高中 | 斜面问题 题目答案及解析

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必修1

第四章 牛顿运动定律

4.6 用牛顿运动定律解决问题(一)

斜面问题

如图所示,小球从平台上抛出,正好落在临近平台的一倾角为$\alpha=53^\circ$的光滑斜面上,且速度方向恰好沿斜面,并沿光滑斜面下滑,已知斜面顶端与平台的高度差$h=0.8\;\rm m$,重力加速度$g$$10\;\rm m/s^{2}$$\sin53^\circ=0.8$$\cos53^\circ=0.6$,求

小球经多少时间到达斜面顶端?

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$0.4\\;\\rm s$

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小球从平台抛出后,水平方向做匀速直线运动,竖直方向做自由落体运动,则$h=\dfrac{1}{2}g{t_{1}}^{2}$$v_{y}=gt_{1}$,根据已知条件结合速度的合成与分解得$\tan53{^\circ}= \dfrac{v_{y}}{v_{0}}$,代入数值解得$v_{0}=3\;\rm m/s$$t_{1}=0.4\;\rm s$

小球水平抛出的初速度$v_{0}$是多少?

[["

$3\\;\\rm m/s$

"]]

$(1)$得,$v_{0}=3\;\rm m/s$

斜面顶端与平台边缘的水平距离$s$多大?

[["

$1.2\\;\\rm m$

"]]

斜面顶端与平台边缘的水平距离为$s=v_{0}t_{1}=1.2\;\rm m$

小球到达斜面顶端时速度多大?

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$5\\;\\rm m/s$

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小球落到斜面顶端的速度为$v_{1}$,根据速度的合成与分解得$\cos 53^{\circ}= \dfrac{v_{0}}{v_{1}}$,解得$v_{1}=5\;\rm m/s$

若斜面顶端高$H=20.8\;\rm m$,则小球离开平台后经多长时间到达斜面底端。

[["

$2.4\\;\\rm s$

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小球在光滑斜面上根据牛顿第二定律$ma=mg\sin53^\circ $,得$a=g\sin53^\circ $

小球在斜面上的运动过程中满足$\dfrac{H}{\sin 53^{\circ}}=v_{1}t_{2}+\dfrac{1}{2}at_{2}^{2}$

故小球离开平台后到达斜面底端的时间为$t=t_{1}+t_{2}$,解得$t=2.4\;\rm s$

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