资源简介 第六讲 、自由落体 运 动的研究温故知新初速度为零的匀加速直线运动1 2 2初速度 v0=0时,匀变速直线运动的四个基本公式: v=at, x= at , x = , v =2ax.2 2初速度为零的匀变速直线运动的几个特殊规律:(设 t为等分时间间隔)⑴1t末、2t末、3t末、…、nt末瞬时速度之比为 v1∶v2∶v3∶…∶vn=1:2:3:…:n2 2 2⑵1t内、2t内、3t内、…、nt内位移之比为 s1∶s2∶s3∶…∶sn=1:2 :3 :…:n⑶在连续相等的时间间隔内的位移之比为 sⅠ∶sⅡ∶sⅢ∶…∶sn=1:3:5:…:(2n-1)⑷通过 1s、2s、3s、…、ns 的位移所用的时间之比为 t1∶t2∶t3∶…∶tn=1:√2:√3:…:√ ⑸经过连续相同位移所用时间之比为 tⅠ∶tⅡ∶tⅢ∶…∶tn=1(:√2 1):(√3 √2):…:(√ -√ 1)物体以初速度 v0匀减速到零的物理问题,可以用逆向思维,把这个物理过程看作初速度为零的匀加速运动,因为逆向过程计算,计算结果时注意时间与速度、位移的对应。物体从静止开始先做匀加速后做匀减速到速度为零的物理问题,可以用平均速度法解决,两个过程的平均速度均为最大速度的一半。或者速度位移公式分两个过程计算。知识导图1知识点一、自由落体运动一、自由落体运动1.定义:自由落体运动是物体只在重力作用下从静止开始下落的运动.2.物体做自由落体运动的条件:(1)只受重力;(2)初速度 v0=0.在实际中,物体下落时由于受空气阻力的作用,并不做自由落体运动,只有当空气阻力远小于重力时,物体由静止开始的下落才可看做自由落体运动.3.自由落体运动的实质:自由落体运动是初速度为零 、加速度为 g 的匀加速 直线运动,它只是匀变速直线运动的特例.二、自由落体加速度重力加速度又叫自由落体加速度,通常用 g来表示,其方向总是竖直向下的,在同一地点,一切物体的重力加速度都相同.在不同地理位置处的重力加速度一般不同,赤道上物体的重力加速度最小;南北极处重力加2 2速度最大;一般的计算中,可以取 g=9.8 m/s 或 g=10 m/s .测量自由落体加速度的方法(1)利用打点计时器:如图 1甲所示的实验装置,用手捏住纸带上端把纸带拉成竖直状态,并使重物停在靠近打点计时器处.先接通电源,再松开纸带让重物自由下落,打点计时器在纸带上打下一系列的点.图 1 图 2xn+xn+1①由 vn= 求出各点的瞬时速度,作出 v-t图象一条过原点的倾斜直线,斜率表示加速度.2T2②由位移差公式 Δx=aT 计算加速度.(2)利用频闪照相:频闪照相可以每隔相等的时间拍摄一次.利用频闪照相可追踪记录做自由落体运动的物体在各个时刻的位置(如图 2为一小球做自由落体运动的频闪照片).类比打点计时器进行数据处理.2典例分析例 1.关于自由落体运动和自由落体加速度,下列说法正确的是( )2A.重力加速度 g是标量,只有大小,没有方向,通常 g取 9.8m/sB.在地面上的不同地方,g的大小不同,但相差不是很大C.地球上的同一地点,一切物体做自由落体运动的加速度都相同D.自由落体运动的初速度为零【解析】BCD例 2.某同学用如图甲所示装置测量自由落体加速度 g,得到如图乙所示的一段纸带,他每两个点取一个计数点(已知交流电频率为 50 Hz),测得 AB=7.65 cm,BC=9.17 cm.则打 B点时重物的瞬时速度为________2m/s,测得的自由落体加速度 g=________ m/s,它比真实值偏________(选填“大”或“小”).