高中 | 运动的合成与分解 题目答案及解析

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必修2

第五章 曲线运动

5.1 曲线运动

运动的合成与分解

如图,两个靠得很近的小球(均可视为质点)从斜面上的同一位置$O$以不同的初速度$v_{A}$$v_{B}$做平抛运动,斜面足够长,在斜面上的落点分别为$A$$B$,在空中运动的时间分别为$t_{A}$$t_{B}$,落到斜面前瞬间的速度与斜面的夹角分别为$\alpha$$\beta$,已知$OB=2OA$。下列说法正确的是$(\qquad)$

["

$v_{A} : v_{B}=1 : 2$

","

$t_{A} : t_{B}=1 : 2$

","

$B$球在空中离斜面最远时,其速度方向与斜面平行

","

$\\alpha \\lt \\beta$

"]
[["C"]]

$\rm AB$.小球做平抛运动,根据$OB=2OA$,可知$A$小球下落的高度为$B$小球下落高度的一半,对$A$小球

$x=v_{A}t_{A}$$h=\dfrac{1}{2}gt_{A}^{2}$

$B$小球

$2x=v_{B}t$$2h=\dfrac{1}{2}gt_{B}^{2}$

解得

$\dfrac{t_{A}}{t_{B}}=\dfrac{1}{\sqrt{2}}$$\dfrac{v_{A}}{v_{B}}=\dfrac{\dfrac{x}{t_{A}}}{\dfrac{2x}{t_{B}}}=\dfrac{\sqrt{2}}{2}$

$\rm AB$错误;

$\rm C$.当速度方向与斜面平行时,$B$小球距离斜面最远,此时分解速度得$\tan\theta=\dfrac{gt}{v_{B}}$

解得$t=\dfrac{v_{B}\tan\theta}{g}$

落到斜面底端时$\tan\theta=\dfrac{\dfrac{1}{2}gt_{B}^{2}}{v_{B}t_{B}}=\dfrac{gt_{B}}{2v_{B}}$

解得$t_{B}=\dfrac{2v_{B}\tan\theta}{g}=2t$

可知$B$小球运动总时间一半时,距离斜面最远,$B$小球水平方向做匀速直线运动,所以$B$小球此时正在$A$点的正上方,$\rm C$正确;

$\rm D$.小球落到斜面上,末速度的反向延长线必过水平位移中点,所以初速度与末速度的夹角$\gamma$满足$\tan\gamma=\dfrac{y_{0}}{\dfrac{x_{0}}{2}}$

假设斜面倾角为$\theta$,则$\tan\theta=\dfrac{y_{0}}{x_{0}}=\dfrac{1}{2}\tan\gamma$

斜面倾角不变,所以小球落到斜面瞬间的偏转角不变,根据几何关系可知小球落到斜面瞬间,末速度与斜面的夹角等于$\gamma$$\theta$之差,所以$\alpha=\beta$$\rm D$错误。

故选:$\rm C$

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