帶甲和乙,甲的速度為v0,小工件離開甲前與甲的速度相同,并平穩(wěn)地傳到乙上。乙的寬度足夠大,速度為v1。則下列說法錯(cuò)誤的是
A.在地面參考系中,工件做類平拋運(yùn)動(dòng)
B.在乙參考系中,工件在乙上滑動(dòng)的軌跡是直線
C.工件在乙上滑動(dòng)時(shí),受到乙的摩擦力方向不變
D.工件沿垂直于乙的速度減小為0時(shí),工件的速度等于v1
【答案】A
設(shè)t=0時(shí)刻摩擦力與縱向的夾角為α,側(cè)向(x軸方向)、縱向(y軸方向)加速度的大小分別為ax、ay,則 ,很短的時(shí)間?t內(nèi),側(cè)向、縱向的速度增量大小分別為?vx=ax?t,?vy=ay?t,解得:,由題意知,則,則當(dāng)?vx=v0,?vy=v1,所以工件沿垂直于乙的速度減小為0時(shí),工件的速度等于v1,故D正確。此題選擇錯(cuò)誤選項(xiàng),故選A。
【名師點(diǎn)睛】本題考查工件在傳送帶上的相對(duì)運(yùn)動(dòng)問題,關(guān)鍵將工件的運(yùn)動(dòng)分解為沿傳送帶方向和垂直傳送帶方向,結(jié)合牛頓第二定律和運(yùn)動(dòng)學(xué)公式進(jìn)行求解。
1.在水平地面上M點(diǎn)的正上方某一高度處,將球S1以初速度v1水平向右拋出,同時(shí)在M點(diǎn)右方地面上N點(diǎn)處,將球S2以初速度v2斜向左上方拋出,兩球恰在M、N連線的中點(diǎn)正上方相遇,不計(jì)空氣阻力,則兩球從拋出到相遇過程中
A.初速度大小關(guān)系為v1=v2
B.速度變化量相等
C.水平位移相同
D.都不是勻變速運(yùn)動(dòng)
2.如圖所示,從傾角為θ的足夠長的斜面頂端A點(diǎn),先后將相同的小球以大小不同的水平速度v1和v2向右拋出,落在斜面上。關(guān)于兩球落到斜面上的情況,說法中正確的是
A.落到斜面上的瞬時(shí)速度大小相等
B.落到斜面上前,在空中飛行的時(shí)間相同
C.落到斜面上的位置相同
D.落到斜面上的瞬時(shí)速度方向相同
3.(2018·遼寧省六校協(xié)作體)以30 m/s的初速度水平拋出一質(zhì)量為0.1 kg的物體,物體從拋出點(diǎn)到落在水平地面上的時(shí)間為4 s,不計(jì)空氣阻力,g取10 m/s2。下列說法正確的是
A.物體拋出點(diǎn)離地面的高度為120 m
B.物體落地時(shí)速度方向與水平方向的夾角的正切值為
C.物體落地前瞬間重力的瞬時(shí)功率為40 W
D.物體在空中運(yùn)動(dòng)的總路程為200 m
4.(2018·北京理工大學(xué)附屬中學(xué))如圖1所示,物體A以速度v0做平拋運(yùn)動(dòng),落地時(shí)水平方向的位移和豎直方向的位移均為L,圖1中的虛線是A做平拋運(yùn)動(dòng)的軌跡。圖2中的曲線是一光滑軌道,軌道的形狀與圖1中的虛線相同。讓物體B從軌道頂端無初速下滑,B下滑過程中沒有脫離軌道。物體A、B都可以看作質(zhì)點(diǎn)。重力加速度為g。則下列說法正確的是
A.A、B兩物體落地時(shí)的速度方向不同
B.A、B兩物體落地時(shí)的速度大小相等
C.物體B落地時(shí)水平方向的速度大小為
D.物體B落地時(shí)重力的瞬時(shí)功率為
5.(2018·遼寧省大連市第二十四中學(xué))一質(zhì)量為m的小球在光滑的水平面上以速度v0做勻速直線運(yùn)動(dòng),在t=0時(shí)受到水平方向恒力F作用,速度先減小后增大,其最小值為v=0.5v0,由此可以判斷
A.質(zhì)點(diǎn)受恒力F作用后一定做勻變速直線運(yùn)動(dòng)
B.質(zhì)點(diǎn)受恒力F作用后可能做圓周運(yùn)動(dòng)
C.t=時(shí),質(zhì)點(diǎn)速度最小
D.t=0時(shí)恒力F與速度v0方向間的夾角為60o
6.(2018·福建省廈門市湖濱中學(xué))如圖,一小球以速度v0從傾角為θ的斜面底端斜向上拋出,到達(dá)斜面上的P點(diǎn)時(shí)速度方向恰好水平?,F(xiàn)將該質(zhì)點(diǎn)以2v0的速度從斜面底端沿同樣方向拋出,之后到達(dá)斜面上的Q點(diǎn)。不計(jì)空氣阻力,下列說法正確的是
A.小球到達(dá)Q點(diǎn)時(shí)速度方向也恰好水平
B.小球到達(dá)P、Q兩點(diǎn)的速度之比為1∶1
C.P、Q兩點(diǎn)距離斜面底端的高度之比為1∶2