(结果均保留两位有效数字)hAC 2 2【解析】vB= ≈2.1 m/s,由 hBC-hAB=gt 可得 g=9.5 m/s,比真实值偏小.tAC举一反三1.某科技馆有一个展品,该展品放在较暗处,有一个不断均匀滴水的水龙头(刚滴出的水滴速度为零),在平行光源的照射下,只要耐心地、缓慢地调节水滴下落的时间间隔,在适当的情况下参观者可以观察到一种奇特的现象:水滴好像都静止在各自的位置不动(如图中的 A、B、C、D 所示,刻度尺上的单位是 cm)。g 取 102m/s ,要想出现这一现象,所用光源应满足的条件是 ( )A.持续发光的光源B.间歇发光,间隔时间为 1.6sC.间歇发光,间隔时间为 0.14sD.间歇发光,间隔时间为 0.2s【解析】根据 hCD-hBC=gT2,T=≈0.14s。只要发光的时间间隔是 T的整数倍,就可以看到上述现象,选 C。3知识要点二:自由落体运动的基本规律一、自由落体运动的基本规律(1)速度公式:v=gt.1 2(2)位移公式:h= gt .2(3)速度位移公式:v2=2gh.匀变速直线运动的其他规律,如平均速度公式、位移差公式、初速度为零的规律均适用于自由落体运动.注意:若分析自由落体运动过程中的一段,则该过程是初速度不为零的匀变速直线运动,相应的速度公式和1位移公式分别为 v=v0+gt、h=v0t+ gt2.2二、伽利略对自由落体运动的研究亚里士多德的观点:物体下落的快慢是由它们的重量决定的.伽利略采用了间接验证的方法,让小球从斜面上的不同位置滚下,测出小球从不同起点滚动的位移 x 和所t 2用时间 . 通过数学推理得出对于初速度为 0的匀变速直线运动应有 x∝t .结果表明:小球沿斜面滚下的运动的确是匀加速直线运动,只要斜面的倾角一定,小球的加速度都是相同的.增大斜面的倾角,小球的加速度随斜面倾角的增大而变大.合理外推:伽利略将斜面倾角外推到 90°时的情况,小球的运动就成为自由下落,伽利略认为小球仍会做匀变速直线运动.伽利略研究自由落体运动时采用了研究自然规律的常用方法:抽象思维、数学推理和科学实验相结合.典例分析2例 1.从离地面 500 m的空中自由落下一个小球,取 g=10 m/s ,求小球:(1)落到地面所用的时间;(2)自开始下落计时,在第 1 s内的位移、最后 1 s内的位移.1 2 2x 2×500【解析】 (1)由 x= gt ,得落地所用时间: t= = s=10 s2 g 101 2 1 2(2)第 1 s内的位移: x1= gt1= ×10×1 m=5m2 21 2 1 2因为从开始运动起前 9 s内的位移为 x9= gt9= ×10×9 m=405m2 2所以最后 1 s内的位移为Δx=x-x9=500 m-405 m=95m.4例 2.如图所示,悬挂的直杆 AB 长为 Ll,在其下 L2处,有一长为 L3的无底圆筒 CD,若将悬线剪断,则直杆穿过圆筒所用的时间为多少 例 3.伽利略对自由落体运动的研究,是科学实验和逻辑思维的完美结合,如图所示,可大致表示其实验和思维的过程,对这一过程的分析,下列说法正确的是( )A.其中甲图是实验现象,丁图是经过合理的外推得到的结论B.其中丁图是实验现象,甲图是经过合理的外推得到的结论C.运用甲图的实验,可“冲淡”重力的作用,使实验现象更明显D.运用丁图的实验,可“放大”重力的作用,使实验现象更明显【解析】甲图是实验的现象,然后将斜面倾角进行加大,再进行合理的外推,丁图是经过合理外推得到的结论;运用甲图的实验,可“冲淡”重力的作用,使实验现象更明显,故选项 A、C正确,B、D错误。举一反三1.一个物体从 H 高处自由下落,经过最后 196m 所用的时间是 4s,求物体下落 H 高所用的总时间 T 和高度2H是多少?