题目
在某次演习中,轰炸机沿水平方向投放了一枚炸弹,炸弹正好垂直击中山坡上的目标,山坡的倾角为θ,如图所示。不计空气阻力,求炸弹竖直方向下落的距离与水平方向通过的距离之比。

题目解答
答案
解:炸弹做平抛运动,水平方向上做匀速直线运动,竖直方向上做自由落体运动,
山坡的倾角为θ,根据几何关系可知,落到山坡时,速度方向与竖直方向的夹角为θ,故水平方向的速度与竖直方向的速度之比:$\frac{{v}_{水}}{{v}_{竖}}$=tanθ,
炸弹的水平位移为:x=v水t,竖直位移为:y=$\frac{{v}_{竖}}{2}$t,
炸弹竖直方向下落的距离与水平方向通过的距离之比:$\frac{y}{x}$=$\frac{{v}_{竖}}{{2v}_{水}}$=$\frac{1}{2tanθ}$。
答:炸弹竖直方向下落的距离与水平方向通过的距离之比为$\frac{1}{2tanθ}$。
山坡的倾角为θ,根据几何关系可知,落到山坡时,速度方向与竖直方向的夹角为θ,故水平方向的速度与竖直方向的速度之比:$\frac{{v}_{水}}{{v}_{竖}}$=tanθ,
炸弹的水平位移为:x=v水t,竖直位移为:y=$\frac{{v}_{竖}}{2}$t,
炸弹竖直方向下落的距离与水平方向通过的距离之比:$\frac{y}{x}$=$\frac{{v}_{竖}}{{2v}_{水}}$=$\frac{1}{2tanθ}$。
答:炸弹竖直方向下落的距离与水平方向通过的距离之比为$\frac{1}{2tanθ}$。
解析
步骤 1:确定炸弹的运动类型
炸弹在被投放后,由于不计空气阻力,炸弹将进行平抛运动。这意味着炸弹在水平方向上做匀速直线运动,而在竖直方向上做自由落体运动。
步骤 2:分析炸弹的运动状态
炸弹在水平方向上的速度保持不变,设为$v_{水}$。在竖直方向上,炸弹的初速度为0,加速度为重力加速度$g$,设炸弹在竖直方向上的速度为$v_{竖}$。
步骤 3:确定炸弹的运动关系
炸弹在击中目标时,其速度方向与山坡的倾角θ相同,即炸弹的速度方向与竖直方向的夹角为θ。因此,炸弹的水平速度与竖直速度之比为$\frac{{v}_{水}}{{v}_{竖}}$=tanθ。
步骤 4:计算炸弹的位移
炸弹的水平位移为$x=v_{水}t$,其中$t$为炸弹飞行的时间。炸弹的竖直位移为$y=\frac{1}{2}gt^2$,其中$g$为重力加速度。
步骤 5:计算炸弹竖直方向下落的距离与水平方向通过的距离之比
根据步骤3和步骤4,炸弹竖直方向下落的距离与水平方向通过的距离之比为$\frac{y}{x}=\frac{\frac{1}{2}gt^2}{v_{水}t}=\frac{1}{2}\frac{gt}{v_{水}}$。由于$\frac{{v}_{水}}{{v}_{竖}}$=tanθ,所以$\frac{gt}{v_{水}}=\frac{1}{tanθ}$。因此,$\frac{y}{x}=\frac{1}{2tanθ}$。
炸弹在被投放后,由于不计空气阻力,炸弹将进行平抛运动。这意味着炸弹在水平方向上做匀速直线运动,而在竖直方向上做自由落体运动。
步骤 2:分析炸弹的运动状态
炸弹在水平方向上的速度保持不变,设为$v_{水}$。在竖直方向上,炸弹的初速度为0,加速度为重力加速度$g$,设炸弹在竖直方向上的速度为$v_{竖}$。
步骤 3:确定炸弹的运动关系
炸弹在击中目标时,其速度方向与山坡的倾角θ相同,即炸弹的速度方向与竖直方向的夹角为θ。因此,炸弹的水平速度与竖直速度之比为$\frac{{v}_{水}}{{v}_{竖}}$=tanθ。
步骤 4:计算炸弹的位移
炸弹的水平位移为$x=v_{水}t$,其中$t$为炸弹飞行的时间。炸弹的竖直位移为$y=\frac{1}{2}gt^2$,其中$g$为重力加速度。
步骤 5:计算炸弹竖直方向下落的距离与水平方向通过的距离之比
根据步骤3和步骤4,炸弹竖直方向下落的距离与水平方向通过的距离之比为$\frac{y}{x}=\frac{\frac{1}{2}gt^2}{v_{水}t}=\frac{1}{2}\frac{gt}{v_{水}}$。由于$\frac{{v}_{水}}{{v}_{竖}}$=tanθ,所以$\frac{gt}{v_{水}}=\frac{1}{tanθ}$。因此,$\frac{y}{x}=\frac{1}{2tanθ}$。