高中物理 4.2平抛运动的规律及应用课件 教科版.ppt

第2讲平抛运动的规律及应用 考点1平抛运动 1 定义 将物体以一定的初速度沿 抛出 不考虑空气的阻力 物体只在 作用下所做的运动 2 性质 加速度为重力加速度g的 运动 运动轨迹是抛物线 水平方向 匀变速曲线 重力 3 基本规律 以抛出点为原点 以水平方向 初速度v0方向 为x轴 以竖直向下方向为y轴 建立平面直角坐标系 则 1 水平方向 做 运动 速度vx 位移x 2 竖直方向 做 运动 速度vy 位移y 匀速直线 v0 v0t 自由落体 gt 3 合速度 v 方向与水平方向夹角为 则tan 4 合位移 s 方向与水平方向夹角为 tan 5 轨迹方程 y 对平抛运动的五点理解 1 飞行时间 由t 知 时间取决于下落高度h 与初速度v0无关 2 水平射程 x v0t 即水平射程由初速度v0和下落高度h共同决定 与其他因素无关 3 落地速度 vt 以 表示落地速度与x轴正方向间的夹角 有tan 所以落地速度也只与初速度v0和下落高度h有关 4 速度改变量 因为平抛运动的加速度为恒定的重力加速度g 所以做平抛运动的物体在任意相等时间间隔 t内的速度改变量 v g t相同 方向恒为竖直向下 如图所示 5 两个重要推论 做平抛 或类平抛 运动的物体任一时刻的瞬时速度的反向延长线一定通过此时水平位移的中点 如图中a点和b点所示 做平抛 或类平抛 运动的物体在任一时刻任一位置处 设其速度方向与水平方向的夹角为 位移与水平方向的夹角为 则tan 2tan 质点从同一高度水平抛出 不计空气阻力 下列说法正确的是 a 质量越大 水平位移越大b 初速度越大 落地时竖直方向速度越大c 初速度越大 空中运动时间越长d 初速度越大 落地速度越大 解析 选d 水平抛出的物体 在水平方向做匀速直线运动 在竖直方向做自由落体运动 其运动规律与质量无关 由vy2 2gh 可知vy 落地竖直速度只与高度h有关 由h 知 t 落地时间也由高度决定 落地速度v 故只有d项正确 考点2斜抛运动1 定义 将物体以速度v 或 抛出 物体只在 作用下的运动2 性质 加速度为重力加速度g的 曲线运动 运动轨迹是 斜向上方 斜向下方 重力 匀变速 抛物线 斜抛运动的研究方法以斜上抛为例 如图所示 1 水平方向 v0 x v0cos f合x 0 2 竖直方向 v0y v0sin f合y mg 因此斜抛运动可以看做水平方向的匀速直线运动和竖直方向的竖直抛体运动的合运动 关于斜抛运动 下列说法正确的是 a 任何斜抛运动都不可以看成是两个方向上的直线运动的合运动b 斜抛运动可以看成是水平方向上的匀速直线运动和竖直方向上的匀变速直线运动的合运动c 斜抛运动属于变加速运动d 斜抛运动属于匀变速运动 解析 选b d 任何斜抛运动都可以分解成任何两个方向上的分运动 包括互相垂直的两个方向 所以a错 根据斜抛运动的规律 b对 由于做斜抛运动的物体只受重力作用 一定是匀变速运动 所以c错 d对 故正确答案为b d 平抛运动的基本规律 例证1 2011 海南高考 如图 水平地面上有一个坑 其竖直截面为半圆 ab为沿水平方向的直径 若在a点以初速度v0沿ab方向抛出一小球 小球会击中坑壁上的c点 已知c点与水平地面的距离为圆半径的一半 求圆的半径 解题指南 解答本题时注意把握以下三点 1 根据题意规范作图 2 确定小球水平方向和竖直方向的位移 3 利用平抛运动规律求解 自主解答 如图所示 h 则od 小球做平抛运动的水平位移x r 竖直位移y h 根据y gt2 x v0t联立以上各式解得r 答案 总结提升 化曲为直 思想在平抛运动中的应用在研究平抛运动问题时 根据运动效果的等效性 利用运动分解的方法 将其转化为我们所熟悉的两个方向上的直线运动 即水平方向的匀速直线运动和竖直方向的自由落体运动 再运用运动合成的方法求出平抛运动的规律 这种处理问题的方法可以变曲线运动为直线运动 变复杂运动为简单运动 是处理曲线运动问题的一种重要的思想方法 变式训练 如图所示 在距地面高为h 45m处 有一小球a以初速度v0 10m s水平抛出 与此同时 在a的正下方有一物块b也以相同的初速度v0同方向滑出 