高中 | 研究自由落体运动的规律 题目答案及解析

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必修1

第二章 匀变速直线运动的研究

2.5 自由落体运动

研究自由落体运动的规律

某物体以一定初速度从地面竖直向上抛出,经过时间$t$到达最高点。在最高点该物体炸裂成$A$$B$两部分,质量分别为$2m$$m$,其中$A$以速度$v$沿水平方向飞出。重力加速度为$g$,不计空气阻力。求:

该物体抛出时的初速度大小$v_{0}$

[["

$v_{0}=gt$

"]]

物体竖直上抛至最高点时速度为$0$,由运动学公式$0=v_{0} − gt$

可得$v_{0}=gt$

炸裂后瞬间$B$的速度大小$v_{B}$

[["

$v_{B}=2v$

"]]

爆炸瞬间水平方向动量守恒,爆炸前总动量为$0$$A$速度为$v$,设$B$速度为$v_{B}$,由动量守恒定律得$0=2m ⋅ v+m ⋅ v_{B}$

解得$v_{B}= − 2v$

即大小为$2v$

$A$$B$落地点之间的距离$d$

[["

$d=3vt$

"]]

根据竖直上抛运动的对称性可知下落时间与上升时间相等为$t$,则$A$的水平位移$x_{A}=vt$

$B$的水平位移$x_{B}=v_{B}t=2vt$

所以落地点$A$$B$之间的距离$d=|x_{A}|+|x_{B}|=vt+2vt=3vt$

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