题目内容

19.如图所示,练习雪道由倾斜部分AB段和水平部分BC段组成,其中倾斜雪道的倾角θ=45°,A处离水平地面的高度H=5m.运动员每次练习时在A处都沿水平方向飞出,不计空气阻力.取g=10m/s2.
(1)求运动员在空中运动的最长时间tm.
(2)求运动员要落在AB段,求其在A处飞出时的最大速度vm大小.
(3)运动员在A处飞出的速度为v,当其落到BC段时,速度方向与竖直方向的夹角为a,试通过计算画出tan a-v图象.

分析 (1)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,根据AB间的竖直高度,从而结合位移时间公式求出运动的时间;
(2)根据水平位移和时间求出运动员在A处飞出时的最大速度vm大小.
(3)设运动员在A处飞出的速度为v,由平抛运动的特点即可求出速度方向与竖直方向的夹角为α与初速度的关系.

解答 解:(1)运动员在空中运动的最长时间对应运动员下落的高度H=5m,
根据H=$\frac{1}{2}g{t}^{2}$得,
tm=$\sqrt{\frac{2H}{g}}=\sqrt{\frac{2×5}{10}}=1$s,
(2)若运动员落在斜面上,速度最大时恰好落在B点,由于θ=45°,则运动员的水平位移:x=H=5m
运动员起跳的最大初速度:${v}_{m}=\frac{x}{t}=\frac{5}{1}=5$m/s
(3)运动员到达BC段时,下落的时间是1s,则落地时竖直方向的分速度:vy=gtm=10×1=10m/s
运动员到达BC的过程中水平方向的分速度不变,到达B点的水平方向的分速度为5m/s,所以到达B点时速度方向与竖直方向的夹角满足:
$tanα=\frac{{v}_{m}}{{v}_{y}}=\frac{5}{10}=\frac{1}{2}$
在BC段:$tanα=\frac{v}{{v}_{y}}=\frac{1}{10}v$
所以画出tanα-v图象如图.

答:(1)运动员在空中运动的最长时间是1s.
(2)运动员要落在AB段,其在A处飞出时的最大速度vm大小是5m/s.
(3)如图.

点评 解决本题的关键知道平抛运动在水平方向和竖直方向上的运动规律,结合运动学公式灵活求解.

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