如图所示,将一小球以速度v0=3m/s的速度从A点水平抛出的同时,在倾角为37°的斜面顶端B点的滑块以VB=2.1m/s的初速度向下做匀加速直线运动,经过一段时间后小球恰好能够以垂直斜面的方向击中滑块,已知A、B两点间高度差=0.2m,(小球和滑块均视为质点,重力加速度g=10m/s2,sin37°=0.6,cos37°=0.8),
求:(1)小球从抛出到击中滑块所用的时间;
(2)小球下落的高度;
(3)滑块与斜面间的动摩擦因数
(1)0.4s (2)0.8m (3)0.5
【分析】
(1)根据平行四边形定则求出小球击中滑块时的竖直分速度,结合速度时间公式求出小球从抛出到击中滑块的时间.
(2)根据位移时间公式求出小球下落的高度.
(3)根据几何关系求出滑块下滑的位移,抓住时间相等,结合位移时间公式求出滑块的加速度,根据牛顿第二定律求出动摩擦因数的大小.
【详解】
(1)根据平行四边形定则知,tan37°=,
解得小球击中滑块时的竖直分速度,
则小球从抛出到击中滑块所用的时间.
(2)小球下落的高度h=gt2=×10×0.16m=0.8m.
(3)物块下滑的位移,
根据位移时间公式有:x=vBt+at2,代入数据解得a=2m/s2,
根据牛顿第二定律得,a==gsinθ-μgcosθ,
代入数据解得μ=0.5.
【点睛】
该题是平抛运动和牛顿第二定律等基本规律的应用,主要抓住撞到斜面上时水平速度和竖直方向速度的关系以及位移的关系解题.
平抛运动的定义:
将物体以一定的初速度沿水平方向抛出,不考虑空气阻力,物体只在重力作用下所做的运动,叫做平抛运动。
平抛运动的特性:
以抛出点为坐标原点,水平初速度V0,竖直向下的方向为y轴正方向,建立如图所示的坐标系,在该坐标系下,对任一时刻t:
①位移
分位移(水平方向),(竖直方向);
合位移,(φ为合位移与x轴夹角)。
②速度
分速度(水平方向),Vy=gt(竖直方向);
合速度,(θ为合速度V与x轴夹角)。
③平抛运动时间:(取决于竖直下落的高度)。
④水平射程:(取决于竖直下落的高度和初速度)。
类平抛运动:
(1)定义当物体所受的合外力恒定且与初速度垂直时,物体做类平抛运动。
(2)类平抛运动的分解方法
①常规分解法:将类平抛运动分解为沿初速度方向的匀速直线运动和垂直于初速度方向(即沿合力的方向)的匀加速直线运动,两分运动彼此独立,互不影响,且与合运动具有等时性。
②特殊分解法:对于有些问题,可以过抛出点建立适当的直角坐标系,将加速度分解为,,初速度分解为,然后分别在x、y方向上列方程求解。
(3)类平抛运动问题的求解思路
根据物体受力特点和运动特点判断该问题属于类平抛运动问题——求出物体运动的加速度——根据具体问题选择用常规分解法还是特殊分解法求解。
(4)类抛体运动
当物体在巨力作用下运动时,若物体的初速度不为零且与外力不在一条直线上,物体所做的运动就是类抛体运动。
在类抛体运动中可采用正交分解法处理问题,基本思路为:
①建立直角坐标系,将外力、初速度沿这两个方向分解。
②求出这两个方向上的加速度、初速度。
③确定这两个方向上的分运动性质,选择合适的方程求解。
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