内容正文:
第2节 平抛运动(强基课逐点理清物理观念)
课标要求
层级达标
1.会用运动的合成与分解方法分析平抛运动。
2.体会复杂运动分解为简单运动的物理思想。
3.能分析生产生活中的平抛运动。
学考
层级
1.理解平抛运动水平方向和竖直方向的速度和位移,能解决相关问题。
2.将实际问题转化为平抛运动模型,并应用化曲为直的思想对简单问题进行分析和推理。
选考
层级
1.理解平抛运动的规律,会确定运动的速度和位移。
2.能利用运动的合成与分解的方法分析平抛运动问题。
逐点清(一) 什么是平抛运动
[多维度理解]
1.平抛运动
物体以一定的初速度沿 方向抛出,只在 作用下所做的运动,称为平抛运动。
2.特点
(1)受力特点:只受 。
(2)运动特点:初速度水平,加速度为g且方向 。
(3)运动轨迹:平抛运动的轨迹是一条 。
3.运动性质
平抛运动是 曲线运动。
[微点拨]
平抛运动的特点
1.理想化特点:物理上提出的平抛运动是一种理想化的模型,即把物体看成质点,抛出后只考虑重力作用,忽略空气阻力。
2.匀变速特点:平抛运动的加速度恒定,始终等于重力加速度,是一种匀变速运动。
3.速度变化的特点:做平抛运动的物体在任意相等时间内速度的变化量相等,均为Δv=gΔt,方向竖直向下。
[全方位练明]
1.判断下列说法是否正确。
(1)水平抛出的物体所做的运动就是平抛运动。 ( )
(2)平抛运动的加速度不变,是一种匀变速运动。 ( )
(3)平抛运动是一种理想化的模型。 ( )
2.(2025·济南学考检测)关于平抛运动,下列说法正确的是 ( )
A.平抛运动是匀速运动
B.平抛运动是加速度不断变化的运动
C.平抛运动是匀变速曲线运动
D.做平抛运动的物体落地时速度方向可能是竖直向下的
3.关于平抛运动,下列说法中正确的是 ( )
A.平抛运动是一种变加速运动
B.做平抛运动的物体加速度随时间逐渐增大
C.做平抛运动的物体每秒内速度增量相等
D.做平抛运动的物体每秒内速度增量不相等
逐点清(二) 平抛运动的规律
[多维度理解]
1.研究平抛运动
2.平抛运动的速度
(1)水平方向: ,即沿水平方向做 。
(2)竖直方向: ,即沿竖直方向做 。
3.平抛运动的位移
(1)水平方向: 。
(2)竖直方向: 。
4.平抛运动的时间和水平射程
(1)飞行时间:由于平抛运动在竖直方向的分运动为自由落体运动,有h=gt2,故t=,即平抛物体在空中的飞行时间取决于下落高度h,与初速度v0无关。
(2)水平射程:由于平抛运动在水平方向的分运动为匀速直线运动,故平抛物体的水平射程即落地点与抛出点间的水平距离x=v0t=v0,即水平射程与初速度v0和下落高度h有关,与其他因素无关。
5.平抛运动的两个重要推论
(1)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,如图甲中A点和B点所示。
(2)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θ,位移与水平方向的夹角为α,则tan θ=2tan α,如图乙所示。
[典例] (2025·赣州高一期中)如图为放置在水平桌面上的一个游戏弹射装置,该装置可以将弹性小球从出射口O点沿垂直于竖直墙壁的方向水平弹出,并且弹出的初速度大小可调节。某同学试射了两次,第一次击中了P点,第二次击中了Q点,P、Q两点距离出射口O点的竖直高度分别为20 cm、45 cm。已知出射口O点到竖直墙壁的水平距离为80 cm,小球可看作质点,不计空气阻力,重力加速度大小取10 m/s2。求:
(1)第一次小球从出射口O点弹出时的初速度大小;
(2)第二次小球从出射口O点弹出,击中Q点时的速度大小(结果可用根号表示)。
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[思维建模]
解决平抛运动的三个突破口
(1)若水平位移、水平速度已知,可应用x=v0t列式,作为求解问题的突破口。
(2)若竖直高度或竖直分速度已知,可应用y=gt2或vy=gt列式,作为求解问题的突破口。
(3)若物体的末速度的方向或位移的方向已知,可应用tan θ=(θ是物体速度与水平方向的夹角)或tan α=(α是物体位移与水平方向的夹角)列式作为求解问题的突破口。
[全方位练明]
1.如图所示,在竖直平面内,截面为三角形的小积木悬挂在离地足够高处,一玩具枪的枪口与小积木上P点等高且相距为L。当玩具子弹以水平速度v从枪口向P点射出时,小积木恰好由静止释放,子弹从射出至击中积木所用时间为t。不计空气阻力。下列关于子弹的说法正确的是 ( )
