1、1平抛运动常见题型及应用专题（一）平抛运动的基础知识1. 定义：水平抛出的物体只在重力作用下的运动。2. 特点：（1）平抛运动是一个同时经历水平方向的匀速直线运动和竖直方向的自由落体运动的合运动。（2）平抛运动的轨迹是一条抛物线，其一般表达式为 。cbxay2（3）平抛运动在竖直方向上是自由落体运动，加速度 恒定，所以竖直方向上在g相等的时间内相邻的位移的高度之比为 竖直方向上在相等的时间内5:31:21s相邻的位移之差是一个恒量 。2TsIII（4）在同一时刻，平抛运动的速度（与水平方向之间的夹角为 ）方向和位移方向（与水平方向之间的夹角是 ）是不相同的，其关系式 （即任意一点的速tant度
2、延长线必交于此时物体位移的水平分量的中点）。3. 平抛运动的规律描绘平抛运动的物理量有 、 、 、 、 、 、 、 ，已知这八个物理量中的0vyxyst任意两个，可以求出其它六个。运动分类 加速度 速度 位移 轨迹方向x0 0vtvx0直线分运动方向ygt 21gy直线合运动 大小 20)(gv0)()ttv抛物线与 方向x的夹角 90tant02an（二）平抛运动的常见问题及求解思路关于平抛运动的问题，有直接运用平抛运动的特点、规律的问题，有平抛运动与圆周运动组合的问题、有平抛运动与天体运动组合的问题、有平抛运动与电场（包括一些复合场）组合的问题等。本文主要讨论直接运用平抛运动的特点和规律来
3、求解的问题，即有关平抛运动的常见问题。1. 从同时经历两个运动的角度求平抛运动的水平速度求解一个平抛运动的水平速度的时候，我们首先想到的方法，就应该是从竖直方向上的自由落体运动中求出时间，然后，根据水平方向做匀速直线运动，求出速度。例 1 如图 1 所示，某人骑摩托车在水平道路上行驶，要在 A 处越过 的壕沟，沟mx5面对面比 A 处低 ，摩托车的速度至少要有多大？mh25.h图 12解析：在竖直方向上，摩托车越过壕沟经历的时间 sght 5.012.在水平方向上，摩托车能越过壕沟的速度至少为 mstxv/5.002. 从分解速度的角度进行解题对于一个做平抛运动的物体来说，如果知道了某一时刻的
4、速度方向，则我们常常是“从分解速度”的角度来研究问题。例 2 如图 2 甲所示，以 9.8m/s 的初速度水平抛出的物体，飞行一段时间后，垂直地撞在倾角 为 的斜面上。可知物体完成这段飞行的时间是（ ）30A. B. C. D. s3ss2 30vxty甲 乙v图 2解析：先将物体的末速度 分解为水平分速度 和竖直分速度 （如图 2 乙所示）。tvxvyv根据平抛运动的分解可知物体水平方向的初速度是始终不变的，所以 ；又因为0x与斜面垂直、 与水平面垂直，所以 与 间的夹角等于斜面的倾角 。再根据平抛tvyvty 运动的分解可知物体在竖直方向做自由落体运动，那么我们根据 就可以求出时间ygt了
5、。则tyxvan所以 smsvx /38.9/31.0tant 根据平抛运动竖直方向是自由落体运动可以写出 gtvy所以 sy8.9所以答案为 C。3. 从分解位移的角度进行解题对于一个做平抛运动的物体来说，如果知道了某一时刻的位移方向（如物体从已知倾角的斜面上水平抛出，这个倾角也等于位移与水平方向之间的夹角），则我们可以把位移分解成水平方向和竖直方向，然后运用平抛运动的运动规律来进行研究问题（这种方法，暂且叫做“分解位移法”）例 3 在倾角为 的斜面上的 P 点，以水平速度 向斜面下方抛出一个物体，落在斜面上0v3的 Q 点，证明落在 Q 点物体速度 。20tan41v解析：设物体由抛出点
