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题型:简答题
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简答题

物理和数学是紧密联系的两个学科,应用物理模型的方法可以解决相关的数学问题.图为y=-的抛物线,从数学的角度上看,曲线上某点的曲率圆半径,就是在曲线上取包含该点在内的一段弧,当这段弧极小时,可以把它看做是某个“圆“的弧,则此圆的半径就是曲线在该点的曲率半径.而从物理模型的角度来说,可以用运动轨迹和抛物线重合的某种运动来进行研究,只要找出物体运动至某点时与速度方向垂直的合外力(即提供此点的向心力),利用向心力公式求解得出的半径即此点的曲率半径.现取图中x≥0的区域进行研究,问:

(1)你将以何种运动模型来研究此曲线的曲率半径?并以你选定运动模型计算说明出发点(即坐标原点)的速度和加速度的大小和方向?

(2)以你选定运动模型及相应的初速度和加速度,请你计算一下坐标为(40,-20)点的速度的大小和方向.

(3)以你选定运动模型及相应的初速度和加速度,请你计算一下坐标为(40,-20)点的曲率半径r为多少?

正确答案

解:(1)类平抛运动或平抛运动.(a可取任意值,答案无数种.)

x=40=v0t

得:t=2s,v0=20m/s,方向水平向右,

a=g=10m/s2,方向竖直向下.

(2)vy=gt=20m/s

==

=.即方向与水平成45度角斜向下.

(3)

得:==

答:(1)以类平抛运动或平抛运动模型来研究此曲线的曲率半径;

出发点(即坐标原点)的速度为20m/s,方向水平向右,

加速度g=10m/s2,方向竖直向下.

(2)坐标为(40,-20)点的速度的大小为,方向与水平成45度角斜向下.

(3)坐标为(40,-20)点的曲率半径r为

解析

解:(1)类平抛运动或平抛运动.(a可取任意值,答案无数种.)

x=40=v0t

得:t=2s,v0=20m/s,方向水平向右,

a=g=10m/s2,方向竖直向下.

(2)vy=gt=20m/s

==

=.即方向与水平成45度角斜向下.

(3)

得:==

答:(1)以类平抛运动或平抛运动模型来研究此曲线的曲率半径;

出发点(即坐标原点)的速度为20m/s,方向水平向右,

加速度g=10m/s2,方向竖直向下.

(2)坐标为(40,-20)点的速度的大小为,方向与水平成45度角斜向下.

(3)坐标为(40,-20)点的曲率半径r为

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简答题

从同一高度以相同的速率抛出三个小球,一个竖直上抛,一个竖直下抛,它们分别经过8s和1s落地.如果第三个小球是被水平抛出去的,它将经过多长时间落地?它和前两个小球的落地点相距多远?(取g=10m/s2

正确答案

解:由题意可知,竖直上抛运动的物体,要经历竖直上抛、自由落体回到出发点时的速度大小不变;与竖直下抛物体的运动相同;

故竖直上抛运动由起点再落回起点用时为:t==3.5s;

则抛出速度为:v=gt=10×3.5=35m/s;

则抛出点的高度为:h=35×1+=40m;

由h=可知平抛运动物体下落时间为:t2===2s;

飞行的水平位移为:x=vt2=35×=70m;

答:它将经过2s时间落地;它和前两个小球的落地点相距70m;

解析

解:由题意可知,竖直上抛运动的物体,要经历竖直上抛、自由落体回到出发点时的速度大小不变;与竖直下抛物体的运动相同;

故竖直上抛运动由起点再落回起点用时为:t==3.5s;

则抛出速度为:v=gt=10×3.5=35m/s;

则抛出点的高度为:h=35×1+=40m;

由h=可知平抛运动物体下落时间为:t2===2s;

飞行的水平位移为:x=vt2=35×=70m;

答:它将经过2s时间落地;它和前两个小球的落地点相距70m;

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简答题

平抛运动与斜抛运动有哪些不同?有哪些相同之处?

正确答案

解:相同点:都只受重力,加速度为g,方向竖直向下,做匀变速曲线运动.

不同点:初速度的方向不同,

平抛运动在竖直方向上做自由落体运动,斜抛运动在竖直方向上先向上做匀减速直线运动,然后做自由落体运动.

