新高考物理一轮复习分层提升练习专题22 平抛运动规律、平抛运动与约束面相结合问题（原卷版）

专题22平抛运动规律、平抛运动与约束面相结合问题导练目标导练内容目标1平抛运动的基本规律与推论目标2平抛运动与斜面相结合目标3平抛运动与圆面相结合目标4平抛运动与竖直面相结合【知识导学与典例导练】平抛运动的基本规律与推论1．四个基本规律飞行时间由t＝eq\r(\f(2h,g))知，时间取决于下落高度h，与初速度v0无关水平射程x＝v0eq\r(\f(2h,g))，即水平射程由初速度v0和下落高度h共同决定，与其他因素无关落地速度v＝eq\r(vx2＋vy2)＝eq\r(v02＋2gh)，落地速度也只与初速度v0和下落高度h有关速度改变量任意相等时间间隔Δt内的速度改变量Δv＝gΔt相同，方向恒为竖直向下，如图所示2．两个重要推论(1)做平抛(或类平抛)运动的物体在任意时刻任一位置处，设其速度方向与水平方向的夹角为α，位移方向与水平方向的夹角为θ，则tanα＝2tanθ。(2)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点为OB的中点。【例1】如图所示，某一小球以SKIPIF1<0的速度水平抛出，在落地之前经过空中A、B两点。在A点小球速度方向与水平方向的夹角为SKIPIF1<0，在B点小球速度方向与水平方向的夹角为SKIPIF1<0（空气阻力忽略不计，g取10m/SKIPIF1<0）。以下判断中正确的是（）A．小球经过A点时竖直方向的速度为20SKIPIF1<0m/sB．小球经过A、B两点间的时间为SKIPIF1<0C．A、B两点间的高度差SKIPIF1<0D．A、B两点间的水平位移相差SKIPIF1<0【例2】如图所示，某人从同一位置O以不同的水平速度投出三枚飞镖A、B、C，最后都插在竖直墙壁上，它们与墙面的夹角分别为60°、45°、30°，图中飞镖的方向可认为是击中墙面时的速度方向，不计空气阻力，则下列说法正确的是（）A．三只飞镖做平抛运动的初速度一定满足vA0>vB0>vC0B．三只飞镖击中墙面的速度满足vA>vB>vCC．三只飞镖击中墙面的速度一定满足vA＝vB＝vCD．插在墙上的三只飞镖的反向延长线不会交于同一点平抛运动与斜面相结合1.与斜面相关的几种的平抛运动图示方法基本规律运动时间分解速度，构建速度的矢量三角形水平vx＝v0竖直vy＝gt合速度v＝eq\r(vx2＋vy2)由tanθ＝eq\f(v0,vy)＝eq\f(v0,gt)得t＝eq\f(v0,gtanθ)分解位移，构建位移的矢量三角形水平x＝v0t竖直y＝eq\f(1,2)gt2合位移x合＝eq\r(x2＋y2)由tanθ＝eq\f(y,x)＝eq\f(gt,2v0)得t＝eq\f(2v0tanθ,g)在运动起点同时分解v0、g由0＝v1－a1t,0－v12＝－2a1d得t＝eq\f(v0tanθ,g)，d＝eq\f(v02sinθtanθ,2g)分解平行于斜面的速度v由vy＝gt得t＝eq\f(v0tanθ,g)2.与斜面相关平抛运动的处理方法(1)分解速度平抛运动可以分解为水平方向的匀速直线运动和竖直方向的自由落体运动,设平抛运动的初速度为v0,在空中运动时间为t,则平抛运动在水平方向的速度为vx=v0,在竖直方向的速度为vy=gt,合速度为v=vx2+v(2)分解位移平抛运动在水平方向的位移为x=v0t,在竖直方向的位移为y=12gt2,对抛出点的位移(合位移)为s=x2+y2(3)分解加速度平抛运动也不是一定要分解为水平方向的匀速直线运动和竖直方向的自由落体运动,在有些问题中,过抛出点建立适当的直角坐标系,把重力加速度g正交分解为gx、gy,把初速度v0正交分解为vx、vy,然后分别在x、y方向列方程求解,可以简化解题过程,化难为易。