6、P 运动到斜面上的 Q 点的位移是 ，所用时间为 ，则由“分lt解位移法”可得，竖直方向上的位移为 ；水平方向上的位移为 。silh cosl又根据运动学的规律可得竖直方向上 ，21gthtvy水平方向上 s0则 ，002tanvtytan20所以 Q 点的速度 220tan41vy例 4 如图 3 所示，在坡度一定的斜面顶点以大小相同的速度 同时水平向左与水平向右0v抛出两个小球 A 和 B，两侧斜坡的倾角分别为 和 ，小球均落在坡面上，若不计空375气阻力，则 A 和 B 两小球的运动时间之比为多少？ 0图 3解析： 和 都是物体落在斜面上后，位移与水平方向的夹角，则运用分解位移375的方
7、法可以得到 0021tanvgtxy所以有 137同理 025tanvgt则 16:9214. 从竖直方向是自由落体运动的角度出发求解在研究平抛运动的实验中，由于实验的不规范，有许多同学作出的平抛运动的轨迹，常常不能直接找到运动的起点（这种轨迹，我们暂且叫做“残缺轨迹”），这给求平抛运动的初速度带来了很大的困难。为此，我们可以运用竖直方向是自由落体的规律来进行分析。例 5 某一平抛的部分轨迹如图 4 所示，已知 ， ， ，求 。ax21by1c20v4x12yABC图 4解析：A 与 B、B 与 C 的水平距离相等，且平抛运动的水平方向是匀速直线运动，可设 A 到 B、B 到 C 的时间为 T
8、，则vx021又竖直方向是自由落体运动， 则21gy代入已知量，联立可得 bcTgav05. 从平抛运动的轨迹入手求解问题例 6 从高为 H 的 A 点平抛一物体，其水平射程为 ，在 A 点正上方高为 2H 的 B 点，s2向同一方向平抛另一物体，其水平射程为 。两物体轨迹在同一竖直平面内且都恰好从同s一屏的顶端擦过，求屏的高度。 OFEx图 5解析：本题如果用常规的“分解运动法”比较麻烦，如果我们换一个角度，即从运动轨迹入手进行思考和分析，问题的求解会很容易，如图 5 所示，物体从 A、B 两点抛出后的运动的轨迹都是顶点在 轴上的抛物线，即可设 A、B 两方程分别为y，cbxay2 cxba
9、2则把顶点坐标 A（0，H）、B（0，2H ）、E（2 ，0）、 F（ ，0）分别代入可得方ss程组 xsy242这个方程组的解的纵坐标 ，即为屏的高。Hy766. 灵活分解求解平抛运动的最值问题5例 7 如图 6 所示，在倾角为 的斜面上以速度 水平抛出一小球，该斜面足够长，则从0v抛出开始计时，经过多长时间小球离开斜面的距离的达到最大，最大距离为多少？ O xy图 6解析：将平抛运动分解为沿斜面向下和垂直斜面向上的分运动，虽然分运动比较复杂一些，但易将物体离斜面距离达到最大的物理本质凸显出来。取沿斜面向下为 轴的正方向，垂直斜面向上为 轴的正方向，如图 6 所示，在 轴xyy上，小球做初速
10、度为 、加速度为 的匀变速直线运动，所以有sin0vcosgco2)i(02gyvyts当 时，小球在 轴上运动到最高点，即小球离开斜面的距离达到最大。y由式可得小球离开斜面的最大距离 cos2)in(20gvH当 时，小球在 轴上运动到最高点，它所用的时间就是小球从抛出运动到离开yy斜面最大距离的时间。由式可得小球运动的时间为 tan0gv7. 利用平抛运动的推论求解推论 1：任意时刻的两个分速度与合速度构成一个矢量直角三角形。 例 8 从空中同一点沿水平方向同时抛出两个小球，它们的初速度大小分别为 和 ，初1v2速度方向相反，求经过多长时间两小球速度之间的夹角为 ？90 y图 7解析：设两
