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2012屆高考物理第一輪考綱知識復(fù)習(xí) 平拋運(yùn)動的規(guī)律及應(yīng)用
編輯:
逍遙路
關(guān)鍵詞:
高三
來源:
高中學(xué)習(xí)網(wǎng)
【考綱知識梳理】
一、平拋運(yùn)動的定義和性質(zhì)
1、定義:平拋運(yùn)動是指物體只在重力作用下,從水平初速度開始的運(yùn)動。
2、運(yùn)動性質(zhì):
①水平方向:以初速度v0做勻速直線運(yùn)動.
②豎直方向:以加速度a=g做初速度為零的勻變速直線運(yùn)動,即自由落體運(yùn)動.
③平拋運(yùn)動是加速度為重力加速度(a=g)的勻變速曲線運(yùn)動,軌跡是拋物線.
二、研究平拋運(yùn)動的方法
1、通常,可以把平拋運(yùn)動看作為兩個分運(yùn)動的合動動:一個是水平方向(垂直于恒力方向)的勻速直線運(yùn)動,一個是豎直方向(沿著恒力方向)的勻加速直線運(yùn)動。水平方向和豎直方向的兩個分運(yùn)動既具有獨(dú)立性,又具有等時(shí)性.
2、平拋運(yùn)動規(guī)律:(從拋出點(diǎn)開始計(jì)時(shí))
(1).速度規(guī)律: VX=V0
VY=gt
(2).位移規(guī)律: X=v0t
Y=
(3).平拋運(yùn)動時(shí)間t與水平射程X
平拋運(yùn)動時(shí)間t由高度Y 決定,與初速度無關(guān);水平射程X由初速度和高度共同決定
三、斜?運(yùn)動及其研究方法
1.定義:將物體以v沿斜向上方或斜向下方拋出,物體只在重力作用下的運(yùn)動。
2.斜拋運(yùn)動的處理方法:斜拋運(yùn)動可以看作水平方向的勻速直線運(yùn)動和豎直方向的豎直拋體運(yùn)動的合運(yùn)動
【要點(diǎn)名師透析】
一、對平拋運(yùn)動規(guī)律的進(jìn)一步理解
1、飛行的時(shí)間和水平射程
(1)落地時(shí)間由豎直方向分運(yùn)動決定:
由 得:
(2)水平飛行射程由高度和水平初速度共同決定:
2、速度的變化規(guī)律
(1)平拋物體任意時(shí)刻瞬時(shí)速度v與平拋初速度v0夾角θa的正切值為位移s與水平位移x夾角θ正切值的兩倍。
(2)平拋物體任意時(shí)刻瞬時(shí)速度方向的反向延長線與初速度延長線的交點(diǎn)到拋出點(diǎn)的距離都等于水平位移的一半。
證明:
(3)平拋運(yùn)動中,任意一段時(shí)間內(nèi)速度的變化量Δv=gΔt,方向恒為豎直向下(與g同向)。任意相同時(shí)間內(nèi)的Δv都相同(包括大小、方向),如右圖。
3、平拋運(yùn)動的兩個重要結(jié)論
(1)以不同的初速度,從傾角為θ的斜面上沿水平方向拋出的物體,再次落到斜面上時(shí)速度與斜面的夾角a相同,與初速度無關(guān)。(飛行的時(shí)間與速度有關(guān),速度越大時(shí)間越長。)
如右圖:所以
所以 ,θ為定值故a也是定值與速度無關(guān)。
(2)①速度v的方向始終與重力方向成一夾角,故其始終為曲線運(yùn)動,隨著時(shí)間的增加, 變大, ,速度v與重力 的方向越來越靠近,但永遠(yuǎn)不能到達(dá)。
②從動力學(xué)的角度看:由于做平拋運(yùn)動的物體只受到重力,因此物體在整個運(yùn)動過程中機(jī)械能守恒。
【例1】如圖為一網(wǎng)球場長度示意圖,球網(wǎng)高為h=0.9 m,發(fā)球線離網(wǎng)的距離為x=6.4 m,某一運(yùn)動員在一次擊球時(shí),擊球點(diǎn)剛好在發(fā)球線上方H=1.25 m高處,設(shè)擊球后瞬間球的速度大小為v0=32 m/s,方向水平且垂直于網(wǎng),試通過計(jì)算說明網(wǎng)球能否過網(wǎng)?若過網(wǎng),試求網(wǎng)球的直接落地點(diǎn)離對方發(fā)球線的距離L?(不計(jì)空氣阻力,重力加速度g取10 m/s2)
【答案】能過網(wǎng) 3.2 m
【詳解】網(wǎng)球在水平方向通過網(wǎng)所在處歷時(shí)為
t1= =0.2 s (2分)
下落高度h1= gt12=0.2 m (2分)
因h1
網(wǎng)球到落地時(shí)歷時(shí) (2分)
水平方向的距離s=v0t=16 m (2分)
所求距離為L=s-2x=3.2 m (2分)
二、“平拋+斜面”類問題
斜面上的平拋問題是一種常見的題型,在解答這類問題時(shí)除要運(yùn)用平拋運(yùn)動的位移和速度規(guī)律,還要充分運(yùn)用斜面傾角,找出斜面傾角同位移和速度與水平方向夾角的關(guān)系,從而使問題得到順利解決.