故答案为:相同点:都只受重力,加速度为g,方向竖直向下,做匀变速曲线运动.

不同点:初速度的方向不同,

平抛运动在竖直方向上做自由落体运动,斜抛运动在竖直方向上先向上做匀减速直线运动,然后做自由落体运动.

解析

解:相同点:都只受重力,加速度为g,方向竖直向下,做匀变速曲线运动.

不同点:初速度的方向不同,

平抛运动在竖直方向上做自由落体运动,斜抛运动在竖直方向上先向上做匀减速直线运动,然后做自由落体运动.

故答案为:相同点:都只受重力,加速度为g,方向竖直向下,做匀变速曲线运动.

不同点:初速度的方向不同,

平抛运动在竖直方向上做自由落体运动,斜抛运动在竖直方向上先向上做匀减速直线运动,然后做自由落体运动.

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简答题

将物体由h=5m高处以初速度v0=10m/s斜向上抛出,不计空气阻力,g取10m/s2.求物体落地时的速度大小.

正确答案

解:将物体由h=5m高处以初速度v0=10m/s斜向上抛出,不计空气阻力,只有重力做功,根据动能定理,有:

mgh=

解得:

v===10m/s;

答:物体落地时的速度大小为10m/s.

解析

解:将物体由h=5m高处以初速度v0=10m/s斜向上抛出,不计空气阻力,只有重力做功,根据动能定理,有:

mgh=

解得:

v===10m/s;

答:物体落地时的速度大小为10m/s.

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简答题

如图所示,以v0=10m/s2的初速度与水平方向成30°角抛出一个质量m=2kg的小球.忽略空气阻力的作用,g取10m/s2.求抛出后第2s末小球速度的大小.

正确答案

解:将小球的运动沿着水平和竖直方向正交分解,水平分运动速度:

 

竖直分运动是竖直上抛运动,初速度为:

 

抛出后第2s末小球速度的水平分量为:

抛出后第2s末小球速度的竖直分量为:

vy=v0y-gt=5-10×2=-15m/s

故合速度为:

m/s

答:抛出后第2s末小球速度的大小为10m/s.

解析

解:将小球的运动沿着水平和竖直方向正交分解,水平分运动速度:

 

竖直分运动是竖直上抛运动,初速度为:

 

抛出后第2s末小球速度的水平分量为:

抛出后第2s末小球速度的竖直分量为:

vy=v0y-gt=5-10×2=-15m/s

故合速度为:

m/s

答:抛出后第2s末小球速度的大小为10m/s.

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简答题

炮兵由山顶向海上目际射击.发现同一门炮以仰角α1和α2发射相同炮弹.都能准确命中海面上位置不变的同一个靶标.已知这种炮弹的初速度为v0.求此山的海拨高度.

正确答案

解:当仰角为α1时,竖直分速度为:vy1=v0sinα1,上升的最大高度为:

设山的海拔高度为h,则炮弹的运动时间为:

t1==+

同理仰角为α2时,炮弹的运动时间为:

两种仰角的水平位移相等,有:v0cosα1t1=v0cosα2t2

联立解得:h=

答:山的海拨高度为

解析

解:当仰角为α1时,竖直分速度为:vy1=v0sinα1,上升的最大高度为:

设山的海拔高度为h,则炮弹的运动时间为:

t1==+

同理仰角为α2时,炮弹的运动时间为:

两种仰角的水平位移相等,有:v0cosα1t1=v0cosα2t2

联立解得:h=

答:山的海拨高度为

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简答题

如图所示,在水平面内,有两个竖直的光滑墙面A和B,相距为d,一小球以初速v0从墙之间的O点斜向上抛出,与A和B各发生一次碰撞后正好落回抛出点,求小球的抛射角(设球与墙壁的碰撞是弹性碰撞).

正确答案

解:小球竖直分运动是竖直上抛运动,水平分运动是匀速率的直线运动,故:

y==0

x=v0cosθ•t=2d

联立解得:

t=(t=0不合实际舍去)

2sinθcosθ==sin2θ

故θ=arcsin

答:小球的抛射角为arcsin

解析

解:小球竖直分运动是竖直上抛运动,水平分运动是匀速率的直线运动,故:

y==0

x=v0cosθ•t=2d

联立解得:

t=(t=0不合实际舍去)

2sinθcosθ==sin2θ

故θ=arcsin

答:小球的抛射角为arcsin

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简答题

小明同学把一小球斜向上抛出,抛射角α=60°,发现当t=1s时,小球仍斜向上运动,但速度方向变为与水平方向成β=45°角,不计空气阻力,重力加速度g=10m/s2,求:

(1)小球被抛出时的初速度大小v0

(2)小球抛出后到达最高点的时间t.

