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高中物理试卷:彰显平抛运动的六大“亮点”

03-15 00:32:53   浏览次数:12126  栏目:高中试卷
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平抛运动是“曲线运动”的重点,也是历考不衰的热点。笔者通过整理,归纳成以下六大考点。其目的是为了彰显和复习这些知识,有利于促进复习和备考。

 

  亮点一、(除时间以外)所有物理量均由高度与初速度两方面决定。

 

  平抛运动的时间由高度决定,这是由于竖直方向要受到空间的约束,根据r" width=63 align=absMiddle>r" width=59 align=absMiddle>。其它的物理量如速度、位移等都由初始条件:高度和初速度两方面共同决定。

 

  例1 平抛运动的物体,哪些物理量仅仅由高度决定(D)

 

  A.落地时瞬时速度的大小

 

  B.物体运动的位移

 

  C.落地时瞬时速度的方向

 

  D.物体在空中运动的时间

 

  解析:落地时瞬时速度的大小:r" width=265 align=absMiddle>,由初速度和高度共同决定,故A错。物体运动的位移:r" width=285 align=center>由初速度和高度共同决定,故B错。落地时瞬时速度的方向:r" width=163 align=middle>,由初速度和高度共同决定,故C错。选D。

 

  点评:其实本题只要知道这条结论,就可以直接选择正确答案了。

 

  亮点二、速度角的正切是位移角正切的二倍

 

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  这个结论也可以变成【另一个结论】r" width=115 align=middle>,即瞬时速度的反向延长线必交水平轴于中点处。如图1所示。

 

               " width=137 align=absMiddle>

 

  例2 从倾角为r" width=13 align=absMiddle>的足够长斜面上的A点,先后将同一个小球以不同的初速度水平向右抛出,第一次初速度为r" width=16 align=absMiddle>,球落到斜面上瞬时速度方向与斜面夹角为r" width=19 align=absMiddle>,第二次初速度为r" width=17 align=absMiddle>,球落到斜面上瞬时速度方向与斜面夹角为r" width=20 align=absMiddle>,不计空气阻力,若r" width=47 align=absMiddle>,则r" width=19 align=absMiddle>     r" width=20 align=absMiddle>。(填大于,小于或者等于)

 

               " width=157 >

 

  解析:如图3所示,小球两次的位移角均为r" width=13 align=absMiddle>,根据以上结论,两次的速度角r" width=16 align=absMiddle>也应相等,而本题所说r" width=16 align=absMiddle>为速度角和位移角的差r" width=68 align=absMiddle>,那么r" width=19 align=absMiddle>等于r" width=20 align=absMiddle>。

 

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  点评:应用r" width=97 align=absMiddle>解决本题,真是绝妙。

 

  亮点三、轨迹方程是很实用的二次结论

 

  平抛运动的曲线之所以是抛物线就是因为其轨迹方程是抛物线形式:r" width=73 align=absMiddle>。这是水平位移r" width=48 align=absMiddle>和竖直位移r" width=64 align=absMiddle>相互联立消去中间参数时间r" width=9 align=absMiddle>后得到的。

 

  例3 排球场总长r" width=31 align=absMiddle>,网高r" width=25 align=absMiddle>,运动员在r" width=24 align=absMiddle>线正上空击球(方向垂直于底线),假设球做平抛运动,问在什么高度处击球,无论速度为多大,球总要出界或触网?

 

           " width=237 >

 

  解析:我们知道除时间以外,其它量均与初速度有关,那么本题只有一种可能,就是对方底线和球网上边缘在同一条抛物线上。

 

  根据轨迹方程r" width=73 align=absMiddle>,得r" width=81 align=absMiddle>,解得r" width=69 align=absMiddle>。

 

  这样,如果速度大一点必然出界,小一点必然触网。

 

  点评:轨迹方程解决问题是很简捷的,应用之广泛,由此题可见一斑。

 

  亮点四、竖直方向的公差是解决时间单位r" width=15 align=absMiddle>的关键

 

  平抛在竖直方向的运动是自由落体,单位时间r" width=15 >内的位移成等差数列,公差为r" width=65 align=absMiddle>,它是解决r" width=15 >的关键。

 

  例4 某学生在做“研究平抛运动的实验”中,忘记小球做平抛运动的起点位置O,他只得到如图5所示的一段轨迹,建立图示坐标系,,则该物体做平抛运动的初速度为(r" width=81 align=absMiddle>)(C)。

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  A.r" width=52 align=absMiddle>  B.r" width=55 align=absMiddle>  C.r" width=53 align=absMiddle>  D.r" width=56 align=absMiddle>

 

  解析:从O点开始,竖直方向在连续相等的时间r" width=15 align=absMiddle>的位移r" width=69 align=absMiddle>r" width=75 align=absMiddle>,则由公差公式r" width=65 align=absMiddle>计算出r" width=57 align=absMiddle>。再根据水平方向的位移r" width=48 align=absMiddle>,解得r" width=124 align=absMiddle>。故选C。

 

  点评:在知道水平位移的情况下,要计算初速度,显然要求出r" width=15 align=absMiddle>,而r" width=15 align=absMiddle>正是由公差公式r" width=65 align=absMiddle>计算得到的。

 

  亮点五、平抛运动中动能定理与动量定理的简化形式

 

  平抛运动在水平方向不受力,所以水平方向动能守恒、动量守恒。竖直方向受到重力,动能增加,动量亦增加,所以可以把这两个定理简化成如下形式:

 

  动能定理:r" width=87 align=absMiddle>;动量定理:r" width=81 align=absMiddle>

 

  例5 如图6所示,质量为r" width=77 align=absMiddle>的小钢球以r" width=79 align=absMiddle>的水平速度抛出,下落时撞击一钢板,撞后速度恰好反向,则钢板与水平面的夹角r" width=13 align=absMiddle>=     ,刚要撞击钢板时小球动量的大小为     。(r" width=81 align=absMiddle>)

 

              " width=157 >

 

  解析:根据动能定理:r" width=87 align=absMiddle>,求出r" width=80 align=absMiddle>,这和水平方向的速度相等,所以r" width=52 align=absMiddle>;

 

  小球撞击钢板时动量为r" width=249 align=absMiddle>

 

  点评:当然本题可以用运动学的方法解,但是从能量角度解决,更上一层楼。

 

  亮点六、在平抛运动的实验中,用竖直方向的比例r" width=27 align=absMiddle>判定坐标原点是否为其抛出点

 

  关于平抛运动的实验题,常常考查坐标原点是否为抛出点的问题,咱们知道如果坐标原点的确是抛出点的话,小球在竖直方向应该是完整的自由落体,满足特殊比例r" width=103 align=absMiddle>,如果开始阶段的比例是r" width=27 align=absMiddle>就表明是抛出点,否则就不是抛出点。

 

  例6 判断例4中坐标原点是否为小球的抛出点?

 

  解析:由于r" width=69 align=absMiddle>r" width=75 align=absMiddle>r" width=89 align=absMiddle>,由此可以断定坐标原点绝非小球的抛出点。坐标原点之上还有r" width=31 >长的部分尚未画出。

 

  点评:r" width=27 align=absMiddle>判定抛出点的确简单明快。

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