【例2】(2010?北京高考)如圖,跳臺滑雪運(yùn)動員經(jīng)過一段加速滑行后從O點(diǎn)水平飛出,經(jīng)過3.0 s落到斜坡上的A點(diǎn).已知O點(diǎn)是斜坡的起點(diǎn),斜坡與水平面的夾角θ=37°,運(yùn)動員的質(zhì)量m=50 kg.不計(jì)空氣阻力.(取sin37°=0.60,cos37°=0.80;g取10 m/s2)求:
(1)A點(diǎn)與O點(diǎn)的距離;
(2)運(yùn)動員離開O點(diǎn)時(shí)的速度大;
(3)運(yùn)動員落到A點(diǎn)時(shí)的動能.
【詳解】(1)設(shè)A點(diǎn)與O點(diǎn)的距離為L,運(yùn)動員在豎直方
向做自由落體運(yùn)動,有Lsin37°= L= =75 m (4分)
(2)設(shè)運(yùn)動員離開O點(diǎn)的速度為v0,運(yùn)動員在水平方向做勻速直線運(yùn)動,即Lcos37°=v0t
解得 (6分)
(3)由機(jī)械能守恒,取A點(diǎn)為重力勢能零點(diǎn),運(yùn)動員落到A點(diǎn)的動能為
EkA=mgh+ mv02=32 500 J (6分)
【感悟高考真題】
1.(2011?廣東理綜?T17)如圖6所示,在網(wǎng)球的網(wǎng)前截?fù)艟毩?xí)中,若練習(xí)者在球網(wǎng)正上方距地面H處,將球以速度v沿垂直球網(wǎng)的方向擊出,球剛好落在底線上,已知底線到網(wǎng)的距離為L,重力加速度取g,將球的運(yùn)動視作平拋運(yùn)動,下列表述正確的是
A.球的速度v等于L
B.球從擊出至落地所用時(shí)間為
C.球從擊球點(diǎn)至落地點(diǎn)的位移等于L
D.球從擊球點(diǎn)至落地點(diǎn)的位移與球的質(zhì)量有關(guān)
【答案】選A.B.
【詳解】由平拋運(yùn)動規(guī)律知,在水平方向上有: ,在豎直方向上有: ,聯(lián)立解得 , ,所以A.B正確;球從擊球點(diǎn)至落地點(diǎn)的位移為 ,C,D錯誤。
2.(2011?上海高考物理?T25)以初速為 ,射程為 的平拋運(yùn)動軌跡制成一光滑軌道。一物體由靜止開始從軌道頂端滑下,當(dāng)其到達(dá)軌道底部時(shí),物體的速率為 ,其水平方向的速度大小為 。
【答案】 ,
【詳解】建立如圖所示的坐標(biāo)系,軌跡是拋物線,所以 , ,消去參數(shù)t,得到拋物線的軌跡方程 .一物體由靜止開始從軌道頂端滑下,當(dāng)其到達(dá)軌道底部時(shí), ,豎直位移 ①,根據(jù)機(jī)械能守恒, ②,①②聯(lián)立, ;
根據(jù)平拋運(yùn)動速度方向與位移方向角度的關(guān)系, ③,把①代入③得 ,
3(2010?全國卷1)18.一水平拋出的小球落到一傾角為 的斜面上時(shí),其速度方向與斜面垂直,運(yùn)動軌跡如右圖中虛線所示。小球在豎直方向下落的距離與在水平方向通過的距離之比為
