问题 问答题

一探险队在探险时遇到一山沟,山沟的一侧OA竖直,另一侧的坡面OB呈抛物线形状,与一平台BC相连,如图所示.已知山沟竖直一侧OA的高度为2h,平台离沟底h高处,C点离竖直OA的水平距离为2h.以沟底的O点为原点建立坐标系xOy,坡面的抛物线方程为y=x2/2h.质量为m的探险队员从山沟的竖直一侧,沿水平方向跳向平台.人视为质点,忽略空气阻力,重力加速度为g.求:

(1)若探险队员以速度v0水平跳出时,掉在坡面OB的某处,则他在空中运动的时间为多少?

(2)为了能跳在平台上,他的初速度应满足什么条件?请计算说明.

(3)若已知探险队员水平跳出,刚到达OBC面的动能Ek=1.55mgh,则他跳出时的水平速度可能为多大?

答案

(1)设探险队员跳到坡面上时水平位移为x,竖直位移为H,

由平抛运动规律有:

x=v0t     ①

H=

1
2
gt2        ②

根据几何关系有:

y=2h-H

由于落在OB上满足抛物体线方程即

y=

x2
2h

2h-H=

x2
2h
               ③

由①②③可解得H=

2gh2
v20
+gh

即运动时间t=

4h2
v20
+gh

(2)若探险员掉在C处,根据题意应该满足几何关系有:

h=

1
2
gt2

t=

2h
g

又∵x=2h=v0t

v0=

2gh

若探险员掉在B 处,有:

h=

x2
2h

x=

2
h=v0t

v0=

gh

即探险员落在BC处的速度关系应该满足:

gh
v0
2gh

(3)若抢险员掉在BC面上,根据动能定理有:

Ek-

1
2
m
v20
=mgh

代入得:1.55mgh-

1
2
m
v20
=mgh

解得:v0=

11gh
10

若探险员掉在坡面OB上,

Ek-

1
2
m
v20
=mg
1
2
gt2

即1.55mgh-

1
2
m
v20
=mg
1
2
gt2

由(1)得t=

4h2
v20
+gh

所以可以解得:v0=

3gh
5

答:(1)若探险队员以速度v0水平跳出时,掉在坡面OB的某处,则他在空中运动的时间为

4h2
v20
+gh

(2)为了能跳在平台上,他的初速度应满足

gh
v0
2gh

(3)若已知探险队员水平跳出,刚到达OBC面的动能Ek=1.55mgh,则他跳出时的水平速度可能为v0=

11gh
10
v0=
3gh
5

单项选择题
单项选择题