(空气阻力不计,g取 9.8m/s )1 2 1 2【解析】根据自由落体公式:H= gT;最后 t=4s下落高度 h=196m,有 H-h= g(T-t)2 21 2 1 2由上两式得 h=gTt- gt , 解得 T=7s,H= gT ="240.1" m.2 252.一矿井深 45米,在井口每隔一定时间自由落下一个小球,当第 7个小球从井口开始下落时,第一个小球2恰好落至井底,问:(g取 10m/s )(1)相邻两个小球下落的时间间隔是多少?(2)这时第 3个小球和第 5个小球相距多远?【解析】(1)画图,用自由落体求得小球下落的总时间为 3s,相邻两个小球下落的时间间隔为 0.5s(2)第三个小球下落高度为 20m,第 5个小球下落高度为 5m,相距 15m。3.从足够高处先后让两个钢球自由下落,两球间用长为 9.8米的细绳连结.第一个球下落 1秒钟后第二个球开始下落.不计空间阻力及绳的质量,试求在第二个球开始下落后多长的时间,连结两球的细绳刚好被拉2直 (g取 9.8m/s)【解析】注意每一时刻的速度都不同,列式可以发现两球的速度差是一个定值(因为加速度相同),而且列两个公式时注意两者时间的差别,或者初位置的差别,解得 t=0.5s。知识要点三:竖直上抛作用规律速度公式:v=______.位移公式:h=______________.速度—位移关系式:__________=-2gh.上升的最大高度:h=__________.上升到最大高度用时:t=__________.上升和下降过程中同一点的速度大小相同方向相反竖直上抛运动处理方法:1.分段法:上升阶段:初速度为 v0加速度为 –g的匀减速直线运动;最高点:v=0,a=-g;下落过程:自由落地运动。2.整体法:因为全过程的加速度大小方向都不变,可将全过程看作以初速度 v0,加速度为-g 的匀变速直线运动,列出一般匀变速直线运动关系式,但必须注意矢量性。一般选择 v0 方向为正方向;抛出点为参考点与计时零点。6典例分析例 1.从地面竖直上抛物体 A,同时在离地面某一高度处有一物体 B自由下落,两物体在空中同时到达同一高度时速度大小均为 v,则下列说法正确的是 ( )A.两物体在空中运动的时间相等B.A上升的最大高度大于 B开始下落时的高度C.A上抛的初速度与 B落地时速度大小相等,都是 2vD.两物体在空中同时达到的同一高度处一定是 B开始下落时高度的中点【解析】同一高度速度相同,则相遇点到最高点是一个互逆过程,下落和上抛的整个过程也是互逆过程,则相遇点即为这两个过程的时间中点,选 C例 2.一个以 40m/s匀速竖直上升的氢气球,在某时从气球上掉下一个重物,已知重物掉时距离地面的高度为 100m,问,此重物从氢气球上掉下后,要经过多长时间返回地面?【解析】画轨迹图,重物从气球上掉下时,做竖直上抛运动,而并非自由落体运动。解法一:分段法,上升阶段从初速度减为零,时间 t1=4s ,上升最大高度为 80m;下降阶段注意下落高度,从距离地面 180m的位置开始做自由落体运动,时间 t2=6s1 2解法二:整体法,取竖直向上为正方向,则 v0=40m/s,整个过程位移 h=-100m,代入到 h=v0t+ gt ,得2,解得: 或 (舍)总结:应用整体法,求解过程简单,但应用时要注意矢量性;应用分段法,物理情景明了,容易理解。举一反三1.在某一高度以 v0=20 m/s 的初速度竖直上抛一个小球(不计空气阻力),当小球速度大小为 10 m/s 时,2以下判断正确的是(g取 10 m/s ) ( )A.小球在这段时间内的平均速度大小可能为 15 m/s,方向向上B.