A. B.
C. D.
【答案】D
【解析】如圖平拋的末速度與豎直方向的夾角等于斜面傾角θ,根據(jù)有: 。則下落高度與水平射程之比為 ,D正確。
【命題意圖與考點(diǎn)定位】平拋速度和位移的分解。
4.(2010?上海物理)30.(10分)如圖,ABC和ABD為兩個光滑固定軌道,A、B、E在同一水平面,C、D、E在同一豎直線上,D點(diǎn)距水平面的高度h,C點(diǎn)高度為2h,一滑塊從A點(diǎn)以初速度 分別沿兩軌道滑行到C或D處后水平拋出。
(1)求滑塊落到水平面時(shí),落點(diǎn)與E點(diǎn)間的距離 和 .
(2)為實(shí)現(xiàn) < , 應(yīng)滿足什么條件?
解析:
(1)根據(jù)機(jī)械能守恒,
根據(jù)平拋運(yùn)動規(guī)律: ,
,
綜合得 ,
(2)為實(shí)現(xiàn) < ,即 < ,得 <
但滑塊從A點(diǎn)以初速度 分別沿兩軌道滑行到C或D處后水平拋出,要求 ,
所以 。
本題考查根據(jù)機(jī)械能守恒和平拋運(yùn)動規(guī)律以及用數(shù)學(xué)工具處理物理問題的能力。
難度:難。
5.(09?廣東理科基礎(chǔ)?7)滑雪運(yùn)動員以20m/s的速度從一平臺水平飛出,落地點(diǎn)與飛出點(diǎn)的高度差3.2m。不計(jì)空氣阻力,g取10m/s2。運(yùn)動員飛過的水平距離為s,所用時(shí)間為t,則下列結(jié)果正確的是 ( B )
A.s=16m,t=0.50s B.s=16m,t=0.80s
C.s=20m,t=0.50s D.s=20m,t=0.80s
解析:做平拋運(yùn)動的物體運(yùn)動時(shí)間由高度決定,根據(jù)豎直方向做自由落體運(yùn)動得 。根據(jù)水平方向做勻速直線運(yùn)動可知 ,B正確。
6.(09?福建?20)(15分)如圖所示,射擊槍水平放置,射擊槍與目標(biāo)靶中心位于離地面足夠高的同一水平線上,槍口與目標(biāo)靶之間的距離s=100 m,子彈射出的水平速度v=200m/s,子彈從槍口射出的瞬間目標(biāo)靶由靜止開始釋放,不計(jì)空氣阻力,取重力加速度g為10 m/s2,求:
(1)從子彈由槍口射出開始計(jì)時(shí),經(jīng)多長時(shí)間子彈擊中目標(biāo)靶?
(2)目標(biāo)靶由靜止開始釋放到被子彈擊中,下落的距離h為多少?
答案:(1)0.5s(2)1.25m
解析:本題考查的平拋運(yùn)動的知識。
(1)子彈做平拋運(yùn)動,它在水平方向的分運(yùn)動是勻速直線運(yùn)動,設(shè)子彈經(jīng)t時(shí)間集中目標(biāo)靶,則
t =
代入數(shù)據(jù)得
t =0.5s
(2)目標(biāo)靶做自由落體運(yùn)動,則h =
代入數(shù)據(jù)得 h =1.25m
【考點(diǎn)模擬演練】
1.(2011?福州模擬)如圖所示,三個小球從同一高度處的O點(diǎn)分別以水平初速度v1、v2、v3拋出,落在水平面上的位置分別是A、B、C,O′是O在水平面上的射影點(diǎn),且O′A∶O′B∶O′C=1∶3∶5.若不計(jì)空氣阻力,則下列說法正確的是( )
A.v1∶v2∶v3=1∶3∶5
B.三個小球下落的時(shí)間相同
C.三個小球落地的速度相同
D.三個小球落地的動能相同
【答案】選A、B.
【詳解】由于三個小球從同一高度處拋出,所以做平拋運(yùn)動的時(shí)間相同,由x=v0t可知選項(xiàng)A、B正確;由于初速度不相同,但三種情況重力做功相同,由動能定理可得落地的動能不相同,速度也不相同,故選項(xiàng)C、D錯誤.
