内容正文:
微点进阶3 类抛体运动的处理方法
考向一 类平抛运动
1.模型建构
凡是合力恒定且垂直于初速度方向的运动都可以称为类平抛运动。
特别提醒 (1)初速度的方向不一定是水平方向,合力的方向也不一定是竖直向下,但合力的方向应与初速度方向垂直。
(2)加速度不一定等于重力加速度g,但应恒定不变。
2.模型分析
(1)沿初速度方向的匀速直线运动,即vx=v0,x=v0t。
(2)垂直初速度方向的初速度为零的匀加速直线运动的合运动,a=, vy=at,y=at2。
特别提醒 处理类平抛运动的方法和处理平抛运动的方法类似,但要分析清楚加速度的大小和方向。
典题1 [一题多解](多选)(2025山东泰安模拟预测)如图所示,光滑斜面长为l,宽为b,顶角为θ,一物块从斜面左上方顶点P以平行于底边的初速度水平射入,沿斜面运动,恰好从底端Q离开斜面,物块可看成质点,则( )
A.物块的初速度v0=b
B.物块的初速度v0=b
C.物块到达Q点时的速度vQ=
D.物块到达Q点时的速度vQ=
BC
解析 方法一:小球在斜面上做类平抛运动b=v0t,l=t2,小球在斜面上的加速度为a==gcos θ,联立解得物块的初速度v0=b,故A错误,B正确;在Q点的平行斜面方向的分速度为vy=at,物块到达Q点时的速度vQ=,故C正确,D错误。
方法二:小球在斜面上的加速度为a==gcos θ,由2al=,解得vy=,合位移方向与水平方向夹角α的正切值tan α=,根据平抛运动的推论,合速度方向与水平方向夹角α的正切值有tan β=2tan α=,解得物块的初速度v0=b,A错误,B正确;由vQ=,解得物块到达Q点时的速度vQ=,C正确,D错误。
考向二 类斜上抛运动
1.模型建构
凡是合力恒定且与初速度成一钝角的运动都可以称为类斜上抛运动。
2.模型分析
(1)沿合力方向的匀减速直线运动,a=,vy=vy0-at,y=vy0t-at2。
(2)垂直合力方向的匀速直线运动,即vx=vx0,x=vx0t。
特别提醒 所有斜上抛运动的处理方法和规律(比如对称性)对于处理类斜上抛运动都适用。
典题2 [一题多解](2025山东济南二模)风洞是进行空气动力学研究最有效的工具之一,我国最新的JF22风洞创造了全球最快30马赫风速的奇迹。如图所示,风洞能对进入其中的物体始终施加一个水平恒力。一小球从地面的a点以大小为v0的初速度竖直向上抛出,在b点落回地面,小球离开地面的最大高度等于ab间的距离,则小球在运动过程中的最小速度为( )
A.v0 B.v0
C.v0 D.v0
D
解析 设小球离开地面到最高点所用时间为t,根据对称性可知,小球在空中运动的时间为2t,则小球离开地面的最大高度为h=gt2,设小球水平方向的加速度大小为a,则ab间的距离xab=(2t)2=h,可得a=g,可知小球受到的水平恒力为F=ma=mg。
方法一(类比法):如图所示,水平恒力与重力的合力与竖直方向的
夹角满足tan θ=,可直接类比斜上抛运动,当沿重力方向的
速度减为0,只剩下垂直重力方向的分速度时,物体的速度最小,将
小球的初速度v0分解为平行F合方向和垂直F合方向两个分速度,当
平行F合方向分速度减为0时,小球的速度最小,则小球在运动过程
中的最小速度为vmin=v0sin θ=v0,故选D。
方法二(合成法):竖直方向上小球做匀减速直线运动,故vy=v0-gt,水平方向
上小球做匀加速直线运动,故vx=gt,由v合=,联立可得v合=,根据数学知识得v合min=v0,故选D。
巩固提升演练
1.(多选)(2026山东临沂高三检测)一质量为m的质点以速度v0在光滑水平面内做匀速直线运动,在t=0时刻开始受到沿水平面恒力F作用,质点先减速再加速,其最小值为v=v0,下列说法正确的是( )
A.质点受力F作用后可能做匀减速直线运动
B.质点受力F作用后做匀变速曲线运动
C.t=0时恒力F与速度v0方向间的夹角为30°
D.t=时,质点速度最小
BD
解析 由于加上恒力F后质点速度先减小且最小值不为零,可知F的方向与初速度方向不是反向而是成一个钝角,质点做匀变速曲线运动,将初速度沿力F方向与垂直于力F方向分解,则在垂直于力F方向上匀速运动,沿力F的方向上先减速到0再反向加速,运动过程中速度的最小值即为垂直于力F方向上的分速度,即v=v0sin θ=v0,解得θ=120°,θ=60°(舍去),故t=0时恒力F与速度v0方向间的夹角为120°,故A、C错误,B正确;由牛顿第二定律及运动学公式得F=ma,v0cos (π-θ)-at=0,解得质点速度最小时,经历的时间为t=,故D正确。
2.(2026湖北名校联考)如图所示,一物体在某液体中运动时只受到重力G和恒定的浮力F的作用,且F=G。如果物体从M点以水平初速度v0开始运动,最后落在N点,MN间的竖直高度为h,M与右壁水平间距为L,重力加速度为g,则下列说法正确的是( )
A.从M运动到N的时间为
B.M与N之间的水平距离为v0
C.若增大初速度v0,物体将撞击右壁,且初速度越大,物体撞击壁速度越大
D.若h足够大,当初速度v0=时,物体撞击壁时速度最小
D
解析 根据牛顿第二定律G-F=ma,解得a=,该物体做类平抛运动,则h=t2,解得从M运动到N的时间为t=,故A错误;M与N之间的水平距离x=v0t=v0,故B错误;物体撞击右壁时,物体运动的时间为t'=,物体竖直方向的速度为vy=at'=,物体撞击壁速度v=,根据几何关系可知,当,即当初速度v0=时,物体撞击壁时速度最小,故若增大初速度v0,物体将撞击右壁,且初速度越大,物体撞击壁速度不一定越大,故C错误,D正确。
3.(2026广西南宁高三检测)如图所示,一小球从空中某处以大小为v,方向与竖直方向成60°斜向上抛出,小球受到水平向右、大小为F=的水平风力,若小球落地时速率为2v,重力加速度为g,则小球在空中运动的时间为
( )
A. B.
C. D.
C
解析 小球的受力分析如图所示,则合力大小为F合=,
合力与水平方向的夹角满足tan θ=,可得θ=60°,可知合力方向与v垂直斜向下,故小球做类平抛运动,加速度为a=,以v方向为x轴,合力方向为y轴,建立直角坐标系得vy=v=t,解得t=,故选C。
$