【例3】如图所示，某次空中投弹的军事演习中，战斗机以恒定速度SKIPIF1<0沿水平方向飞行，先后释放A、B两颗炸弹，分别击中倾角为SKIPIF1<0的山坡上的SKIPIF1<0点和SKIPIF1<0点，释放A、B两颗炸弹的时间间隔为SKIPIF1<0，此过程中飞机飞行的距离为SKIPIF1<0；击中SKIPIF1<0、SKIPIF1<0的时间间隔为SKIPIF1<0，SKIPIF1<0、SKIPIF1<0两点间水平距离为SKIPIF1<0，且A炸弹到达山坡的SKIPIF1<0点位移垂直斜面，B炸弹是垂直击中山坡SKIPIF1<0点的。不计空气阻力，下列错误的是（）A．A炸弹在空中飞行的时间为SKIPIF1<0B．SKIPIF1<0C．SKIPIF1<0D．SKIPIF1<0【例4】2022年冬奥会在我国北京和张家口市举行，滑雪项目成为人们非常喜爱的运动项目。如图所示为运动员从高为SKIPIF1<0的A点由静止滑下，到达B点后水平飞出，经过时间SKIPIF1<0落到长直滑道上的C点，不计滑动过程中的摩擦和空气阻力。下列说法正确的是（）A．若SKIPIF1<0加倍，则水平飞出的速度SKIPIF1<0加倍B．若SKIPIF1<0加倍，则在空中运动的时间SKIPIF1<0加倍C．若SKIPIF1<0减半，运动员落到斜面时的速度方向不变D．若SKIPIF1<0减半，运动员在空中离斜面的最大距离变小平抛运动与圆面相结合三种常见情景：1.如图甲所示，小球从半圆弧左边沿平抛，落到半圆内的不同位置。由半径和几何关系制约时间t：h＝eq\f(1,2)gt2，R±eq\r(R2－h2)＝v0t，联立两方程可求t。【例5】如图所示为一半圆形的坑，其中坑边缘两点A、B与圆心O等高且在同一竖直平面内，在圆边缘A点将一小球以速度SKIPIF1<0水平抛出，小球落到C点，运动时间为SKIPIF1<0，第二次从A点以速度SKIPIF1<0水平抛出，小球落到D点，运动时间为SKIPIF1<0，不计空气阻力，则（）A．SKIPIF1<0B．SKIPIF1<0C．小球落到D点时，速度方向可能垂直圆弧D．小球落到C点时，速度方向与竖直方向夹角为SKIPIF1<02.如图乙所示，小球恰好沿B点的切线方向进入圆轨道，此时半径OB垂直于速度方向，圆心角α与速度的偏向角相等。【例6】如图所示，P是固定在水平面CD上的一半径为R的光滑圆弧槽轨道，从水平桌面边缘A处，以速度v0水平飞出一个质量为m的小球，恰好能从圆弧槽左端B点处沿圆弧槽切线方向进入轨道．已知O点是圆弧槽轨道的圆心，D点是圆弧轨道的最低点，桌面比水平面高H，θ1是OB与竖直方向的夹角，θ2是AB与竖直方向的夹角，H=2R，v0=SKIPIF1<0，则：A．SKIPIF1<0B．SKIPIF1<0C．小球到达D点时对圆轨道的压力大小为6mgD．小球到达D点时对圆轨道的压力大小为5mg(3)如图丙所示，小球恰好从圆柱体Q点沿切线飞过，此时半径OQ垂直于速度方向，圆心角θ与速度的偏向角相等。【例7】如图所示为四分之一圆柱体OAB的竖直截面，半径为R，在B点上方的C点水平抛出一个小球，小球轨迹恰好在D点与圆柱体相切，OD与OB的夹角为SKIPIF1<0，则C点到B点的距离为（）A．SKIPIF1<0 B．SKIPIF1<0 C．SKIPIF1<0 D．R平抛运动与竖直面相结合方法规律：(1)从同一点斜抛物体，能垂直打在同一竖直面的不同高度处，可用逆向思维法思考，认为物体在不同高度平抛均落在同一点。(2)无论是从同一点平抛，落在同一竖直面上的不同高度处，还是从同一点斜抛，垂直落在同一竖直面的不同高度处，因高度不同，则运动时间不同，又物体水平位移相同，故平抛的初速度不同。【例8】如图所示，某同学将乒乓球发球机正对着竖直墙面水平发射，两个完全相同的乒乓球a和b各自以不同的速度水平射出，碰到墙面时竖直下落的高度之比为9：16。若不计阻力，下列对乒乓球a和b的判断正确的是（）A．碰墙前a和b的运动时间之比为9：16B．a和b碰墙时重力的瞬时功率之比为4：3C．