高中物理平抛运动研究典型例题解析
平抛运动研究典型例题精析
[例题1] 如图5-6(A)所示,MN 为一竖直墙面,图中x 轴与MN 垂直.距墙面L 的A 点固定一点光源.现从A 点把一小球以水平速度向墙面抛出,则小球在墙面上的影子运动应是[
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A .自由落体运动 B.变加速直线运动
C .匀速直线运动 D.无法判定
[思路点拨] 小球抛出后为平抛运动,在图中x 方向上为匀速直线运动,在y 方向上为自由落体运动.故不少同学选择(A)项,而实际上该答案是错误的.问题在于我
们研究的并不是小球在竖直方向上的运动,而是在点光源照射下小球在墙上影子的运动.
[解题过程] 设小球从A 点抛出后经过时间t ,其位置B 坐标为(x,y) ,连接AB 并延长交墙面于C(x′,y′).显然C 点就是此时刻小球影子的位置(如图5-6(B)所示) .
令AB 与x 轴夹角为α,则
依几何关系,影子位置y′=L·tanα.故
令 gL/2v0=k ,则y′=k·t.
即影子纵坐标y′与时间t 是正比例关系,所以该运动为匀速直线运动,应选(C)项.
[小结] (1)要认真审清题意:本题所研究的是“点光源照射下小球影子的运动”,否则会差之毫厘,谬之千里.
(2)对选择题的分析判断,切莫主观猜测,要做到弃之有理,选之有据.对于需做出定量研究的问题,最好的方法就是将物理图景利用数学语言表达出来,例如在本题中就是写出位移随时间的函数关系.
[例题2] 如图5-7所示,M 和N 是两块相互平行的光滑竖直弹性板.两板之间的距离为L ,高度为H .现从M 板的顶端O 以垂直板面的水平速度v0抛出一个小球.小球在飞行中与M 板和N 板,分别在A 点和B 点相碰,并最终在两板间的中点C 处落地.求:
(1)小球抛出的速度v0与L 和H 之间满足的关系;
(2)OA、AB 、BC 在竖直方向上距离之比.
[思路点拨] 根据平抛运动规律,建立小球在MN 之间的运动图景是本题关键之
一.小球被水平抛出后,如果没有板面N 的作用,其运动轨迹应如图5-8中虚线所示.由于板面光滑弹性良好,故在A 点与N 板碰后,应满足反射定律,反弹后运动轨迹与虚线,满足以N 板为轴的左右对称.第二次在B 点与M 板相碰情况亦然.本题的另一难点是问题
竖直方向运动为自由落体,所以不少同学会认为这三段在竖直方向上距离之比应为:1∶3∶2.5.你是否也有同样的结果呢?
[解题过程] (1)分析可知运动的全过程中,小球始终保持其水平速度大小v0不变.设运动全过程飞行时间为t ,水平全程长度为S ,则
又 S=2.5L ,
(2)取小球由B 到C 为一个时间间隔Δt .小球从O 抛出到C 点落地共经过5个Δt .在此5个Δt 中下落高度之比为:1∶3∶5∶7∶9.
由于tOA 包括第1个Δt 和第2个Δt ;tAB 包括第3个Δt 和第4个Δt ,故三段竖直距离之比为
hOA∶hAB∶hBC=(1+3)∶(5+7)∶9=4∶12∶9.
[小结] (1)注意将平抛运动的一般规律与题目中特定物理条件相结合,才能正确描述题目的物理图景。
(2)要注意反思.例如对上述所说的三段竖直距离之比为什么不是1∶3∶2.5这个关系,显然是从初速度为零的匀变速直线运动,在连续相等时间间隔内位移之比为
1∶3∶5„而来,同时又考虑到BC 段时间仅为每段时间一半,所以下落竖直距离也是一半.这种错误,稍加反思即可避免.试想匀加速运动前半程与后半程时间内运动距离怎么能相等呢!对问题的反思很重要,它常可使自己对问题的认识得以深化.
[例题3] 标准排球场总长度18 m,女排比赛网高2.24 m,在一场校际比赛中,女排队员李芳在后排起跳强攻的位置刚好在距网3m 的正上方,然而她击球速度(水平方向) 无论多大,不是下网就是出界,试分析其原因(设球被击出后做平抛运动) .
[思路点拨] 当击球位置到球网水平距离恒定时,依平抛运动规律可知,排球被水平击出的初速越大,越不容易触网;但若速度过大,又会击球出界.显然为使球不触网,球速必应大于某值A ;而为使之不出界,球速又应小于某值B .为使之既不触网又不出界,则必须满足:B≥v0≥A.但若按平抛规律求得结果A 比B 还大,物理现象怎样呢?那就是说:初速v0如果小于A 必触网;初速v0如果大于A ,则必大于B ,故必出界.这就是题目中所出现的情况,而究其原因就在于击球点的高度不够.
[解题过程] 设李芳击球点高度为h ,为保证其击球不下网,初速应满足
为使击球不出界,应满足
[小结] (1)本题应从哪里切入求解是初学者的难点,在此科学而严密的逻辑推理得到充分体现.题目中问题有两个层面:下网和出界.由平抛运动规律可推知:为保证排球既不会下网,又不会出界,应满足:A≤v0≤B.而题目中明确指出:“击球速度无论多大,不是下网就是出界.”这就是说按平抛规律求解出的A 和B 之间,不存在A <B ,而是B <A .这就是本题的切入点.
(2)本题是排球场上的实际问题,能用自己的所学,去分析、研究乃至解决实际问题,是我们在学习中要培养的重要能力之一,同学们在学习中应给予足够关注.