- 平抛运动
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如图所示,摩托车做腾跃特技表演,以v0=10m/s的初速度冲上顶部水平的高台,然后从高台水平飞出,若摩托车冲向高台过程中以额定功率1.8kw行驶,所经时间为16s,人和车的总质量为180kg,台高h=6m,不计空气阻力,不计摩擦产生的热量(g取10m/s2)求:摩托车飞出的水平距离S是多少?
正确答案
摩托车冲点过程,由动能定理:Pt-mgh=mv2-
mv02
代入取据得v=10m/s
飞出后做平抛运动:
则h=gt2,s=vt
由以上两式得 s=6m
答:摩托车飞出的水平距离S是6m
从某一高度平抛一物体,当抛出2s后落地,此时它的速度方向与水平方向成45°角,求:
(1)抛出点距地面的高度;
(2)抛出时的速度;
(3)落地时的速度;
(4)水平射程.(g取10m/s2)
正确答案
(1)抛出点与地面的高度 h=gt2=
×10×22m=20m.
(2)落地时竖直分速度 vy=gt=10×2m/s=20m/s
根据tan45°=得,v0=
=20m/s.
(3)落地时的速度v==
m/s=20
m/s
(4)水平方射程 s=v0t=20×2m=40m
答:
(1)抛出点距地面的高度为20m;
(2)抛出时的速度为20m/;
(3)落地时的速度为20m/s;
(4)水平射程为40m.
从地面上方某点,将一小球以 10m/s 的初速度沿水平方向抛出,小球经过 1s 落地,不计空气阻力,取 g 为 10m/s 2.求:
( 1 )小球落地时的速度;
( 2 )小球从抛出到落地的位移.
正确答案
(1)小球落地时在竖直方向上的分速度vy=gt=10m/s.
小球落地时的速度v==10
m/s.
v与水平方向的夹角为θ=45°.
(2)小球落地时的水平位移x=v0t=10m.
竖直方向上的位移y=gt2=5m.
落地的位移s==5
m.
s与水平方向的夹角为α,有tanα=.
答:(1)小球落地时的速度为10m/s.
(2)小球从抛出到落地的位移5m.
如图所示,一玩滚轴溜冰的小孩(可视为质点)质量为m=30kg,他在左侧平台上滑行一段距离以3m/s的速度从平台右侧水平滑出,而后恰能无碰撞地沿圆弧切线方向从A点进入竖直面内的光滑圆弧轨道,并沿轨道下滑,A、B为圆弧两端点,其连线水平.对应圆心角θ=106°,当小孩通过圆弧最低点时,对轨道的压力大小为915N.(计算中取g=10m/s2,sin53°=0.8,cos53°=0.6)求:
(1)小孩自滑离平台至进入圆弧轨道所用的时间
(2)圆弧轨道的半径.
正确答案
(1)由题意知:小孩落到A点时速度方向沿A点切线方向,小孩做平抛运动,则有 tan53°=
得 vy=v0tan53°= v0=4m/s
又 vy=gt
解得时间t=0.4s
(2)设小孩到最低点的速度为vx,由机械能守恒定律得
m
-
m
=mg[h+R(1-cos53°)]
在最低点,据牛顿第二定律,有 FN-mg=m
又 h=gt2
由以上三式解得R=2m
答:
(1)小孩自滑离平台至进入圆弧轨道所用的时间是0.4s.
(2)圆弧轨道的半径是2m.
如图所示,光滑半圆轨道竖直放置,半径为R,一水平轨道与圆轨道相切,在水平光滑轨道上停着一个质量为M=0.99kg的木块,一颗质量为m=0.01kg的子弹,以vo=400m/s的水平速度射入木块中,然后一起运动到轨道最高点水平抛出,当圆轨道半径R多大时,平抛的水平距离最大?最大值是多少?(g取10m/s2)
正确答案
对子弹和木块应用动量守恒定律:
mv0=(m+M)v1
所以 v1=4m/s
对子弹、木块由水平轨道到最高点应用机械能守恒定律,取水平面为零势能面,设木块到最高点时的速度为v2,有(m+M)v12=
(m+M)v22+(m+M)g•2R
所以 v2=
由平抛运动规律有:
2R=gt2
S=v2t
解得:S=4-
所以,当R=0.2m时水平距离最大
最大值Smax=0.8m.
答:当圆轨道半径R=0.2m时,平抛的水平距离最大,最大值是0.8m.
如图是赛车兴趣小组进行遥控赛车的轨道示意图.赛车从起点A出发,沿水平直线加速到B点时的速度为v,再进入半径为R=0.32m的竖直圆轨道运动,然后再从B点进入水平轨道BD,经D点水平飞出,最终落到水平地面上.已知h=1.25m.为了计算方便,现假设赛车从B进入轨道后的所有运动过程中,都不计摩擦与空气阻力.(g取10m/s2)
(1)为了使赛车不脱离轨道,赛车在最高点C处的速度至少为多少?(答案中保留根号)
(2)若赛车的质量为1.5kg,则在 (1)问的情况下,赛车刚进入B点时对轨道的压力大小是多少?