从发出到碰墙，a和b的动量变化量之比为4：3D．a和b的初速度之比为4：3【例9】如图所示，某同学进行篮球训练，将篮球从同一位置斜向上抛出，其中两次抛出过程中，篮球垂直撞在竖直墙面上，不计空气阻力，则下列说法正确的是（）A．篮球撞墙的速度，第一次较大B．篮球抛出时的速度，第一次一定比第二次大C．篮球在空中运动时的加速度，第一次较大D．篮球从抛出到撞墙，第一次在空中运动的时间较长【多维度分层专练】1．第24届冬奥会于2022年2月4日在中国北京和张家口联合举行，这是我国继2008年奥运会后承办的又一重大国际体育盛会。如图所示为我国滑雪运动员备战的示意图，运动员（可视为质点）从曲面AB上某位置由静止滑下，到达B点后水平飞出，经时间SKIPIF1<0后落到斜坡滑道C点；运动员调整位置下滑，又从B点水平飞出，经时间SKIPIF1<0后落到斜坡滑道D点。已知O点在B点正下方，SKIPIF1<0，斜坡足够长，不计空气阻力，则以下关系正确的是（）A．SKIPIF1<0 B．SKIPIF1<0 C．SKIPIF1<0 D．SKIPIF1<02．如图，一质量为m的质点做平抛运动，依次经过A、B、C三点，质点从A到B和从B到C的时间相等，A、C两点距水平地面的高度分别为h1、h2，质点经过A、C两点时速度与水平方向的夹角分别为30°、60°，重力加速度大小为g，则（）A．质点经过C点时竖直方向速度大小为SKIPIF1<0B．质点经过B点时速度与水平方向的夹角为45°C．B、C间的高度差是A、B间的3倍D．质点的水平速度大小为SKIPIF1<03．如图所示，SKIPIF1<0为竖直平面内正方形的四个顶点，边长为L，SKIPIF1<0水平。分别从A点和D点同时各平抛一个小球M、N，其速度分别为SKIPIF1<0，SKIPIF1<0，若两小球能同时到达SKIPIF1<0上的某点，当它们相遇时，下列说法正确的是（）（重力加速度为g，不计空气阻力）A．若N球速度恰好垂直于SKIPIF1<0，则两小球的初速度大小关系为SKIPIF1<0B．若N球速度恰好垂直于SKIPIF1<0，则两小球到达SKIPIF1<0的时间为SKIPIF1<0C．若N球位移恰好垂直于SKIPIF1<0，则两小球初速度大小关系为SKIPIF1<0D．若N球位移恰好垂直于SKIPIF1<0，则两小球到达SKIPIF1<0的时间为SKIPIF1<04．2022年冬奥会将在北京召开。如图所示是简化后的跳台滑雪的雪道示意图，运动员从助滑雪道AB上由静止开始滑下，到达C点后水平飞出，落到滑道上的D点，E是运动轨迹上的某一点，在该点运动员的速度方向与轨道CD平行，设运动员从C到E与从E到D的运动时间分别为t1、t2，EF垂直CD，则有关离开C点后的飞行过程（）A．有t1=t2，且CF=FDB．若运动员离开C点的速度加倍，则落在斜面上的速度方向夹角变大C．若运动员离开C点的速度加倍，则落在斜面上的距离加倍D．若运动员离开C点的速度加倍，则落在斜面上的速度方向不变5．如图所示，同一竖直平面内有四分之一圆环AC和倾角为SKIPIF1<0=60°的斜面BC相接于C点，A、B两点与圆环AC的圆心O等高。现将甲、乙小球同时从A、B两点以一定大小的初速度沿水平方向同时抛出，两球恰好在C点相碰（不计空气阻力）。则下列说法正确的是（）A．甲、乙两球初速度大小之比为SKIPIF1<0：1B．若仅增大两球质量，则两球不再相碰C．若乙球速度大小变为原来的一半，则恰能落在斜面的中点DD．若乙球速度大小变为原来的两倍，则可能垂直击中圆环AC6．如图所示，圆环竖直放置，从圆心O点正上方的P点，以速度v0水平抛出的小球恰能从圆环上的Q点沿切线方向飞过，若OQ与OP间夹角为SKIPIF1<0，不计空气阻力．则（

）A．小球运动到Q点时的速度大小为SKIPIF1<0B．小球从P点运动到Q点的时间为SKIPIF1<0C．小球从P点到Q点的速度变化量为SKIPIF