解题思路:(1)当小球和木板撞击时,其平抛过程中位移方向和水平方向的夹角为θ,由平抛运动规律知tanθ=yx,y和x分别表示竖直和水平位移.(2)只要小球落到木板上,其运动过程中位移和水平方向的夹角即为θ,若速度和水平方向的夹角为α,则有tanα=tanθ,然后根据平抛运动中合速度和水平、竖直速度关系 即可求出小球动能,从而进一步推导出动能随木板倾角θ的关系式,进而画出图象.
(1)小球下滑过程中机械能守恒,则有:mgh=[1/2mv2,得v=
2gh]=2m/s,故小球从轨道末端点冲出瞬间的速度v0=2m/s
当小球撞到木板上时,其位移与水平方向夹角为θ,则有:tanθ=[y/x]=
1
2gt2
v0t=[gt
2v0 ①
水平方向:x=v0t ②
竖直方向:y=
1/2gt2 ③
平抛位移:s=
x2+y2] ④
联立①②③④解得:s=0.75m
故第一次撞击木板时的位置距离木板上端点距离为0.75m.
(2)当小球撞击木板时,有tanθ=[y/x]=
1
2gt2
v0t=
gt
2v0
所以:vy=gt=2v0tanθ
所以:Ek=
1
2mv2=
1
2m(
v02+vy2)2=2+8tan2θ (0<tanθ≤1)
故第一次撞击木板时的动能随木板倾角θ的关系式为:Ek=(8tan2θ+2)J,其中0<tanθ≤1
故其Ek-(tanθ)2图象如下图所示
答:(1)第一次撞击木板时的位置距离木板上端点距离为0.75m;
(2)第一次撞击木板时的动能随木板倾角θ的关系式为:Ek=(8tan2θ+2)J,其中0<tanθ≤1,图象如上图.
点评:
本题考点: 牛顿第二定律;匀变速直线运动的位移与时间的关系;动能定理的应用.
考点点评: 平抛运动时高中阶段的一种重要的运动形式,要把握其水平方向和竖直方向运动特点,以及位移与水平方向、速度与水平方向夹角正切值的表达式等,并能灵活应用.