A.将击中P点,t大于
B.将击中P点,t等于
C.将击中P点上方,t大于
D.将击中P点下方,t等于
2.(2024·湖北高考)如图所示,有五片荷叶伸出荷塘水面,一只青蛙要从高处荷叶跳到低处荷叶上。设低处荷叶a、b、c、d和青蛙在同一竖直平面内,a、b高度相同,c、d高度相同,a、b分别在c、d正上方。将青蛙的跳跃视为平抛运动,若以最小的初速度完成跳跃,则它应跳到 ( )
A.荷叶a B.荷叶b
C.荷叶c D.荷叶d
3.海鸥捕到外壳坚硬的鸟蛤(贝类动物)后,有时会飞到空中将它丢下,利用地面的冲击打碎硬壳。一只海鸥叼着质量m=0.1 kg的鸟蛤,在H=20 m的高度、以v0=15 m/s的水平速度飞行时,松开嘴巴让鸟蛤落到水平地面上。取重力加速度g=10 m/s2,忽略空气阻力。(sin 53°=0.8)
(1)求鸟蛤落到水平地面上时的速度;
(2)在海鸥飞行方向正下方的地面上,有一与地面平齐、长度L=6 m的岩石,以岩石左端为坐标原点,建立如图所示坐标系。若海鸥水平飞行的高度仍为20 m,速度大小在15 m/s~17 m/s之间,为保证鸟蛤一定能落到岩石上,求释放鸟蛤位置的x坐标范围。
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第2节 平抛运动
逐点清(一)
[多维度理解]
1.水平 重力 2.(1)重力 (2)竖直向下 (3)抛物线 3.匀变速
[全方位练明]
1.(1)× (2)√ (3)√
2.选C 做平抛运动的物体只受重力,加速度始终为重力加速度,其运动性质是匀变速曲线运动,又因平抛运动水平方向速度不变,落地时的速度是水平方向速度和竖直方向速度的合速度,故其落地速度的方向不可能是竖直向下的,C正确,A、B、D错误。
3.选C 平抛运动是匀变速曲线运动,其加速度为重力加速度g,故加速度的大小和方向恒定,在Δt时间内速度的改变量为Δv=gΔt,因此可知每秒内速度增量大小相等、方向相同,选项A、B、D错误,C正确。
逐点清(二)
[多维度理解]
2.(1)vx=v0 匀速直线运动 (2)vy=gt 自由落体运动 3.(1)x=v0t (2)y=gt2
[典例] 解析:(1)对于击中P点的小球,根据平抛运动的规律,水平方向上L=vOPt1,竖直方向上h1=g,
解得vOP=4 m/s。
(2)对于击中Q点的小球,根据平抛运动的规律
水平方向上L=vOQt2
竖直方向上h2=g=2gh2
击中Q点时速度大小为vQ=,解得vQ= m/s。
答案:(1)4 m/s (2) m/s
[全方位练明]
1.选B 玩具子弹做平抛运动,其竖直方向与小积木一样做自由落体运动,由于枪口与小积木上P点等高,所以子弹必将击中P点,且时间为t=,B正确,A、C、D错误。
2.选C 青蛙做平抛运动,在水平方向上做匀速直线运动,在竖直方向上做自由落体运动,则有x=vt,h=gt2,可得v=x ,因此水平位移越小、竖直高度越大,初速度越小,因此青蛙应跳到荷叶c上面。故选C。
3.解析:(1)设平抛运动的时间为t,鸟蛤落地前瞬间的速度大小为v。
竖直方向分速度大小为vy,根据速度—位移关系可得=2gH,解得vy=20 m/s,
根据运动的合成与分解得v=,解得v=25 m/s,
落地时速度方向与水平方向的夹角θ满足
tan θ==,可得θ=53°,
因此鸟蛤落到水平地面上时的速度大小为25 m/s,速度方向与水平方向的夹角为53°。
(2)若释放鸟蛤的初速度为v1=15 m/s,设击中岩石左端时,释放点的x坐标为x1,击中右端时,释放点的x坐标为x2,鸟蛤下落的时间为t,则有H=gt2,解得t=2 s。
根据平抛运动的规律可得x1=v1t=15×2 m=30 m,
根据几何关系可得x2=x1+L=30 m+6 m=36 m,
若释放鸟蛤时的初速度为v2=17 m/s,设击中岩石左端时,释放点的x坐标为x1',击中右端时,释放点的x坐标为x2',根据平抛运动的规律可得x1'=v2t=17×2 m=34 m,
根据几何关系可得x2'=x1'+L=34 m+6 m=40 m,
综上得x坐标区间为(34 m,36 m)。
答案:(1)25 m/s,方向与水平方向的夹角为53°
(2)(34 m,36 m)
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