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利用平抛运动数学轨迹方程求解物理题。
在大部分情况下,我们研究平抛物体运动时,是分解为水平方向的匀速直线运动和竖直方向的自由落体运动,不过有时候,我们可以借助于数学轨迹方程的问题来进行求解。
下面我们依照数学轨迹方程的定义,来做y与x的关系推导。
根据平抛运动的基本定义,在两个方向上有:
x=v0t
消去参数t,得平抛运动的轨迹方程为:
(特殊注明:前面公式中的x应该是x2)
数学知识说明。如果不懂为什么t是中间参量,请查阅高中数学轨迹方程这一章节。这里我们要建立的是y与x之间的关系,必须消去t;
例题如下:
排球场长18m,球网高2m,运动员在3m线处水平击球,求:
(1)当他击球的高度低于某值时,不是触网就是越界,求此高度?
(2)若击球高度H=2.5m,求既不触网也不越界的初速度范围。
解析过程:
以抛出点为坐标原点,建立如图所示坐标系,则排球作平抛运动的轨迹方程为:
(注明,方程中的x应该是x2)
(1)设击球的高度为h时,就不是触网就是越界,所以轨迹曲线应该从球网上端飞过后落在球的边界上。将球网上端A(6,h-2)和球场边界B(12,h)代入轨迹方程得:和
,
解得:h=2.38m。
(2)当H=2.5m,速度最小时,球恰好从球网上端越过,将球网上端A(6,2.5-2)代入轨迹方程得:
,
解得:v0=18.97m/s。
当H=2.5m,速度最大时,球恰好从球场边界越过,将球场边界B(15,2.5)代入轨迹方程得:
,
解得:v0=47.43m/s。
所以球既不触网也不越界的初速度的范围为: 18.97m/s< v0<47.43m/s.
物理数学之间联系紧密,运用数学知识求解物理问题,也是高考物理的一项重要要求,同学们在学习中应引起足够重视。
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