距地面高度为h处,以初速度Vo掷出铅球 问Vo与水平方向夹角为多大时,水平射程最远?

4个回答

  • 楼上不对.

    正解为arctan(Vo/sqrt(Vo^2+2gh)) (sqrt为开根)

    通常有两种解法

    解法一:

    做矢量三角形.出速度Vo矢量,以Vo的终点为起点,竖直向下的矢量gt(t为落地所需的时间),连接Vo起点与gt终点的矢量即落地时的末速度.由能量关系.末速度大小已知为sqrt(Vo^2+2gh).

    考察三角形面积.以gt边为底边,S=0.5*gt*Vo*cosA (A为Vo与水平夹角)

    化简S=0.5g*(VotcosA)

    注意到后面括号中的项即球的水平射程,可知三角形面积正比于射程.

    又注意到三角形初速度与末速度两边长度是固定的,因此当且仅当初速度与末速度垂直时射程最远.

    此时从矢量三角形中由几何关系易得A=arctan(Vo/sqrt(Vo^2+2gh))

    容易得到射程(Vo*sqrt(Vo^2+2gh))/2g

    解法二:

    以起点为原点建立直角座标.(水平x轴,竖直y轴,运动平面xoy)

    铅球的座标:

    x=VotcosA

    y=VotsinA-0.5*gt^2

    两式联立消去t得轨迹方程

    y=-0.5*gx^2/(Vo*cosA)^2+xtanA

    化简配方:

    y=(-gx^2/2Vo^2)(tanA-Vo^2/gx)-gx^2/2Vo^2+Vo^2/2g

    可知在A变化时y的最大值 (此时tanA=Vo^2/gx)

    y=-gx^2/2Vo^2+Vo^2/2g

    此即以Vo初速抛出铅球的包络线方程.

    将地面座标y=-h带入

    得x=(Vo*sqrt(Vo^2+2gh))/2g

    带入tanA=Vo^2/gx

    得tanA=Vo/sqrt(Vo^2+2gh)

    与解法一一致