11、小球抛出后经过时间 ，它们速度之间的夹角为 ，与竖直方向的夹角t 90分别为 和 ，对两小球分别构建速度矢量直角三角形如图 7 所示，由图可得和 1cotvggtv2tan又因为 ，所以90tanco由以上各式可得 ，解得tv21 21vg推论 2：任意时刻的两个分位移与合位移构成一个矢量直角三角形例 9 宇航员站在一星球表面上的某高度处，沿水平方向抛出一个小球，经过时间 ，小t球落到星球表面，测得抛出点与落地点之间的距离为 ，若抛出时初速度增大到两倍，则l6抛出点与落地点之间的距离为 。已知两落地点在同一水平面上，该星球的半径为 R，l3万有引力常数为 G，求该星球的质量 M。解析：设第一次
12、抛出小球，小球的水平位移为 ，竖直位移为 ，如图 8 所示，构建xh位移矢量直角三角形有 22lhx若抛出时初速度增大到 2 倍，重新构建位移矢量直角三角形，如图 9 所示有，)3()(由以上两式得 l令星球上重力加速度为 ，由平抛运动的规律得g 21tgh由万有引力定律与牛顿第二定律得 mRGM2由以上各式解得 23tl推论 3：平抛运动的末速度的反向延长线交平抛运动水平位移的中点。证明：设平抛运动的初速度为 ，经时间 后的水平位移为 ，如图 10 所示，D 为末0vtx速度反向延长线与水平分位移的交点。根据平抛运动规律有水平方向位移 tx0竖直方向 和gvy21t由图可知， 与 相似，则A
13、BCDEyEv0联立以上各式可得 2x该式表明平抛运动的末速度的反向延长线交平抛运动水平位移的中点。 O0y图 10例 10 如图 11 所示，与水平面的夹角为 的直角三角形木块固定在地面上，有一质点以初速度 从三角形木块的顶点上水平抛出，求在运动过程中该质点距斜面的最远距离。0v7Ov0图 11解析：当质点做平抛运动的末速度方向平行于斜面时，质点距斜面的距离最远，此时末速度的方向与初速度方向成 角。如图 12 所示，图中 A 为末速度的反向延长线与水平位移的交点，AB 即为所求的最远距离。根据平抛运动规律有， 和gtvytvx0tany由上述推论 3 知 2OA据图 9 中几何关系得 siB
14、由以上各式解得 gvnta0即质点距斜面的最远距离为 2si图 12推论 4：平抛运动的物体经时间 后，其速度 与水平方向的夹角为 ，位移 与水ttvs平方向的夹角为 ，则有an2t证明：如图 13，设平抛运动的初速度为 ，经时间 后到达 A 点的水平位移为 、速0 x度为 ，如图所示，根据平抛运动规律和几何关系：tv在速度三角形中 0tanvgty在位移三角形中 02tttx由上面两式可得 asyOt图 13例 11 一质量为 的小物体从倾角为 的斜面顶点 A 水平抛出，落在斜面上 B 点，若m30物体到达 B 点时的动能为 35J，试求小物体抛出时的初动能为多大？（不计运动过程中的空气阻力
15、）8v0ABty 图 14解析：由题意作出图 14，根据推论 4 可得，所以30tan2ttan32tan由三角知识可得 1cos又因为 0vt所以初动能 JEmEkBkA5290例 12 如图 15 所示，从倾角为 斜面足够长的顶点 A，先后将同一小球以不同的初速度水平向右抛出，第一次初速度为 ，球落到斜面上前一瞬间的速度方向与斜面的夹角为 ，1v 1第二次初速度 ，球落在斜面上前一瞬间的速度方向与斜面间的夹角为 ，若 ，2v 2v试比较 和 的大小。1C 2 图 15解析：根据上述关系式结合图中的几何关系可得 tan2)tan(所以 )rc(此式表明 仅与 有关，而与初速度无关，因此 ，即