2.(2011?北師大附中模擬)A、B、C、D四個完全相同的小球自下而上等間距地分布在一條豎直線上,相鄰兩球的距離等于A球到地面的距離.現(xiàn)讓四球以相同的水平速度同時(shí)向同一方向拋出,不考慮空氣阻力的影響,下列說法正確的是( )
A.A球落地前,四球分布在一條豎直線上,落地時(shí)間間隔相等
B.A球落地前,四球分布在一條豎直線上,A、B落點(diǎn)間距小于C、D落點(diǎn)間距
C.A球落地前,四球分布在一條豎直線上,A、B落地時(shí)間差大于C、D落地時(shí)間差
D.A球落地前,四球分布在一條拋物線上,A、B落地時(shí)間差大于C、D落地時(shí)間差
【答案】選C.
【詳解】A球落地前,四個球在水平方向均做初速度為
v0的勻速運(yùn)動,在同一時(shí)刻一定在同一豎直線上,D錯誤.設(shè)A球開始離地的距離為h,則有:tA= ,tC= ,可見tD-tC<tB-tA,A錯誤、C正確.由Δx=v0Δt可知,ΔxAB>ΔxCD,B錯誤.
3.農(nóng)民在精選谷種時(shí),常用一種叫“風(fēng)車”的農(nóng)具進(jìn)行分選.在同一風(fēng)力作用下,谷種和癟谷(空殼)谷粒都從洞口水平飛出,結(jié)果谷種和癟谷落地點(diǎn)不同,自然分開,如圖所示.對這一現(xiàn)象,下列分析正確的是()
A.N處是谷種,M處是癟谷
B.谷種質(zhì)量大,慣性大,飛得遠(yuǎn)些
C.谷種飛出洞口時(shí)的速度比癟谷飛出洞口時(shí)的速度小些
D.谷種和癟谷在豎直方向做自由落體運(yùn)動
【答案】C
【詳解】由于空氣阻力的影響,谷種和癟谷在豎直方向都不是自由落體運(yùn)動,癟谷落地所用時(shí)間較長.癟谷質(zhì)量小,在同一風(fēng)力作用下,從洞口水平飛出時(shí)的速度較大,因而癟谷飛得遠(yuǎn)些.正確選項(xiàng)為C.
4.玉樹大地震,牽動了全國人民的心.一架裝載救災(zāi)物資的直升飛機(jī),以10 m/s的速度水平飛行,在距地面180 m的高度處,欲將救災(zāi)物資準(zhǔn)確投放至地面目標(biāo),若不計(jì)空氣阻力,g取10 m/s2,則( )
A.物資投出后經(jīng)過6 s到達(dá)地面目標(biāo)
B.物資投出后經(jīng)過18 s到達(dá)地面目標(biāo)
C.應(yīng)在距地面目標(biāo)水平距離60 m處投出物資
D.應(yīng)在距地面目標(biāo)水平距離180 m處投出物資
【答案】AC
【詳解】物資投出后做平拋運(yùn)動,其落地所用時(shí)間由高度決定,t=2hg=6 s,A項(xiàng)正確,B項(xiàng)錯誤;拋出后至落地的水平位移為x=vt=60 m,C項(xiàng)正確,D項(xiàng)錯誤.答案為AC.
5.如圖所示,P是水平面上的圓弧凹槽,從高臺邊B點(diǎn)以某速度v0水平飛出的小球,恰能從固定在某位置的凹槽的圓弧軌道的左端A點(diǎn)沿圓弧切線方向進(jìn)入軌道.O是圓弧的圓心,θ1是OA與豎直方向的夾角,θ2是BA與豎直方向的夾角,則( )
A.tan θ2tan θ1=2 B.tan θ1tan θ2=2
C.1tan θ1tan θ2=2 D.tan θ1tan θ2=2
【答案】B
【詳解】由題意知:tan θ1=vyv0=gtv0,tan θ2=xy=v0t12gt2=2v0gt.
由以上兩式得:tan θ1tan θ2=2.故B項(xiàng)正確.