D.小球到達(dá)P、Q兩點(diǎn)的時(shí)間之比為1∶2
7.(2018·河南省信陽市高級(jí)中學(xué))如圖所示,在光滑水平面內(nèi)建立直角坐標(biāo)系xOy,一質(zhì)點(diǎn)在該平面內(nèi)O點(diǎn)受大小為F的力作用從靜止開始做勻加速直線運(yùn)動(dòng),經(jīng)過t時(shí)間質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到A點(diǎn),A、O兩點(diǎn)距離為a,在A點(diǎn)作用力突然變?yōu)檠貀軸正方向,大小仍為F,再經(jīng)t時(shí)間質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到B點(diǎn),在B點(diǎn)作用力又變?yōu)榇笮〉扔?F、方向始終與速度方向垂直且在該平面內(nèi)的變力,再經(jīng)一段時(shí)間后質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到C點(diǎn),此時(shí)速度方向沿x軸負(fù)方向,下列對(duì)運(yùn)動(dòng)過程的分析正確的是
A.A、B兩點(diǎn)距離為
B.C點(diǎn)與x軸的距離為
C.質(zhì)點(diǎn)在B點(diǎn)的速度方向與x軸成45°
D.質(zhì)點(diǎn)從B點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到C點(diǎn)所用時(shí)間可能為
8.(2018·新課標(biāo)全國III卷)在一斜面頂端,將甲乙兩個(gè)小球分別以v和的速度沿同一方向水平拋出,兩球都落在該斜面上。甲球落至斜面時(shí)的速率是乙球落至斜面時(shí)速率的
A.2倍 B.4倍 C.6倍 D.8倍
9.(2017·新課標(biāo)全國Ⅰ卷)發(fā)球機(jī)從同一高度向正前方依次水平射出兩個(gè)速度不同的乒乓球(忽略空氣的影響)。速度較大的球越過球網(wǎng),速度較小的球沒有越過球網(wǎng);其原因是
A.速度較小的球下降相同距離所用的時(shí)間較多
B.速度較小的球在下降相同距離時(shí)在豎直方向上的速度較大
C.速度較大的球通過同一水平距離所用的時(shí)間較少
D.速度較大的球在相同時(shí)間間隔內(nèi)下降的距離較大
10.(2017·江蘇卷)如圖所示,A、B兩小球從相同高度同時(shí)水平拋出,經(jīng)過時(shí)間t在空中相遇,若兩球的拋出速度都變?yōu)樵瓉淼?倍,則兩球從拋出到相遇經(jīng)過的時(shí)間為
A. B. C. D.
11.(2016·江蘇卷)有A、B兩小球,B的質(zhì)量為A的兩倍。現(xiàn)將它們以相同速率沿同一方向拋出,不計(jì)空氣阻力。圖中①為A的運(yùn)動(dòng)軌跡,則B的運(yùn)動(dòng)軌跡是
A.① B.② C.③ D.④
12.(2016·上海卷)如圖,圓弧形凹槽固定在水平地面上,其中ABC是位于豎直平面內(nèi)以O(shè)為圓心的一段圓弧,OA與豎直方向的夾角為α。一小球以速度從桌面邊緣P水平拋出,恰好從A點(diǎn)沿圓弧的切線方向進(jìn)入凹槽。小球從P到A的運(yùn)動(dòng)時(shí)間為____________;直線PA與豎直方向的夾角β=_________。
2.D【解析】由題意可知兩小球具有相同的位移方向,則由平拋運(yùn)動(dòng)的性質(zhì)可知瞬時(shí)速度的大小及方向。
位移與水平方向夾角的正切值 QUOTE ,速度與水平方向夾角的正切值 QUOTE ,則 QUOTE ,因?yàn)棣炔蛔?,則速度與水平方向夾角不變,可知落到斜面上的速度方向相同,根據(jù)平行四邊形定則知,由于初速度不同,則落在斜面上的瞬時(shí)速度大小不等,故A錯(cuò)誤,D正確;根據(jù) QUOTE , QUOTE ,則水平位移 QUOTE ,初速度不同,飛行時(shí)間不同,水平位移不同,則落到斜面上的位置不同,BC錯(cuò)誤。
3.C【解析】平拋運(yùn)動(dòng)的時(shí)間和豎直方向上的時(shí)間相同,而物體在豎直方向上做自由落體運(yùn)動(dòng),根據(jù) 可知,,故A錯(cuò)誤;落地時(shí)的速度與水平方向的夾角的正切值為,故B錯(cuò)誤;物體落地前的瞬間重力的瞬時(shí)功率為,故C正確;物體在空中運(yùn)動(dòng)的總路為軌跡的長度,不是水平位移位移與豎直位移之和,故D錯(cuò)誤。