16、以不同初速度平抛的物21体落在斜面上各点的速度方向是互相平行的。推论 5：平抛运动的物体经时间 后，位移 与水平方向的夹角为 ，则此时的动能ts与初动能的关系为 )an41(20ktE证明：设质量为 的小球以 的水平初速度从 A 点抛出，经时间 到达 B 点，其速mv t度 与水平方向的夹角为 ，根据平抛运动规律可作出位移和速度的合成图，如图 16 所tv示。9图 16由上面推论 4 可知 tan2t从图 16 中看出 00vvy小球到达 B 点的速度为 2020t1vyt所以 B 点的动能为 )tan4(12202mvEtk )tan41(20kE例 13 如图 17 所示，从倾角为 的斜面
17、顶端平抛一个物体，阻力不计，物体的初动能3为 9J。当物体与斜面距离最远时，重力势能减少了多少焦耳？ tA图 17解析：当物体做平抛运动的末速度方向平行于斜面时，物体距斜面的距离最远，此时末速度的方向与初速度方向成 角，如图 17 所示30由 可得tan2ttan21t所以当物体距斜面的距离最远时的动能为 JEkt 12)30t(9)t41(20 根据物体在做平抛运动时机械能守恒有 Jkp即重力势能减少了 3J平抛运动是较为复杂的匀变速曲线运动，有关平抛运动的命题也层出不穷。若能切实掌握其基本处理方法和这些有用的推论，就不难解决平抛问题。因此在复习时应注意对平抛运动规律的总结，从而提高自己解题
18、的能力。10【模拟试题】1. 关于曲线运动，下列叙述正确的是（ ）A. 物体之所以做曲线运动，是由于物体受到垂直于速度方向的力（或者分力）的作用B. 物体只有受到一个方向不断改变的力，才可能做曲线运动C. 物体受到不平行于初速度方向的外力作用时，物体做曲线运动D. 平抛运动是一种匀变速曲线运动2. 关于运动的合成，下列说法中正确的是（ ）A. 合速度的大小一定比每个分速度的大小都大B. 合运动的时间等于两个分运动经历的时间C. 两个匀速直线运动的合运动一定也是匀速直线运动D. 只要两个分运动是直线运动，合运动一定也是直线运动3. 游泳运动员以恒定的速率垂直河岸横渡，当水速突然增大时，对运动员横
19、渡经历的路程、时间发生的影响是（ ）A. 路程增加、时间增加B. 路程增加、时间缩短C. 路程增加、时间不变D. 路程、时间均与水速无关4. 从同一高度、同时水平抛出五个质量不同的小球，它们初速度分别为 、 、 、v23、 。在小球落地前的某个时刻，小球在空中的位置关系是（ ）v45A. 五个小球的连线为一条直线，且连线与水平地面平行B. 五个小球的连线为一条直线，且连线与水平地面垂直C. 五个小球的连线为一条直线，且连线与水平地面既不平行，也不垂直D. 五个小球的连线为一条曲线5. 如图 1 所示，在匀速转动的圆筒内壁上紧靠着一个物体与圆筒一起运动，物体相对桶壁静止。则（ ）A. 物体受到 4 个力的作用B. 物体所受向心力是物体所受的重力提供的C. 物体所受向心力是物体所受的弹力提供的D. 物体所受向心力是物体所受的静摩擦力提供的图 16. 一物体做平抛运动，在两个不同时刻的速度分别为 和 ，时间间隔为 ，那么（ 1v2t）A. 和 的方向一定不同1v2B. 若 是后一时刻的速度，则 21vC. 由 到 的速度变化量 的方向一定竖直向下D. 由 到 的速度变化量 的大小为12 tg7. 一个物体在光滑水平面上以初速度 做曲线运动，已知物体在运动过程中只受到水平