正确答案

解:(1)设抛出时的速度为v0,在抛出时竖直方向的速度为vy1=v0sin60°,水平方向的速度为vx=v0cos60°;

1s后竖直方向的速度为vy2=vy1-gt,则vy2=vx

联立解得m/s

(2)抛出时小球在竖直方向的速度为m/s

减速所需时间为t=s

答:(1)小球被抛出时的初速度大小v0

(2)小球抛出后到达最高点的时间t为s

解析

解:(1)设抛出时的速度为v0,在抛出时竖直方向的速度为vy1=v0sin60°,水平方向的速度为vx=v0cos60°;

1s后竖直方向的速度为vy2=vy1-gt,则vy2=vx

联立解得m/s

(2)抛出时小球在竖直方向的速度为m/s

减速所需时间为t=s

答:(1)小球被抛出时的初速度大小v0

(2)小球抛出后到达最高点的时间t为s

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简答题

在水平地面某处,以相同的速率v0用不同的抛射角分别抛射两个小球A和B,它们的射程相同.已知小球A在空中运行的时间为TA,求小球B在空中运行的时间TB.重力加速度大小为g,不考虑空气阻力.

正确答案

解:取抛射点为坐标原点,水平和竖直方向为x、y轴,建立坐标系,对于任何抛射小球有:

x=v0cosθ×t①

y=v0sinθ×t-

故小球运动轨迹方程为:y=xtanθ-

当y=0时,解出x即为水平射程,故x=

小球运动时间T==

由于两个小球A和B的射程相同,故有:

sin2θA=sin2θB

故2θA=π-2θB

由⑤得:

由⑦⑧⑨可得,

答:小球B在空中运行的时间为

解析

解:取抛射点为坐标原点,水平和竖直方向为x、y轴,建立坐标系,对于任何抛射小球有:

x=v0cosθ×t①

y=v0sinθ×t-

故小球运动轨迹方程为:y=xtanθ-

当y=0时,解出x即为水平射程,故x=

小球运动时间T==

由于两个小球A和B的射程相同,故有:

sin2θA=sin2θB

故2θA=π-2θB

由⑤得:

由⑦⑧⑨可得,

答:小球B在空中运行的时间为

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简答题

有一小球,从高度(离地面)h=1.80m,以角度(与水平夹角)θ=45°,v0=10m/s抛出.(忽略空气阻力,g=10m/s2)求:

(1)小球达到的最大高度H.(离地面)

(2)小球落到地面的时间t.

正确答案

解:小球做斜抛运动,可分解为水平方向的匀速直线运动,和竖直上抛运动,

将速度沿水平和竖直方向分解可得:

竖直方向:vy0=v0sinθ==m/s

水平方向:vx0=v0cosθ==

(1)小球竖直上抛高度h==2.5m

故小球达到的最大高度:H=h+h′=1.8+2.5=4.3m

(2)小球达到最大高度后,运动时间t′===  

之后受重力作用自由落体,

故下落时间:t==≈0.93s

故小球总运动时间t=t+t′=1.64s

答:(1)小球达到的最大高度为4.3m(2)小球落到地面的时间为1.64s.

解析

解:小球做斜抛运动,可分解为水平方向的匀速直线运动,和竖直上抛运动,

将速度沿水平和竖直方向分解可得:

竖直方向:vy0=v0sinθ==m/s

水平方向:vx0=v0cosθ==

(1)小球竖直上抛高度h==2.5m

故小球达到的最大高度:H=h+h′=1.8+2.5=4.3m

(2)小球达到最大高度后,运动时间t′===  

之后受重力作用自由落体,

故下落时间:t==≈0.93s

故小球总运动时间t=t+t′=1.64s

答:(1)小球达到的最大高度为4.3m(2)小球落到地面的时间为1.64s.

下一知识点 : 实验:研究平抛运动
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