题目
福建舰是我国自主设计建造的首艘弹射型航空母舰。借助配重小车可以进行弹射测试,测试时配重小车被弹射器从甲板上水平弹出后,落到海面上。调整弹射装置,使小车水平离开甲板时的动能变为调整前的4倍。忽略空气阻力,则小车在海面上的落点与其离开甲板处的水平距离为调整前的( )A. 0.25倍B. 0.5倍C. 2倍D. 4倍
福建舰是我国自主设计建造的首艘弹射型航空母舰。借助配重小车可以进行弹射测试,测试时配重小车被弹射器从甲板上水平弹出后,落到海面上。调整弹射装置,使小车水平离开甲板时的动能变为调整前的4倍。忽略空气阻力,则小车在海面上的落点与其离开甲板处的水平距离为调整前的( )
A. 0.25倍
B. 0.5倍
C. 2倍
D. 4倍
题目解答
答案
C. 2倍
解析
本题考查平抛运动与动能关系的综合应用。解题关键在于:
- 动能与速度的关系:动能变为原来的4倍,结合动能公式 $E_k = \frac{1}{2}mv^2$,可推导出速度变为原来的2倍。
- 平抛运动的规律:水平距离由初速度和飞行时间决定,而飞行时间仅由高度决定(与初速度无关)。因此,初速度翻倍直接导致水平距离变为原来的2倍。
关键步骤分析
1. 动能变化与速度关系
调整前动能为 $E_k = \frac{1}{2}mv_0^2$,调整后动能变为 $4E_k$,即:
$4E_k = \frac{1}{2}mv^2 \implies v^2 = 4v_0^2 \implies v = 2v_0$
2. 平抛运动的飞行时间
小车竖直方向做自由落体运动,高度为 $h$,飞行时间:
$h = \frac{1}{2}gt^2 \implies t = \sqrt{\frac{2h}{g}}$
时间 $t$ 与初速度无关,调整前后时间相同。
3. 水平距离计算
调整前水平距离:
$x_0 = v_0 t$
调整后水平距离:
$x = v t = 2v_0 t = 2x_0$