斜面上平抛运动问题

斜面上的平抛运动问题斜面上的平抛运动问题 一 情景描述 一 情景描述 如果物体是从斜面上平抛的 若以斜面为参考系 平抛运动有垂直 远离 斜面 和平行斜面两个方向的运动效果 如果题目要求讨论相对斜面的运动情况 如求解离斜面的最远距离等 往往沿 垂直斜面和平行斜面两个方向进行分解 这种分解方法初速度 加速度都需要分解 难度较大 但解题过程会直 观简便 平抛运动中的 两个重要结论 是解题的关键 一是速度偏向角 二是位移偏向角 画出平抛运动的示 意图 抓住这两个角之间的联系 即 tan 2tan 如果物体落到斜面上 则位移偏向角 和斜面倾角 相等 此时由斜面的几何关系即可顺利解题 推论推论 做平抛 或类平抛 运动的物体在任一时刻任一位置处 设其末速度方向与水平方向的夹角为 位 移方向与水平方向的夹角为 则 tan 2tan 证明 如右图所示 由平抛运动规律得 tan vy vx gt v0 tan y0 x0 1 2 gt2 v0t gt 2v0 所以 tan 2tan 推论推论 做平抛 或类平抛 运动的物体 任意时刻的瞬时速度方向的反向延长线一定通过此时水平位移的中 点 证明 如右图所示 tan y0 x0 tan 2tan y0 x0 2 即末状态速度方向的反向延长线与 x 轴的交点 B 必为此时水平位移的中点 注意 注意 1 在平抛运动过程中 位移矢量与速度矢量永远不会共线 2 它们与水平方向的夹角关系为 tan 2tan 但不能误认为 2 典例精析典例精析 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 竖直速度与水平速度之比为 tan 竖直位移与水平位 gt v0 移之比为 tan 故 tan 2tan D 正确 注意 注意 只要落点在斜面上 该结论与初速度大小无关 gt2 2v0t 关于物体在斜面上运动 若选取鞋面为参照物时 我们可以更具所需将速度沿加速度方向和垂直于加速度方向分关于物体在斜面上运动 若选取鞋面为参照物时 我们可以更具所需将速度沿加速度方向和垂直于加速度方向分 解 将加速度沿速度方向和垂直于速度方向分解或者两者同时进行分解从而进行有效阶梯解 将加速度沿速度方向和垂直于速度方向分解或者两者同时进行分解从而进行有效阶梯 典例精析典例精析 如右图所示 足够长斜面 OA 的倾角为 固定在水平地面上 现从顶点 O 以速度 v0平抛一小球 不计空气阻力 重力加速度为 g 求小球在飞行 过程中经过多长时间离斜面最远 最远距离是多少 解法一 常规分解方法 不分解加速度 当小球的速度方向与斜面平行时 小球与斜面间的距离最大 tan vy vx gt v0 此过程中小球的水平位移 x v0t 小球的竖直位移 y gt2 1 2 最大距离 s x ycot sin v2 0sin2 2gcos 解法二 将速度和加速度分别沿垂直于斜面和平行于斜面方向进行分解 如右图 所示 速度 v0沿垂直斜面方向上的分量为 v1 v0sin 加速度 g 在垂直于斜面方 向上的分量为 g1 gcos 根据分运动的独立性原理 小球离斜面的最大距离仅由 v1和 g1决定 当 垂直于斜面的分速度减小为零时 小球离斜面和距离最远 由 v1 g1t 解得 t tan v0 g 由 s 解得 s v2 1 2g1 v2 0sin2 2gcos 注意注意 速度与斜面平行的时刻有如下特征 速度与斜面平行的时刻有如下特征 1 竖直速度与水平速度之比等于斜面倾角的正切 速度分解图可以证明得到 竖直速度与水平速度之比等于斜面倾角的正切 速度分解图可以证明得到 0 vtanv 2 该时刻是全运动过程的中间时刻 该时刻是全运动过程的中间时刻 全程时间 此时时间 gt g vtan2 t 0 0 vtanv g vtan t 0 3 该时刻之前与该时刻之后竖直方向上的位移之比为该时刻之前与该时刻之后竖直方向上的位移之比为 1 3 与全程竖直位 与全程竖直位 移之比为移之比为 1 4 全程竖直方向位移 2 2 1 sgt 2 0 tan2 g 2 1 g v g 2 2 0 2 vnta 此时数值方向位移 gs2v2 g2 vnta s 2 0 2 4 该时刻之前与该时刻之后斜面方向上的位移之比不是该时刻之前与该时刻之后斜面方向上的位移之比不是 1 3 三角形的相似或者直接推到 三角形的相似或者直接推到 还有一类问题是平抛后垂直撞击斜面 在撞击斜面的时刻 速度方向与水平方向的夹角与斜面的倾角互余 