题目
物体做斜抛运动,初速度overline(v)_0与水平方向夹角θ,则物体运动至最高点时,该点的曲率半径ρ= ____ 。
物体做斜抛运动,初速度$\overline{v}_0$与水平方向夹角θ,则物体运动至最高点时,该点的曲率半径ρ= ____ 。
题目解答
答案
解:斜抛运动水平方向做匀速直线运动,物体沿水平方向的分速度大小v1=v0cosθ在P点沿半径方向的加速度大小a=g,
在P点根据向心加速度公式知:g=$\frac{{v}_{1}^{2}}{{R}_{P}}$,
解得:RP=$\frac{{v}_{0}^{2}co{s}^{2}θ}{g}$。
故答案为:$\frac{{v}_{0}^{2}co{s}^{2}θ}{g}$。
解析
考查要点:本题主要考查斜抛运动的运动学分析,特别是最高点处的曲率半径计算。需要结合速度分解、向心加速度公式以及斜抛运动的运动特性进行求解。
解题核心思路:
- 确定最高点的速度方向:斜抛运动最高点处竖直方向速度为零,此时速度仅剩水平分量$v_0 \cos\theta$。
- 分析加速度方向:最高点处加速度仅由重力产生,大小为$g$,方向竖直向下。
- 关联向心加速度与曲率半径:利用向心加速度公式$a_n = \frac{v^2}{\rho}$,将最高点的速度和加速度代入求解曲率半径$\rho$。
破题关键点:
- 速度的水平分量是最高点的瞬时速度大小。
- 竖直向下的加速度$g$即为该点的向心加速度。
步骤1:分解初速度
斜抛运动的初速度$\overline{v}_0$可分解为水平方向和竖直方向的分量:
- 水平方向:$v_x = v_0 \cos\theta$(匀速运动)
- 竖直方向:$v_y = v_0 \sin\theta$(匀变速运动)
步骤2:确定最高点的速度
在最高点,竖直方向速度$v_y = 0$,因此最高点的瞬时速度仅剩水平分量:
$v = v_0 \cos\theta$
步骤3:分析加速度
最高点处,物体仅受重力作用,加速度为$g$,方向竖直向下。此时加速度完全提供向心加速度,使轨迹发生弯曲。
步骤4:应用向心加速度公式
向心加速度公式为:
$a_n = \frac{v^2}{\rho}$
将$a_n = g$和$v = v_0 \cos\theta$代入,得:
$g = \frac{(v_0 \cos\theta)^2}{\rho}$
步骤5:求解曲率半径
整理公式得:
$\rho = \frac{v_0^2 \cos^2\theta}{g}$