光滑曲面轨道末端切线水平,轨道末端点距离水平地面的高度为H=0.8m,一长度合适的木板两端分别搁在轨道末端点和水平地面之
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解题思路:(1)当小球和木板撞击时,其平抛过程中位移方向和水平方向的夹角为θ,由平抛运动规律知tanθ=yx,y和x分别表示竖直和水平位移.(2)只要小球落到木板上,其运动过程中位移和水平方向的夹角即为θ,若速度和水平方向的夹角为α,则有tanα=tanθ,然后根据平抛运动中合速度和水平、竖直速度关系 即可求出小球动能,从而进一步推导出动能随木板倾角θ的关系式,进而画出图象.

(1)小球下滑过程中机械能守恒,则有:mgh=[1/2mv2,得v=

2gh]=2m/s,故小球从轨道末端点冲出瞬间的速度v0=2m/s

当小球撞到木板上时,其位移与水平方向夹角为θ,则有:tanθ=[y/x]=

1

2gt2

v0t=[gt

2v0 ①

水平方向:x=v0t ②

竖直方向:y=

1/2gt2 ③

平抛位移:s=

x2+y2] ④

联立①②③④解得:s=0.75m

故第一次撞击木板时的位置距离木板上端点距离为0.75m.

(2)当小球撞击木板时,有tanθ=[y/x]=

1

2gt2

v0t=

gt

2v0

所以:vy=gt=2v0tanθ

所以:Ek=

1

2mv2=

1

2m(

v02+vy2)2=2+8tan2θ (0<tanθ≤1)

故第一次撞击木板时的动能随木板倾角θ的关系式为:Ek=(8tan2θ+2)J,其中0<tanθ≤1

故其Ek-(tanθ)2图象如下图所示

答:(1)第一次撞击木板时的位置距离木板上端点距离为0.75m;

(2)第一次撞击木板时的动能随木板倾角θ的关系式为:Ek=(8tan2θ+2)J,其中0<tanθ≤1,图象如上图.

点评:

本题考点: 牛顿第二定律;匀变速直线运动的位移与时间的关系;动能定理的应用.

考点点评: 平抛运动时高中阶段的一种重要的运动形式,要把握其水平方向和竖直方向运动特点,以及位移与水平方向、速度与水平方向夹角正切值的表达式等,并能灵活应用.