Question

正方体空心框架ABCD-A₁B₁C₁D₁下表面在水平地面上，将可视为质点的小球从顶点A在∠BAD所在范围内（包括边界）沿不同的水平方向分别抛出，落点都在△B₁C₁D₁平面内（包括边界）．不计空气阻力，以地面为重力势能参考平面．则下列说法正确的是（　　）

A. 小球初速度的最小值与最大值之比是1：

B. 落在C₁点的小球，运动时间最长

C. 落在B₁D₁线段上的小球，落地时机械能的最小值与最大值之比是1：2

D. 轨迹与AC₁线段相交的小球，在交点处的速度方向都相同

Answer

D

【解析】小球落在A1C1线段中点时水平位移最小，落在C1时水平位移最大，由几何关系知水平位移的最小值与最大值之比是1：2，由x=v0t，t相等得小球初速度的最小值与最大值之比是1：2，故A错误；小球做平抛运动，由h=gt2得，下落高度相同，平抛运动的时间相等，故B错误；落在B1D1线段中点的小球，落地时机械能的最小，落在B1D1线段上D1或B1的小球，落地时机械能的最大．设落在B1D1线段中点的小球初速度为v1，水平位移为x1．落在B1D1线段上D1或B1的小球初速度为v2．水平位移为x2．由几何关系有 x1：x2=1：，由x=v0t，得：v1：v2=1：，落地时机械能等于抛出时的机械能，分别为：E1=mgh+mv12，E2=mgh+mv22，可知落地时机械能的最小值与最大值之比不等于1：2．故C错误．设AC1的倾角为α，轨迹与AC1线段相交的小球，在交点处的速度方向与水平方向的夹角为θ．则有，，则 tanθ=2tanα，可知θ一定，则轨迹与AC1线段相交的小球，在交点处的速度方向相同，故D正确．故选D.

点睛：该题结合平抛运动考查机械能守恒，解决本题的关键要掌握平抛运动的研究方法，掌握分位移公式，D项也可以根据作为结论记住．