b与地面间的动摩擦因数为 0 5 a b均可视作质点 空气阻力不计 重力加速度g取10m s2 求 1 a球从抛出到落地的时间和这段时间内的水平位移 2 a球落地时 a b之间的距离 解析 1 对a球 由平抛运动规律得水平方向 x1 v0t竖直方向 h gt2解得x1 30m t 3s 2 对于物块b 根据牛顿第二定律得 mg ma解得a 5m s2当b速度减小到零时 有0 v0 at 得t 2s判断得 在a落地之前b已经停止运动 由运动学公式v2 v02 2ax2得 x2 10m则 x x1 x2 20m 答案 1 3s30m 2 20m 斜面平抛问题的规范求解 例证2 14分 滑雪比赛惊险刺激 如图所示 一名跳台滑雪运动员经过一段加速滑行后从o点水平飞出 经过3 0s落到斜坡上的a点 已知o点是斜坡的起点 斜坡与水平面的夹角 37 运动员的质量m 50kg 不计空气阻力 取sin37 0 60 cos37 0 80 g取10m s2 求 1 a点与o点的距离l 2 运动员离开o点时的速度大小 3 运动员从o点飞出开始到离斜坡距离最远所用的时间 解题指南 解答本题需把握以下三点 1 a点与o点的距离即为合位移 通过竖直分位移求解 2 通过水平方向运动求抛出时的速度 3 当运动员在空中速度方向与斜坡平行时 离斜坡最远 规范解答 1 运动员在竖直方向做自由落体运动 有lsin37 gt2 l 75m 4分 2 设运动员离开o点时的速度为v0 运动员在水平方向的分运动为匀速直线运动 有lcos37 v0t 2分 即v0 20m s 2分 3 解法1 运动员的平抛运动可分解为沿斜面方向的匀加速运动 初速度为v0cos37 加速度为gsin37 和垂直斜面方向的类竖直上抛运动 初速度为v0sin37 加速度为gcos37 2分 当垂直斜面方向的速度减为零时 运动员离斜坡距离最远 有v0sin37 gcos37 t 解得t 1 5s 4分 解法2 当运动员的速度方向平行于斜坡或与水平方向成37 时 运动员与斜坡距离最远 有 tan37 t 1 5s 6分 答案 1 75m 2 20m s 3 1 5s 总结提升 斜面平抛问题的求解方法 1 物体在斜面上平抛并落在斜面上的问题与实际联系密切 如滑雪运动等 因而此类问题是高考命题的热点 有两种分解方法 一是沿水平方向的匀速运动和竖直方向的自由落体运动 二是沿斜面方向的匀加速运动和垂直斜面方向的类竖直上抛运动 2 本例第 3 问采用后一种分解方法更简捷 3 此类问题中 斜面的倾角即为位移与水平方向的夹角 可以根据斜面的倾角和平抛运动的推论确定物体落在斜面上时的速度方向 变式训练 2012 郑州模拟 如图所示 小球从倾角为37 的斜面底端的正上方以15m s的速度水平抛出 飞行一段时间后恰好垂直撞在斜面上 则 sin37 0 6 cos37 0 8 g 10m s2 1 小球在空中飞行的时间为多少 2 抛出点距斜面底端的高度为多少 解析 1 小球恰好垂直撞在斜面上 有 tan37 vy gt可得 t 2s 2 小球做平抛运动的水平位移为x 下落的高度为h1 落点与地面的高度为h2h1 gt2x v0th2 xtan37 抛出点距离地面的高度h h1 h2 42 5m答案 1 2s 2 42 5m 变式备选 如图所示 一物体自倾角为 的固定斜面顶端沿水平方向抛出后落在斜面上 物体与斜面接触时速度与水平方向的夹角满足 a tan sin b tan cos c tan tan d tan 2tan 解析 选d 物体做平抛运动 水平方向上的分运动是匀速直线运动 水平分速度为vx v0 水平分位移x v0t 竖直方向上做自由落体运动 竖直分速度vy gt 竖直分位移为y gt2 根据平行四边形定则作出落地时竖直速度vy和水平速度vx以及合速度v构成的平行四边形 如图所示 根据vy vx及v三个物理量之间的几何关系得 tan 根据x y之间的几何关系得 tan 所以 tan 2tan 故d正确 a b c错误 类平抛运动分析 例证3 在光滑的水平面内 一质量m 1kg的质点以速度v0 10m s沿x轴正方向运动 经过原点后受一沿y轴正方向上的水平恒力f 