题目内容

12.如图所示,质量为m=1kg的物体自空间O点以水平初速度v0抛出,落在地面上的A点,其轨迹为一抛物线.现仿此抛物线制作一个光滑滑道并固定在与OA完全重合的位置上,然后将此物体从O点由静止释放,受微小扰动而沿此滑道滑下,在下滑过程中物体未脱离滑道.P为滑道上一点,OP连线与竖直成45°角,则在P点时物体的速度是10m/s,取g=10m/s2,下列说法正确的是(  )
A.从O运动到P点的时间大于$\frac{2{v}_{0}}{g}$
B.物体沿滑到经过P点时速度的水平分量为5m/s
C.物体做平抛运动的水平初速度v0为2$\sqrt{5}$m/s
D.物体沿滑道经过P点时重力的功率为40$\sqrt{5}$w

分析 若做平抛运动,OP连线与竖直方向成45°角,所以竖直分位移与水平分位移大小相等,根据时间可求出竖直方向的分速度和速度的大小和方向,若从O点由静止释放,受微小扰动而沿此滑道滑下,则物体做曲线运动,且运动过程中只有重力做功,速度方向沿切线方向.

解答 解:A、竖直分位移与水平分位移大小相等,有${v}_{0}^{\;}t=\frac{1}{2}g{t}_{\;}^{2}$,$t=\frac{2{v}_{0}^{\;}}{g}$,竖直方向上的分速度${v}_{y}^{\;}=gt=2{v}_{0}^{\;}$,设瞬时速度方向与水平方向成θ角,则$tanθ=\frac{{v}_{y}^{\;}}{{v}_{0}^{\;}}=2$,从O到P平抛运动的时间为$\frac{2{v}_{0}^{\;}}{g}$,沿滑道滑到P点,根据动能定理$mgh=\frac{1}{2}m{v}_{\;}^{2}$,速度沿切线方向$v=\sqrt{2gh}$,平抛运动竖直方向的分速度$v=\sqrt{2gh}$,作出平抛运动和沿滑道经过P点时速度的分解图如图所示,沿滑道水平方向的分速度小于平抛运动水平方向的速度${v}_{0}^{\;}$;沿滑道水平方向的平均速度一定小于平抛水平方向的平均速度,水平位移相等根据$t=\frac{x}{\overline{v}}$知沿滑道运动时间大于$\frac{2{v}_{0}^{\;}}{g}$,故A正确
B、物体沿滑道经过P点时速度与水平方向的夹角等于平抛经过P点时速度与水平方向的夹角,由A知tanθ=2,$cosθ=\frac{\sqrt{5}}{5}$,P点速度的水平分量${v}_{x}^{\;}=vcosθ=10×\frac{\sqrt{5}}{5}=2\sqrt{5}m/s$故B错误
C、平抛的竖直分速度等于沿滑道过P点的合速度,即平抛${v}_{y}^{\;}=10m/s$,$tanθ=\frac{{v}_{y}^{\;}}{{v}_{0}^{\;}}=2$,解得${v}_{0}^{\;}=5m/s$故C错误
D、物体沿滑道经过P点重力的瞬时功率$P=mgvcosθ=10×10×\frac{\sqrt{5}}{5}=20\sqrt{5}W$,故D错误.
故选:A

点评 解决本题的关键掌握处理平抛运动的方法,平抛运动可分解为水平方向上的匀速直线运动和竖直方向上的自由落体运动.且分运动与合运动具有等时性.

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