6.如圖所示,高為h=1.25 m的平臺上,覆蓋一層薄冰,現(xiàn)有一質(zhì)量為60 kg的滑雪愛好者,以一定的初速度v向平臺邊緣滑去,著地時(shí)的速度方向與水平地面的夾角為45°(取重力加速度g=10 m/s2).由此可知下列各項(xiàng)中錯誤的是
( )
A.滑雪者離開平臺邊緣時(shí)的速度大小是5.0 m/s
B.滑雪者著地點(diǎn)到平臺邊緣的水平距離是2.5 m
C.滑雪者在空中運(yùn)動的時(shí)間為0.5 s
D.著地時(shí)滑雪者重力做功的瞬時(shí)功率是300 W
【答案】D
【詳解】著地時(shí)速度的方向與水平地面的夾角為45°,故vy=v0=2gh=2×10×1.25 m/s=5.0 m/s,A正確;x=v0t=v02hg=5×2×1.2510 m=2.5 m,B正確;飛行時(shí)間t=2hg=0.5 s,C正確;著地時(shí)滑雪者重力做功的瞬時(shí)功率P=mgvy=60×10×5.0 W=3000 W,D錯誤.
7.(2011?鎮(zhèn)江實(shí)驗(yàn)檢測)一小船在河中的運(yùn)動軌跡如圖所示,下列判斷正確的是( )
A.若小船在x方向始終勻速,則y方向先加速后減速
B.若小船在x方向始終勻速,則y方向先減速后加速
C.若小船在y方向始終勻速,則x方向先減速后加速
D.若小船在y方向始終勻速,則x方向先加速后減速
【答案】BD
【詳解】小船運(yùn)動軌跡上各點(diǎn)的切線方向?yàn)樾〈暮纤俣确较颍粜〈?br>在x方向始終勻速,由合速度方向的變化可知,小船在y方向的速度先減小后增加.故A錯誤,B正確;若小船在y方向始終勻速,由合速度方向的變化可知,小船在x方向的速度先增加后減小,故C錯誤,D正確.
8.隨著人們生活水平的提高,高爾夫球賽將逐漸成為普通人的休閑娛樂方式.如圖,某人從高出水平地面h的坡上水平擊出一個質(zhì)量為m的高爾夫球.由于恒定的水平風(fēng)力的作用,高爾夫球豎直地落入距擊球點(diǎn)水平距離為L的A穴.則( )
A.球被擊出后做平拋運(yùn)動
B.該球從被擊出到落入A穴所用的時(shí)間為 2hg
C.球被擊出時(shí)的初速度大小為L2gh
D.球被擊出后受到的水平風(fēng)力的大小為mgh/L
【答案】BC
【詳解】由于受到恒定的水平風(fēng)力的作用,球被擊出后在水平方向做勻減速運(yùn)動,A錯誤;由h=12gt2得球從被擊出到落入A穴所用的時(shí)間為t=2hg,B正確;由題述高爾夫球豎直地落入A穴可知球水平末速度為零,由L=v0t/2得球被擊出時(shí)的初速度大小為v0=L2gh,C正確;由v0=at得球水平方向加速度大小a=gL/h,球被擊出后受到的水平風(fēng)力的大小為F=ma=mgL/h,D錯誤.
9.(2011?開封期末)取稍長的細(xì)桿,其一端固定一枚鐵釘,另一端用羽毛做一個尾翼,做成A、B兩只飛鏢,將一軟木板掛在豎直墻壁上,作為鏢靶.在離墻壁一定距離的同一處,將它們水平擲出,不計(jì)空氣阻力,兩只飛鏢插在靶上的狀態(tài)如圖 (側(cè)視圖).則下列說法中正確的是( )
A.A鏢擲出時(shí)的初速度比B鏢擲出時(shí)的初速度大
B.B鏢插入靶時(shí)的末速度比A鏢插入靶時(shí)的末速度大
C.B鏢的運(yùn)動時(shí)間比A鏢的運(yùn)動時(shí)間長
D.A鏢的質(zhì)量一定比B鏢的質(zhì)量大
【答案】AC
【詳解】平拋運(yùn)動可以分為水平方向的勻速直線運(yùn)動和豎直方向的自由落體運(yùn)動.即x=v0t,y=12gt2.題目中兩飛鏢在同一處水平拋出,飛鏢B在豎直方向下落的距離大,說明飛鏢B在空中運(yùn)動的時(shí)間長.又因?yàn)閮娠w鏢拋出時(shí)距墻壁的水平距離相同,所以飛鏢B的水平速度。赃x項(xiàng)A、C正確;兩飛鏢的質(zhì)量大小不能確定,所以選項(xiàng)D錯誤;飛鏢B的水平速度比飛鏢A小,但飛鏢B的豎直速度比飛鏢A大,而末速度指的是水平速度和豎直速度的合速度.因此不能確定兩飛鏢的末速度,所以選項(xiàng)B錯誤.