另一情况是平抛过程的位移与斜面垂直 典例精析典例精析 如图甲所示 以 9 8m s 的初速度水平抛出的物体 飞行一段时间后 垂直地撞在倾角 为 30 的斜面上 可知物体完成这段飞行的时间是 A B C D s 3 3 3 32 ss3s2 解析 先将物体的末速度分解为水平分速度和竖直分速度 t v x v 如图乙所示 根据平抛运动的分解可知物体水平方向的初速度是 y v 始终不变的 所以 又因为与斜面垂直 与水平面垂直 0 vvx t v y v 所以与间的夹角等于斜面的倾角 再根据平抛运动的分解可知物体在竖直方向做自由落体运动 那么我 t v y v 们根据就可以求出时间 了 则 y vgt t 由图得 所以 y x v v tansmsm vv v x y 38 9 3 1 8 9 30tantan 0 gtvy 所以s g v t y 3 8 9 38 9 答案为 C 典例精析典例精析 若质点以 v0正对倾角为 的斜面水平抛出 如果要求 质点到达斜面的位移最小 求飞行时间为多少 解析 1 连接抛出点 O 到斜面上的某点 O1 其间距 OO1为位移大 小 当 OO1垂直于斜面时位移最小 2 分解位移 利用位移的几何关系可得 tg 2 2 1 0 2 0 g v t gt tv y x tg 小结 研究平抛运动的基本思路是 1 突出落点问题一般要建立水平位移和竖直位移之间的关系 2 突出末速度的大小和方向问题的 一般要建立水平速度和竖直速度之间的关系 3 要注意挖掘和利用好合运动 分运动及题设情景之间的几何关系 v0 y x 平抛运动中的 两个重要结论 是解题的关键 一是速度偏向角 二是位移偏向角 画出平抛运动的示 意图 抓住这两个角之间的联系 即 tan 2tan 如果物体落到斜面上 则位移偏向角 和斜面倾角 相等 此时由斜面的几何关系即可顺利解题 推论推论 做平抛 或类平抛 运动的物体在任一时刻任一位置处 设其末速度方向与水平方向的夹角为 位 移方向与水平方向的夹角为 则 tan 2tan 证明 如右图所示 由平抛运动规律得 tan vy vx gt v0 tan y0 x0 1 2 gt2 v0t gt 2v0 所以 tan 2tan 推论推论 做平抛 或类平抛 运动的物体 任意时刻的瞬时速度方向的反向延长线一定通过此时水平位移的中 点 证明 如右图所示 tan y0 x0 tan 2tan y0 x0 2 即末状态速度方向的反向延长线与 x 轴的交点 B 必为此时水平位移的中点 注意 注意 1 在平抛运动过程中 位移矢量与速度矢量永远不会共线 2 它们与水平方向的夹角关系为 tan 2tan 但不能误认为 2 注意注意 速度与斜面平行的时刻有如下特征 速度与斜面平行的时刻有如下特征 4 竖直速度与水平速度之比等于斜面倾角的正切 速度分解图可以证明得到 竖直速度与水平速度之比等于斜面倾角的正切 速度分解图可以证明得到 0 vtanv 5 该时刻是全运动过程的中间时刻 该时刻是全运动过程的中间时刻 全程时间 此时时间 gt g vtan2 t 0 0 vtanv g vtan t 0 6 该时刻之前与该时刻之后竖直方向上的位移之比为该时刻之前与该时刻之后竖直方向上的位移之比为 1 3 与全程竖直位 与全程竖直位 移之比为移之比为 1 4 全程竖直方向位移 2 2 1 sgt 2 0 tan2 g 2 1 g v g 2 2 0 2 vnta 此时数值方向位移 gs2v2 g2 vnta s 2 0 2 4 该时刻之前与该时刻之后斜面方向上的位移之比不是该时刻之前与该时刻之后斜面方向上的位移之比不是 1 3 三角形的相似或者直接推到 三角形的相似或者直接推到 1 如图所示 从倾角为 的斜面上某点先后将同一小球以不同的初速度水平抛出 小球均落在斜面上 当抛出 的速度为 v1时 小球到达斜面时速度方向与斜面的夹角为 1 当抛出速度为 v2时 小球到达斜面时速度方向与 斜面的夹角为 2 则 A 当 v1 v2时 1 2 B 当 v1 v2时 1 2 C 无论 v1 v2关系如何 均有 1 2 D 1 2的关系与斜面倾角 有关 2 如图所示 在斜面顶端先后水平抛出同一小球 第一次小球落到斜面中点 第二次小球落到斜面底端 从抛 出到落至斜面上 忽略空气阻力 A 两次小球运动时间之比 t t1 1 t t2 2 1 1 2 2 B 两次小球运动时间之比 t t1 1 t t2 2 1 21 2 C 两次小