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精英家教网如图所示,ABC是一条由半圆和一段斜面组成的光滑轨道,A、B两点在同一竖直线上,且已知半圆半径为R,今在水平面某一点P处抛出一个小球,使它恰好从A点进入轨道,在B点处无能量损失,最后沿斜面上升到高度为H处,试求小球抛出点P的位置,抛射速度V及抛射角θ
分析:1、此题可采用逆向思维法,即反演法,假设小球由斜面上高H处自由滑下,经过B点到A点,从A点飞出做平抛运动,落地点即为要求的P点,由C点到A点的过程中机械能守恒定律可解得到达A点的速度,小球从A点到P点运用平抛运动的规律可求得水平射程,即B与P点的距离.
2、由A点到P点平抛运动过程中机械能守恒可解得P点的速度.
3、小球落地时速度与水平方向夹角为抛射角,根据直角三角形知识求解抛射角.
解答:解:采取逆向思维法:
假设小球由斜面上高H处自由滑下,经过B点到A点,从A点飞出做平抛运动,落地点即为要求的P点,
落地点的速度与抛射速度大小相等而方向相反,
则由C点到A点的过程中机械能守恒定律可得:
mgH=2mgR+
1
2
m
v
2
A

得:vA=
2g(H-2R)

小球从A点到P点的平抛运动过程,有
s=vAt
2R=
1
2
gt2

t=2
R
g

s=2
2R(H-2R)

即P距离B点为2
2R(H-2R)

由A点到P点平抛运动过程中机械能守恒得:
2mgR=
1
2
mv2-
1
2
m
v
2
A

解得:v=
2gH

小球落地时速度与水平方向夹角与抛射角相等,即
θ=arccos
v
v
=arccos
H-2R
H

答:小球抛出点P距离B点为2
2R(H-2R)

抛射速度为
2gH

抛射角为arccos
H-2R
H
点评:此题还可以用动能定理研究,动能定理的优点在于适用任何运动包括曲线运动.一个题目可能需要选择不同的过程多次运用动能定理研究.这个题目也可以应用动能定理直接研究C点到P点.
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(1)运动员在斜坡上滑行时加速度的大小a;
(2)滑雪板与雪道间的动摩擦因数μ;
(3)运动员滑上水平雪道后,在t'=2.0s内滑行的距离x.

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