22. 如图甲所示为某兴趣小组在老师们的带领下自制的一种小球发射器,已知该发射器的小球出口C离地面的竖直高度OC为1.6米,如图乙所示,小球在力度的最大挡位和最小挡位发射出去的路线,可以抽象为平面直角坐标系中两条抛物线的部分,矩形MNPQ为移动的接球盒,其中$ MQ= 1 $米,$ MN= 0.4 $米,最小挡位发射的抛物线可以看作由最大挡位发射的抛物线向左平移得到,最大挡位抛物线最高点D离出球口的水平距离为2米,高出出球口0.4米.

(1) 求力度最大挡位时小球射出的抛物线的函数表达式,并求出小球射出的最大射程OA.
(2) 力度最小挡位发射的抛物线可以看作由最大挡位发射的抛物线向左平移多少个单位长度得到?
(3) 要使接球盒能接住所有挡位射出的小球(即射出的小球都能落入水平移动的接球盒MNPQ中),请直接写出接球盒距发射器的水平距离OM的取值范围.
(1) 求力度最大挡位时小球射出的抛物线的函数表达式,并求出小球射出的最大射程OA.
(2) 力度最小挡位发射的抛物线可以看作由最大挡位发射的抛物线向左平移多少个单位长度得到?
(3) 要使接球盒能接住所有挡位射出的小球(即射出的小球都能落入水平移动的接球盒MNPQ中),请直接写出接球盒距发射器的水平距离OM的取值范围.
答案
(1) 以O为原点,水平方向为x轴,竖直方向为y轴建立坐标系。
由题意,C(0,1.6),最大挡位抛物线顶点D(2,1.6+0.4)=(2,2)。
设抛物线表达式为$y=a(x-2)^2+2$,将C(0,1.6)代入:
$1.6=a(0-2)^2+2$,解得$a=-0.1$。
∴最大挡位抛物线表达式为$y=-0.1(x-2)^2+2$。
令$y=0$,则$-0.1(x-2)^2+2=0$,解得$x_1=2+2\sqrt{5}$,$x_2=2-2\sqrt{5}$(舍)。
最大射程$OA=2+2\sqrt{5}$米。
(2) 设最小挡位抛物线由最大挡位抛物线向左平移h个单位得到,表达式为$y=-0.1(x-2+h)^2+2$。
由图知,最小挡位抛物线过点B,设B(m,0),最大挡位抛物线与x轴另一交点为$2-2\sqrt{5}$(舍),故最小挡位抛物线与x轴交点为B,最大挡位为A。
因最小挡位抛物线过C(0,1.6),代入得$1.6=-0.1(0-2+h)^2+2$,解得$h=4$(h=0舍)。
向左平移4个单位。
(3) 接球盒MNPQ中,MQ=1,MN=0.4,即M到Q水平距离1米。
最大挡位抛物线落点A$2+2\sqrt{5}\approx6.472$,最小挡位抛物线落点B$2-2\sqrt{5}+4\approx-0.472$(舍),实际最小落点为B$2-2\sqrt{5}+4$(取正值部分)。
综合得OM取值范围为$2\sqrt{5}-2\leq OM\leq2$。
答案:(1) 表达式$y=-0.1(x-2)^2+2$,OA$2+2\sqrt{5}$米;(2) 4个单位;(3)$2\sqrt{5}-2\leq OM\leq2$。
由题意,C(0,1.6),最大挡位抛物线顶点D(2,1.6+0.4)=(2,2)。
设抛物线表达式为$y=a(x-2)^2+2$,将C(0,1.6)代入:
$1.6=a(0-2)^2+2$,解得$a=-0.1$。
∴最大挡位抛物线表达式为$y=-0.1(x-2)^2+2$。
令$y=0$,则$-0.1(x-2)^2+2=0$,解得$x_1=2+2\sqrt{5}$,$x_2=2-2\sqrt{5}$(舍)。
最大射程$OA=2+2\sqrt{5}$米。
(2) 设最小挡位抛物线由最大挡位抛物线向左平移h个单位得到,表达式为$y=-0.1(x-2+h)^2+2$。
由图知,最小挡位抛物线过点B,设B(m,0),最大挡位抛物线与x轴另一交点为$2-2\sqrt{5}$(舍),故最小挡位抛物线与x轴交点为B,最大挡位为A。
因最小挡位抛物线过C(0,1.6),代入得$1.6=-0.1(0-2+h)^2+2$,解得$h=4$(h=0舍)。
向左平移4个单位。
(3) 接球盒MNPQ中,MQ=1,MN=0.4,即M到Q水平距离1米。
最大挡位抛物线落点A$2+2\sqrt{5}\approx6.472$,最小挡位抛物线落点B$2-2\sqrt{5}+4\approx-0.472$(舍),实际最小落点为B$2-2\sqrt{5}+4$(取正值部分)。
综合得OM取值范围为$2\sqrt{5}-2\leq OM\leq2$。
答案:(1) 表达式$y=-0.1(x-2)^2+2$,OA$2+2\sqrt{5}$米;(2) 4个单位;(3)$2\sqrt{5}-2\leq OM\leq2$。
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