賞析拋體運動 揭示運動規(guī)律
——2016年高考拋體運動問題分析

河南 寧鵬程

賞析拋體運動 揭示運動規(guī)律
——2016年高考拋體運動問題分析

河南 寧鵬程

源于生活，拋出精彩，詮釋規(guī)律。

把物體拋出，物體就做拋體運動，這在生活中隨處可見。物理源于生活，又服務社會，高考物理命題就以考生身邊的現象為素材考查考生學以致用的能力。本文以2016年高考拋體運動問題賞析，希望對同學們探索高考命題規(guī)律有所啟發(fā)和幫助。

一、平拋運動的基本應用

【例1】（2016·海南卷）在地面上方某點將一小球以一定的初速度沿水平方向拋出，不計空氣阻力，則小球在隨后的運動中 （ ）

A.速度和加速度的方向都在不斷變化

B.速度與加速度方向之間的夾角一直減小

C.在相等的時間間隔內，速率的改變量相等

D.在相等的時間間隔內，動能的改變量相等

【答案】B

【點悟】“平拋運動”是經典的曲線運動，由于做平拋運動的物體只受到重力的作用，物體的加速度是恒定的，在求解平拋運動問題時，要特別注意運動的分解思想，即物體的運動可分解為水平方向的勻速直線運動和豎直方向的自由落體運動。

二、平拋運動的創(chuàng)新應用

【例2】（2016·浙江卷）在真空環(huán)境內探測微粒在重力場中能量的簡化裝置如圖1所示。P是一個微粒源，能持續(xù)水平向右發(fā)射質量相同、初速度不同的微粒。高度為h的探測屏AB豎直放置，離P點的水平距離為L，上端A與P點的高度差也為h。

圖1

（1）若微粒打在探測屏AB的中點，求微粒在空中飛行的時間；

（2）求能被屏探測到的微粒的初速度范圍；

（3）若打在探測屏A、B兩點的微粒的動能相等，求L與h的關系。

【思路探究】如圖2所示，當小球平拋運動的初速度較小時，小球將落在B點，當小球的速度較大時，小球將落在A點，這兩種情況剛好是臨界條件，發(fā)現這個條件是求解本題的突破口。

圖2

三、斜上拋運動的基本應用

【例3】（2016·江蘇卷）有A、B兩小球，B的質量為A的兩倍?，F將它們以相同速率沿同一方向拋出，不計空氣阻力。圖3中①為A的運動軌跡，則B的運動軌跡是（ ）

圖3

A.① B.②

C.③ D.④

【解析】拋體運動的加速度始終為g，與拋體的質量無關。當將它們以相同速率沿同一方向拋出時，運動軌跡應該相同，故A項正確。

【答案】A

特別提醒：從斜上拋運動的最高點到拋出點逆著可以看成平拋運動；從斜上拋運動的最高點到落地點同樣可以看成平拋運動。

四、斜上拋運動的創(chuàng)新應用

【例4】（2016·全國卷Ⅰ）如圖4所示，一帶負電荷的油滴在勻強電場中運動，其軌跡在豎直面（紙面）內，且相對于過軌跡最低點P的豎直線對稱。忽略空氣阻力。由此可知（ ）

圖4

A.Q點的電勢比P點高

B.油滴在Q點的動能比它在P點的大

C.油滴在Q點的電勢能比它在P點的大

D.油滴在Q點的加速度大小比它在P點的小

【解析】由于勻強電場中的電場力和重力都是恒力，所以合外力為恒力，加速度恒定不變，所以D項錯誤；由于油滴軌跡相對于過P的豎直線對稱且合外力總是指向軌跡彎曲內側，所以油滴所受合外力沿豎直方向，電場力豎直向上。當油滴從P點運動到Q點時，電場力做正功，電勢能減小，C項錯誤；油滴帶負電，電勢能減小，電勢增加，所以Q點電勢高于P點電勢，A項正確；在油滴從P點運動到Q的過程中，合外力做正功，動能增加，所以Q點動能大于P點，B項正確。

【答案】AB

【點悟】本題中油滴的運動實質上是類斜上拋運動，電場力和重力的合力類比成“重力”，把斜上拋運動旋轉180°。

【例5】（2016·海南卷）如圖5所示，平行板電容器兩極板的間距為d，極板與水平面成45°角，上極板帶正電。一電荷量為q（q＞0）的粒子在電容器中靠近下極板處，以初動能Ek0豎直向上射出。不計重力，極板尺寸足夠大，若粒子能打到上極板，則兩極板間電場強度的最大值為 （ ）

圖5

【答案】B

【點悟】粒子做類斜上拋運動，在平行于電場方向上做類豎直上拋運動，粒子在垂直于電場方向上做勻速直線運動；當粒子在平行于電場方向上的速度為零時，粒子在平行于電場方向上的位移最大，當兩極板的距離小于等于平行于電場方向上的最大位移時，粒子能打到上極板。

【例6】（2016·全國卷Ⅰ）一質點做勻速直線運動?，F對其施加一恒力，且原來作用在質點上的力不發(fā)生改變，則（ ）

A.質點速度的方向總是與該恒力的方向相同

B.質點速度的方向不可能總是與該恒力的方向垂直

C.質點加速度的方向總是與該恒力的方向相同

D.質點單位時間內速率的變化量總是不變

【解析】質點一開始做勻速直線運動，處于平衡狀態(tài)，該質點受到的合力為零，施加恒力后，則該質點的合外力為該恒力，不妨把該恒力聯想成重力，即質點有一定的初速度且只在重力作用下的運動。若把物體豎直向上拋出，物體做豎直上拋運動；若把物體豎直向下拋出，物體做豎直下拋運動；若物體水平拋出，物體做平拋運動；物體斜向上拋出，物體做斜上拋運動，當然物體可以沿任何方向拋出，做拋體運動，由牛頓第二定律可得：質點加速度的方向總是與該恒力的方向相同，C項正確；無論什么拋體運動，質點速度的方向不可能總是與重力的方向垂直，B項正確；質點的加速度為定值，質點單位時間內速度的變化量總是不變，D項錯誤；質點速度的方向不是總是與該恒力的方向相同，A項錯誤。

【答案】BC

【拓展】一質點做勻速直線運動?，F突然對其施加一恒力，問該恒力施加后，物體的速度將如何變化？

【解析】本題中質點的運動可等效為有初速度的質點只在重力作用下的拋體運動。如當質點做平拋運動時，質點的速度一直增大；當質點做豎直上拋運動時，質點的速度先減小到零再增大；當質點做斜上拋運動時，質點的速度可能先減小到某一個不為零的值，然后逐漸增大。

【答案】物體的速度可能一直增大；物體的速度可能先減小到零再增大；物體的速度可能先減小到某一個不為零的值，后逐漸增大。

（作者單位：河南省鞏義市第二高級中學）