10.如圖所示,粗糙的斜面與光滑的水平面相連接,滑塊沿水平面以速度v0運(yùn)動.設(shè)滑塊運(yùn)動到A點(diǎn)的時(shí)刻為t=0,距A點(diǎn)的水平距離為x,水平速度為vx.由于v0不同,從A點(diǎn)到B點(diǎn)的幾種可能的運(yùn)動圖象如下列選項(xiàng)所示,其中表示摩擦力做功最大的是( )
A B C D
【答案】D
【詳解】考查平拋運(yùn)動的分解與牛頓運(yùn)動定律.從A選項(xiàng)的水平位移與時(shí)間的正比關(guān)系可知,滑塊做平拋運(yùn)動,摩擦力必定為零;B選項(xiàng)先平拋后在水平地面運(yùn)動,水平速度突然增大,摩擦力依然為零;對C選項(xiàng)水平速度不變,為平拋運(yùn)動,摩擦力為零;對D選項(xiàng)水平速度與時(shí)間成正比,說明滑塊在斜面上做勻加速直線運(yùn)動,有摩擦力,故摩擦力做功最大的是D圖象所顯示的情景,D對.
11.一物體在光滑水平面上運(yùn)動,它的x方向和y方向的兩個運(yùn)動的速度一時(shí)間圖象如圖所示.
(1)判斷物體的運(yùn)動性質(zhì);
(2)計(jì)算物體的初速度;
(3)計(jì)算物體在前3 s內(nèi)和前6 s內(nèi)的位移.
【答案】(1)見解析 (2)50 m/s (3)108.2 m 180 m
【詳解】(1)由圖可看出,物體沿x方向的分運(yùn)動為勻速直線運(yùn)動,沿y方向的分運(yùn)動為勻變速直線運(yùn)動,故合運(yùn)動為勻變速曲線運(yùn)動.
(2)物體的初速度
v0=v2x0+v2y0=302+?-40?2m/s=50 m/s.
(3)在前3 s內(nèi),x=vx?t=30×3 m=90 m,y=vy02?t=402×3 m=60 m,故s=x2+y2=902+602m
≈108.2 m,在前6 s內(nèi),x′=vxt′=30×6 m=180 m,y′=0,故s′=x′=180 m.
12.國家飛碟射擊隊(duì)在進(jìn)行模擬訓(xùn)練時(shí)用如圖所示裝置進(jìn)行.被訓(xùn)練的運(yùn)動員在高H=20 m的塔頂,在地面上距塔水平距離為l處有一個電子拋靶裝置,圓形靶可被以速度v2豎直向上拋出.當(dāng)靶被拋出的同時(shí),運(yùn)動員立即用特制手槍沿水平方向射擊,子彈速度v1=100 m/s.不計(jì)人的反應(yīng)時(shí)間、拋靶裝置的高度及子彈在槍膛中的運(yùn)動時(shí)間,且忽略空氣阻力及靶的大小(g取10 m/s2).
(1)當(dāng)l取值在什么范圍內(nèi),無論v2為何值靶都不能被擊中?
(2)若l=100 m,v2=20 m/s,試通過計(jì)算說明靶能否被擊中?
【答案】(1)l>200 m (2)恰好擊中
【詳解】(1)若拋靶裝置在子彈的射程以外,則不論拋靶速度為何值,都無法擊中.
H=12gt2, x=v1t
l>x=v12Hg=200 m
即l>200 m,無論v2為何值都不能被擊中.
(2)若靶能被擊中,則擊中處應(yīng)在拋靶裝置的正上方,設(shè)經(jīng)歷的時(shí)間為t1,則:l=v1t1,t1=lv1=100100 s=1 s.
y1=12gt21=12×10×12 m=5 m
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