数理结合,五种方法求解斜面上抛体最远距离

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  题:从倾角为θ的斜面上O点,以初速度V0 水平抛出一个小球,落至斜面B点。求:从抛出开始经多长时间小球离斜面的距离最大?最大距离是多大?
  解法一:设小球抛出t秒后,当速度方向与斜面平行时,小球离斜面的距离达到最大,此时小球速度方向与初速度方向成θ角。根据“平抛运动任意时刻末速度的反向延长线经过水平位移的中点”,设图中M点为末速度反向延长线与水平位移的交点,线段MN的长即为所求的最远距离H。
  解:当末速度方向与斜面平行时,物体离斜面距离最大
  可得:
  因为平抛运动中任意时刻末
  速度的反向延长线经过水平位移的中点。
  所以
  由几何关系可知最远距离:
  解法二:利用斜抛思想求解,将物体初速度v0、重力加速度g都分解成沿着斜面和垂直斜面方向的两个分量。在垂直斜面方向上,物体做的是以v0y为初速度、gy为加速度的类竖直上抛运动。物体上升到顶端的时间等于它从抛出至离斜面最远的运动时间。
  可得:
  物体在垂直于斜面方向“上升”
  的最大高度
  解法三:以抛出点O为坐标原点,建立
  图示水平竖直坐标系
  斜面直线方程为
  抛体轨迹方程为(下同)
  抛物线上某点的导函数为该点处的切线斜率,当切线与斜面平行时,该点距斜面最远
  所以离斜面距离最远的点为
  利用点到直线距离公式可得:
  解法四:设抛物线上某点距斜面最远,其切线与斜面平行
  可得:
  抛物线上点的切线方程为:
  可得切线方程:
  与斜面的距离为:
  解析五:抛物线上任意一点到直线的距离为:
  点到直线
  的最大距离为:
  以上解法,各有所长,解法一、二突出了物理过程的理解与应用,其余解法展示了学生扎实的数学基本功,体现了数学知识在物理学习上的应用,起到了相辅相成的作用。
  (作者单位:江苏省姜堰市罗塘高级中学)
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