题目内容
(18分)抛体运动在各类体育运动项目中很常见,如乒乓球运动。现讨论乒乓球发球问题,设台球长2L、网高h,乒乓球反弹前后水平分速度不变,竖直分速度大小不变、方向相反,且不考虑乒乓球的旋转和空气阻力。(设重力加速度为g)
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(1)(4分)若球在球台边缘O点正上方高度为h1处以速度v1水平发出,落在球台上的P1点(如图中的实线所示),求P1点距O点的距离x1.
(2)(6 分)若球在O点正上方以速度v2水平发出,恰好在最高点时越过网落在球台的P2点(如图中的虚线所示),求v2大小。
(3)(8分)若球在O点正上方水平发出后,球经反弹恰好越过网且刚好落在对方球台边缘P3处,求发球点距O点的高度h3.
(1)球从发出到落台的运动为平抛运动。设发球后飞行时间为t1,P1点到O点的距离,即球的水平位移为x1,根据平抛运动公式有:
,
。解此两式得 :
(2)球从发出到第二次落台,先后经历平抛运动和斜上抛运动。设发球高度为h2,飞行时间为t2,同理根据平抛运动公式有:
,
。由于乒乓球反弹前后水平分速度极竖直分速度大小均不变,球从发出到第一次落台的运动(平抛运动)与第一次反弹到过网的运动(斜上抛运动的前半段)对称,故第二次发球时的高度h2与网高相等,即:h2=h ,两次运动的水平位移相等,即:
。解以上四式得:![]()
(3)这是一个擦边球问题,球的运动过程同(2)中一样。如图所示,设发球高度为h3,从发出到第一次落台的飞行时间为t3,同理根据平抛运动得:
,
。
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同(2)中分析,球从发出到第一次落台的运动、反弹后到斜上抛轨迹最高点的运动、从斜上抛轨迹最高点到台边的运动对称,故有:
。设球从恰好越过球网到最高点的运动时间为t,水平距离为s,则有:
,
,由对称性及几何关系知:
,解以上各式得:h3=4h/3。