4.C【解析】因?yàn)檐壽E相同,所以在落地時(shí)的速度方向一致,故A錯(cuò)誤;由動(dòng)能定理得,AB的都是重力做功,且大小相同,物體A以速度v0做平拋運(yùn)動(dòng),物體B從軌道頂端無初速下滑,所以B的末速度小于A的末速度,故B錯(cuò)誤;根據(jù)平拋運(yùn)動(dòng)的知識(shí),A沿水平方向:L=v0t,豎直方向,所以:vy=2v0,A落地時(shí)的速度,A落地時(shí)速度的方向,重力對(duì)B做功:,B的末速度,因?yàn)锽與A的落地速度方向相同,所以B的水平分速度為,故C正確;因?yàn)锽的落地速度為,則豎直方向的分速度:,所以物體B落地時(shí)重力的瞬時(shí)功率為,故D錯(cuò)誤。
5.C【解析】在t=0時(shí)開始受到恒力F作用,加速度不變,做勻變速運(yùn)動(dòng),若做勻變速直線運(yùn)動(dòng),則最小速度可以為零,所以質(zhì)點(diǎn)受力F作用后一定做勻變速曲線運(yùn)動(dòng),故AB錯(cuò)誤;設(shè)恒力與初速度之間的夾角是,最小速度:,解得:,而由題可知初速度與恒力的夾角為鈍角,故,故D錯(cuò)誤;設(shè)經(jīng)過t s質(zhì)點(diǎn)的速度最小,將初速度沿恒力方向和垂直恒力方向分解,故在沿恒力方向上有:,解得:,此時(shí)沿恒力方向上的速度為零,只有垂直恒力方向的速度,即為質(zhì)點(diǎn)的最小速度,故C正確。
斜面底端的高度之比為1:4,C錯(cuò)誤。由知,落到P和Q兩點(diǎn)時(shí)間之比為1:2,故D正確。
7.CD【解析】在質(zhì)點(diǎn)從O到A做勻加速直線運(yùn)動(dòng),從A到B做類平拋運(yùn)動(dòng),水平方向做由幾何關(guān)系可得:A、B兩點(diǎn)距離為,A錯(cuò)誤;設(shè)到達(dá)A點(diǎn)的速度為v,B點(diǎn)的速度為,方向與水平方向成45°,B到C點(diǎn)做勻速圓周運(yùn)動(dòng),有4F=,而在OA段有,聯(lián)立解得r=a,因此C點(diǎn)與x軸的距離為,C正確,B錯(cuò)誤;質(zhì)點(diǎn)從B點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到C點(diǎn)所用的時(shí)間可能為t′=,OA段有,則質(zhì)點(diǎn)從B點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到C點(diǎn)所用時(shí)間可能為,D正確。
8.A【解析】設(shè)甲球落至斜面時(shí)的速率為v1,乙落至斜面時(shí)的速率為v2,由平拋運(yùn)動(dòng)規(guī)律,x=vt,y= QUOTE gt2,設(shè)斜面傾角為θ,由幾何關(guān)系,tanθ=y/x,小球由拋出到落至斜面,由機(jī)械能守恒定律,mv2+mgy= QUOTE mv12,聯(lián)立解得:v1=·v,即落至斜面時(shí)的速率與拋出時(shí)的速率成正比。同理可得,v2= QUOTE ·v/2,所以甲球落至斜面時(shí)的速率是乙球落至斜面時(shí)的速率的2倍,選項(xiàng)A正確。
9.C【解析】由題意知,速度大的球先過球網(wǎng),即同樣的時(shí)間速度大的球水平位移大,或者同樣的水平距離速度大的球用時(shí)少,故C正確,ABD錯(cuò)誤。
10.C【【解析】設(shè)第一次拋出時(shí)A球的速度為v1,B球的速度為v2,則A、B間的水平距離x=(v1+v2)t,第二次兩球的速度為第一次的2倍,但兩球間的水平距離不變,則x=2(v1+v2)T,聯(lián)立得T=t∕2,所以C正確;ABD錯(cuò)誤。
則小球運(yùn)動(dòng)到A點(diǎn)的時(shí)間為:;從P點(diǎn)到A點(diǎn)的位移關(guān)系有:,所以PA與豎直方向的夾角為:。
【方法技巧】先分解小球到達(dá)A點(diǎn)的速度,通過計(jì)算小球運(yùn)動(dòng)到A點(diǎn)的時(shí)間,再分解平拋運(yùn)動(dòng)位移,根據(jù),找出角度關(guān)系。
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