15n作用 直线oa与x轴成 37 角 如图所示曲线为质点的轨迹图 g取10m s2 sin37 0 6 cos37 0 8 求 1 如果质点的运动轨迹与直线oa相交于p点 质点从o点到p点所经历的时间以及p点的坐标 2 质点经过p点的速度大小 解题指南 求解此题应把握以下三点 1 明确质点是在水平面内做曲线运动 即类平抛运动 2 写出质点在两个方向上位移的表达式 3 明确质点运动到p点时位移的方向 自主解答 1 质点在水平面内做曲线运动 在x方向上不受外力作用做匀速直线运动 y方向受恒力f作用做匀加速直线运动 在竖直方向上光滑平面的支持力与重力平衡 由牛顿第二定律得 a m s2 15m s2设质点从o点到p点经历的时间为t p点坐标为 xp yp 则xp v0t yp at2 又tan 联立解得 t 1s xp 10m yp 7 5m即p点坐标为 10m 7 5m 2 质点经过p点时沿y方向的速度vy at 15m s故p点的速度大小vp 答案 1 1s 10m 7 5m 2 5m s 互动探究 在 例证3 中若已知质点到达p点时速度方向与x轴成 37 其他条件不变 求 1 质点从o点到p点所经历的时间以及p点的坐标 2 质点经过p点的速度大小 解析 1 设质点从o点到p点经历的时间为t 对质点 沿y方向由牛顿第二定律得 a m s2 15m s2vy at又tan 联立解得 t 0 5s 设p点坐标为 xp yp 则xp v0t yp at2 解得xp 5m yp 1 875m即p点坐标为 5m 1 875m 2 质点经过p点时沿y方向的速度vy at 7 5m s故p点的速度大小vp 12 5m s答案 1 0 5s 5m 1 875m 2 12 5m s 总结提升 类平抛运动的求解技巧 1 常规分解法 将类平抛运动分解为沿初速度方向的匀速直线运动和垂直于初速度方向 即沿合力方向 的匀加速直线运动 两分运动彼此独立 互不影响 且与合运动具有等时性 2 特殊分解法 对于有些问题 可以过抛出点建立适当的直角坐标系 将加速度分解为ax ay 初速度v0分解为vx vy 然后分别在x y方向列方程求解 例证 如图所示 水平屋顶高h 5m 围墙高h 3 2m 围墙到房子的水平距离l 3m 围墙外马路宽x 10m 为使小球从屋顶水平飞出落在围墙外的马路上 求小球离开屋顶时的速度v0的大小范围 g取10m s2 规范解答 设小球恰好落到马路边缘时的水平初速度为v1则小球的水平位移 l x v1t1 小球的竖直位移 h gt12解以上两式得v1 l x 13m s 设小球恰好越过墙的边缘时的水平初速度为v2则此过程中小球的水平位移 l v2t2小球的竖直方向位移 h h gt22解以上两式得v2 5m s因此小球抛出时的速度大小为5m s v0 13m s 答案 5m s v0 13m s 1 关于做平抛运动的物体 下列说法正确的是 a 平抛运动是非匀变速曲线运动b 平抛运动是匀变速曲线运动c 每秒内速度的变化量相等d 每秒内速率的变化量相等 解析 选b c 做平抛运动的物体只受重力作用 故加速度恒定不变a g 即做匀变速曲线运动 a选项错 b选项正确 速度的变化量是矢量 由加速度定义式可得 v g t 每秒内速度的变化量等于加速度 c选项正确 每秒内速率的变化量是每秒末与该秒初的速率之差 它是变化的 d选项错 2 一个物体以初速度v0水平抛出 落地时速度为v 那么物体的运动时间是 a v v0 gb v v0 gc d 解析 选c 合速度等于分速度的矢量和 落地时 物体的速度为 v 解得 t 故c正确 3 某同学对着墙壁练习打网球 假定球在墙面上以25m s的速度沿水平方向反弹 落地点到墙面的距离在10m至15m之间 忽略空气阻力 取g 10m s2 球在墙面上反弹点的高度范围是 a 0 8m至1 8mb 0 8m至1 6mc 1 0m至1 6md 1 0m至1 8m 解析 选a 设球从反弹到落地的时间为t 球在墙面上反弹点的高度为h 球反弹后做平抛运动 水平方向做匀速直线运动 竖直方向做自由落体运动 故s t s 且h 所以0 8m h 1 8m 故选项a正确 b c d错误 4 如图所