在一次国际城市运动会中,要求运动员从高为H的平台上A点由静止出发,如图所示,沿着动摩擦因数为μ的滑道向下运动到B点后水平滑出,最后落在水池中.设滑道的水平距离为L,B点的高度h可由运动员自由调节(取g=10 m/s2).
(1)求运动员到达B点的速度与高度h的关系;
(2)运动员要达到最大水平运动距离,B点的高度h应调为多大?对应的最大水平距离smax为多少?
(3)若图中H=4 m,L=5 m,动摩擦因数μ=0.2,则水平运动距离要达到2 m,h值应为多少?
(1)设斜面倾角为θ,斜面长为L1,由牛顿第二定律得:
mgsin θ-μmgcos θ=ma,
由运动学公式得:v=2aL1,
又因为L1sin θ=(H-h),L1cos θ=L,
由以上四式得:vB=.
(2)由平抛运动公式:水平方向x=vBt,竖直方向h=gt2,
把v0代入后面解得:x=2,
故当h=(H-μL)时,smax=L+H-μH.
(3)代入数据x=2 m,H=4 m,L=5 m,μ=0.2,
则可得到h1= m≈2.62 m,h2= m≈0.38 m.
基本公式:
①速度公式:vt=v0+at;
②位移公式:s=v0t+at2;
③速度位移公式:vt2-v02=2as。
推导公式:
①平均速度公式:V=。
②某段时间的中间时刻的瞬时速度等于该段时间内的平均速度:。
③某段位移的中间位置的瞬时速度公式:。无论匀加速还是匀减速,都有。
④匀变速直线运动中,在任意两个连续相等的时间T内的位移差值是恒量,即ΔS=Sn+l–Sn=aT2=恒量。
⑤初速为零的匀变速直线运动中的比例关系(设T为相等的时间间隔,s为相等的位移间隔):
Ⅰ、T末、2T末、3T末……的瞬时速度之比为:v1:v2:v3:……:vn=1:2:3:……:n;
Ⅱ、T内、2T内、3T内……的位移之比为:s1:s2:s3:……:sn=1:4:9:……:n2;
Ⅲ、第一个T内、第二个T内、第三个T内……的位移之比为:sⅠ:sⅡ:sⅢ:……:sN=1:3:5:……:(2N-1);
Ⅳ、前一个s、前两个s、前三个s……所用的时间之比为:t1:t2:t3:……:tn=1:……:;
Ⅴ、第一个s、第二个s、第三个s……所用的时间之比为tⅠ、tⅡ、tⅢ:……:tN=1:……:。
追及相遇问题:
①当两个物体在同一直线上运动时,由于两物体的运动情况不同,所以两物体之间的距离会不断发生变化,两物体间距会越来越大或越来越小,这时就会涉及追及、相遇或避免碰撞等问题。
②追及问题的两类情况:
Ⅰ、速度大者减速(如匀减速直线运动)追速度小者(如匀速运动):
Ⅱ、速度小者加速(如初速度为零的匀加速直线运动)追速度大者(如匀速运动):
③相遇问题的常见情况:
Ⅰ、同向运动的两物体追及即相遇;
Ⅱ、相向运动的物体,当各自发生的位移大小和等于开始时两物体的距离时即相遇。
知识点拨:
例:如图所示,光滑斜面AE被分为四个长度相等的部分,即AB=BC=CD=DE,一物体由A点静止释放,下列结论不正确的是( )
A. 物体到达各点的速率之比=。
B. 物体到达各点所经历的时间。
C. 物体从A运动到E的全过程的平均速度。
D. 物体通过每一部分时,其速度增量。
解析:由及得,即A正确。由得,则,,,,由此可知B正确。由得,即B点为AE段的时间中点,故,即C正确。对于匀变速直线运动,若时间相等,速度增量相等,故D错误,只有D符合题意。
答案:D
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如图6所示,MN为竖直屏幕,从O点一小球以某一速度水平抛出打在A点正下方B点,A点与O点在同一水平高度,在小球抛出后的运动过程中,若加竖直向下的平行光,则小球的影子在水平地面上的运动是 运动;若加水平向左方向的平行光,则小球的影子在MN上的运动是 运动;若在小球抛出的同时,在O点有一点光源,则小球的影子在AB之间的运动是 运动。