(3)求经D点水平飞出,到落到水平地面上的过程中的水平位移X的大小?
正确答案
(1)最高点C,最小速度vC满足:mg=m
得 vc==
m/s
(2)根据机械能守恒B到C的过程中满足:mvB2=
mvC2+mg•2R
在B点根据牛顿第二定律:FB-mg=m
解得FB=mg+m=6mg
代入数据解得FB=90N
根据牛顿第三定律可知,赛车对轨道的压力大小为90N
(3)经D点水平飞出后赛车做平抛运动
h=at2
mvB2=
mvC2+mg•2R
X=vBt
代入数据解得x=2m
答:(1)为了使赛车不脱离轨道,赛车在最高点C处的速度至少为m/s;
(2)若赛车的质量为1.5kg,则在 (1)问的情况下,赛车刚进入B点时对轨道的压力大小是90N;
(3)经D点水平飞出,到落到水平地面上的过程中的水平位移X为2m.
某一平抛的部分轨迹如图所示,已知x1=x2=a,y1=b,y2=c,求v0.
正确答案
由图象可以知道,A到B和B到C的时间是相等的,
相等的时间内,竖直方向的位移差△h=gt2,
即有:c-b=gt2
因此解得:t=
水平方向匀速运动,x=v0t,由此解得:
v0=a
答:初速度v0=a.
已知作平抛运动的物体在飞行过程中经过A、B两点的时间内速度改变量的大小为△v,A、B两点的竖直距离为△y,则物体从抛出到运动到B点共经历了多少时间?
正确答案
设A到B的时间为△t,
根据△v=g△t得:
△t=
平抛运动竖直方向做自由落体运动,设物体从抛出到运动到B点的时间为t,则
gt2-
g(t-△t)2=△y
解得:t=
答:物体从抛出到运动到B点共经历的时间为.
如图所示,在高h1=30m的光滑水平平台上,质量m=1kg的小物块压缩弹簧后被锁扣K锁住,储存了一定量的弹性势能Ep.若打开锁扣K,小物块将以一定的速度v1水平向右滑下平台做平抛运动,并恰好能从光滑圆弧形轨道BC上B点沿切线方向进入圆弧形轨道.B点的高度h2=15m,圆弧轨道的圆心O与平台等高,轨道最低点C的切线水平,并与地面上动摩擦因数为μ=0.7的足够长水平粗糙轨道CD平滑连接,小物块沿轨道BCD运动最终在E点(图中未画出)静止,g=10m/s2.求:
(1)小物块滑下平台的速度v1;
(2)小物块原来压缩弹簧时储存的弹性势能Ep的大小和C、E两点间的距离.
正确答案
(1)由于h1=30m,h2=15m,设物块从A运动到B的时间为t,则h1-h2=gt2
解得t=s.
由Rcos∠BOC=h1-h2,R=h1
所以∠BOC=60°
设小物块平抛运动的水平速度是v1,则=tan60°
解得v1=10m/s.
(2)由能量守恒可得,弹簧压缩时的弹性势能为Ep=mv12=50J.
设C、E两点间的距离为L,根据动能定理得,mgh1+mv12=μmgL.
解得L=50m.
答:(1)小物块滑下平台的速度为10m/s.
(2)小物块原来压缩弹簧时储存的弹性势能Ep的大小为50J,C、E两点间的距离为50m.
如图所示,质量M=0.45kg的前方带有小孔的塑料块沿斜面滑到最高点C时速度恰为零,此时它刚好与从A点以v0水平射出的弹丸相碰,弹丸沿着斜面方向进入塑料块中,并立即与塑料块粘在一起有相同的速度.已知A点和C点距地面的高度分别为:H=1.95m,h=0.15m,弹丸的质量m=0.05kg,水平初速度v0=8m/s,重力加速度g=10m/s2.求:
(1)斜面与水平地面的夹角θ.
(2)上述条件仍成立,若再在斜面下端与地面交 接处设一个垂直斜面的弹性挡板,塑料块与它相碰后可以立即原速率反弹.现要使弹丸与塑料块相碰后一起沿斜面向下运动,它们与挡板第一次相撞后恰好仍能返回C点,则塑料块与斜面间的动摩擦因数应为多少?
正确答案
(1)对弹丸从开始到C点过程,研究竖直方向的分运动,设到C点时竖直方向分速度为vy,根据运动学公式
=2g(H-h)
得 vy=6m/s所以此时弹丸速度方向偏离原方向的夹角θ满足:tanθ==
所以,θ=37°
依题意知,斜面与水平地面夹角也为θ=37°
(2)设弹丸与塑料块碰撞后两者共同速度为v1,依动量守恒有:
m=(m+M)v1
解得:v1=1m/s
从结合体开始下滑到返回C点的全过程,设通过的总路程为s根据能量守恒:
μ(m+M)gcosθS=(m+M)
而:S=
解得:μ=0.125
答:(1)倾角为37°(2)动摩擦因数为0.125
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