平抛运动可以看作是两个运动的组合运动:水平方向的匀速运动和垂直方向的自由落体运动。
解题方法是:根据题意,正确画出示意图,识别运动性质,将平抛运动分解为直线运动,运用相关运动规律(公式),列出方程来求解结果。
1.利用平抛运动定律解决问题
例1 如图1所示,有两个相对的斜面,其倾角分别为37°和53°。 在顶点处,两个小球以相同的初速度分别向左和向右水平抛掷。 小球落在斜坡上。 如果不考虑空气阻力,A、B 两个球的运动时间之比为( )。
答:1:1
B.4:3
西 16:9
日 9:16
图1
分析:假设物体水平投掷运动的运动时间为t,则位移的水平分量和垂直分量分别为
从图中可以看出
所以
F
即D选项正确。
2、平抛运动问题正确答案与错误答案分析
例2.如图2所示,AB为斜面,BC为水平面。 一个小球以水平速度v从A点向右抛出,其落地点与A点的水平距离为S1; 另一个小球以水平速度2v从A点向右抛出,其落地点与A点之间的水平距离为S2。 排除空气阻力,S1:S2 可能为( )。
图2
答:1:2
B.1:3
C.1:4
D.1:5
分析:根据平抛运动的基本公式
由此可见,水平位移与初速度成正比,故错误地认为选项A是正确的。 本题采用批判法判断选项B,并确定两种情况下平抛运动的解。 两者的解法也符合题意。 不要忽视着陆点在斜坡上的情况。
解决方案:考虑在斜面上跌倒和在平面上跌倒的不同情况。 如果两次落在平面上,则 A 正确; 如果两次落在斜坡上,则 C 正确; 如果第一次落在斜坡上,第二次落在平面上,则 B 可能是正确的。 其实只要在1:2到1:4之间就可以,所以正确选项应该是A、B、C。
例3.如图3所示斜面上平抛二级结论,高度为
水平面与倾斜角θ=30°的平面在A点连接一个小球
速度在平面内向右移动,求小球从A点移动到地面所需的时间(平面和斜面都是光滑的,取
)。
图3
某学生对这道题的解法是:球沿斜面运动,则
由此,可求出着陆时间t。
问:您同意上述解决方案吗? 如果您同意,请查明所需时间; 如果不同意,请说明理由并找出您认为正确的结果。
分析:不同意。 球应在 A 点离开平面并进行平面投掷运动,而不是沿着斜面滑下。落地与 A 点之间的水平距离
斜角底部宽度
因为
,所以球离开A点时不会落在斜坡上,所以落地时间就是平抛运动的时间,所以
3.平抛运动实验图表处理
例4. 在研究平面抛物线物体运动的实验中,使用一张印有小方块的纸来记录轨迹。 小正方形的边长L=1.25m。如果球在平抛运动过程中处于如图4所示的a、b、c、d几个位置,则初速度的计算公式平投距离为:
(用L、g表示),其值为(取
)。
图4
分析:这是一个很难的问题。 根据以往的误区,不少同学误将a点作为投掷点,并迅速使用。
和
得到错误的答案
另外,这个问题也可以在垂直方向上使用加工纸带的方法来解决:使用
解决起来比较简单。
分析:从图中可以看出:位移a、b、c、d的水平间隔相等,即小球落到各个位置的时间间隔相等,设为t; 那么初速度是
。
考虑物体从 a 到 b 以及从 b 到 c 的垂直部分运动,我们有
结合以上四个式子即可求解
将数据代入,得到
4.平投动作
例 4. 一架质量为 m 的飞机以水平速度 v0 飞出跑道,然后逐渐上升。 如果在此过程中飞机的水平速度保持不变,则它既受到重力的作用,又受到恒定的垂直升力的作用(这个升力是由除重力之外的其他力的合力提供的)。现在测得飞机的位移水平方向上是
当 时,其上升高度为 h斜面上平抛二级结论,如图 5 所示。求飞机所受到的升力大小。
图5
分析:净外力F恒定,等于物体的初速度。
方向是垂直的。 这种运动称为类抛物线运动,其运动轨迹是抛物线。 处理方法与抛物线运动类似(运动分解)。 本题是一道方法转移题。 学生需要了解处理平投运动的方法,以便进一步灵活处理问题。
分析:由于飞机上升到高度h的时间为t; 我们有
y 方向的加速度为
假设飞机的升力为F,根据牛顿第二定律,有
所以