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(2014•江苏二模)如图所示,已知倾角为θ=45°、高为h的斜面固定在水平地面...

(2014•江苏二模)如图所示,已知倾角为θ=45°、高为h的斜面固定在水平地面上.一小球从高为H(h<H<满分5 manfen5.comh)处自由下落,与斜面做无能量损失的碰撞后水平抛出.小球自由下落的落点距斜面左侧的水平距离x满足一定条件时,小球能直接落到水平地面上.

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(1)求小球落到地面上的速度大小;

(2)求要使小球做平抛运动后能直接落到水平地面上,x应满足的条件;

(3)在满足(2)的条件下,求小球运动的最长时间.

 

(1)小球落到地面上的速度大小为;(2)要使小球做平抛运动后能直接落到水平地面上,x应满足的条件为;(3)在满足(2)的条件下,小球运动的最长时间为2. 【解析】 试题分析:(1)由于小球与斜面碰撞无能量损失,自由下落和平抛运动机械能也守恒,所以小球整个运动过程中机械能守恒,据此列式求解小球落到地面上的速度大小; (2)小球与斜面碰撞后做平抛运动,当正好落在斜面底端时,x最小,根据平抛运动的基本公式结合几何关系、动能定理求出x的最小值,而x的最大值即为h,从而求出x的范围; (3)根据竖直方向做自由落体运动,由运动学公式列出总时间的表达式,再由数学知识求解最长的时间. 【解析】 (1)设小球落到底面的速度为v,根据机械能守恒得:,得:。 (2)小球做自由落体的末速度为:,小球做平抛运动的时间为:,,由s>h﹣x,解得: (3),, 当H﹣h+x=h﹣x,即x=h﹣时,小球运动时间最长,x=h﹣,符合(2)的条件,代入得:。 答:(1)小球落到地面上的速度大小为;(2)要使小球做平抛运动后能直接落到水平地面上,x应满足的条件为;(3)在满足(2)的条件下,小球运动的最长时间为2.
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