小球在这段时间内的平均速度大小可能为 5 m/s,方向向下C.小球在这段时间内的平均速度大小可能为 5 m/s,方向向上D.小球的位移大小一定是 15 m【解析】ACD7课堂闯关 正确率:※温馨提示:学生完成题目后,提醒学生给做错的题标星级,星级标准为:简单-“☆”;中等- “☆☆”;较难- “☆☆☆”。1.关于自由落体运动,下列说法正确的是 ( )A.某段时间的平均速度等于初速度与末速度和的一半B.某段位移的平均速度等于初速度与末速度和的一半C.在任何相等时间内速度变化相同D.在任何相等时间内位移变化相同【解析】ABC2.自由落体运动在任何两个相邻的 1s内,位移的增量为 ( )A.1m B.5m C.10m D.不能确定【解析】C3.甲物体的重量比乙物体大 5 倍,甲从 H 高处自由落下,乙从 2H 高处与甲物体同时自由落下,在它们落地之前,下列说法中正确的是( )A.两物体下落过程中,在同一时刻甲的速度比乙的速度大B.下落 1s末,它们的速度相同C.各自下落 1m时,它们的速度相同D.下落过程中甲的加速度比乙的加速度大【解析】BC4.一物体自空中的 A点以一定的初速度竖直向上抛出,1 s 后物体的速率变为 10 m/s,则此时物体的位置g 2和速度方向可能是(不计空气阻力, 取 10 m/s )( )A.在 A点上方,速度方向向下B.在 A点下方,速度方向向下C.在 A点上方,速度方向向上D.在 A点下方,速度方向向上【解析】C85.从某高处释放一粒小石子,经过 1s从同一地点再释放另一粒小石子,则在它们落地之前,两粒石子间的距离将( )A.保持不变 B.不断增大 C.不断减小 D.有时增大,有时减小【解析】B6.小球从空中某处从静止开始自由下落,与水平地面碰撞后上升到空中某一高度处,此过程中小球速度随时间变化的关系如图所示,则( )A.在下落和上升两个过程中,小球的加速度不同B.小球开始下落处离地面的高度为 0.8 mC.整个过程中小球的位移为 1.0 mD.整个过程中小球的平均速度大小为 2 m/s【解析】B27.物体以 20 m/s的初速度做竖直上抛运动,空气阻力忽略不计,g取 10 m/s ,则( )A.物体上升的最大高度为 40 mB.经 2 s物体上升到最高点C.物体上升阶段的平均速度为 10 m/sD.抛出后 1 s末物体位于抛出点和最高点的中间位置【解析】BC8.登上月球的宇航员利用频闪仪(频率为每秒 20次)给自由下落的小球拍照,所拍的闪光照片如图所示,则2月球表面的重力加速度为________ m/s (保留两位有效数字).【解析】由 O到 F,每两个相邻位置间的距离依次记为 x1、x2、x3、x4、x5、x6,根据逐差法有,x6+x5+x4 - x3+x2+x1小球的加速度为 a= 2 ,其中 T=0.05s,x6+x5+x4=5.40 cm,x1+9Tx 22+x3=1.80 cm,代入数据得 a=1.6 m/s .9. 2一个物体从 45m高的地方自由下落,落地时的速度是多大?最后 1s内的位移是多大?(g 取 10 m/s )2【解析】由 v =2gh得物体到达地面时的速度 v=30m/s2 2物体下落最后 1s内的运动可看作物体做竖直上抛运动,h'=vt-gt =30×1 m-×10×1 m=25 m。910.A、B 两球先后从空中同一点释放做自由落体运动,释放两球的时间间隔为 Δt=1s,在某时刻 A、B 两球s= 2相距 15 m,两球均没着地。求:(g取 10 m/s )(1)此时 A球距释放点的距离 h;(2)此时 B球速度大小 v。【解析】(1)设 A球已下落的时间为 t,则 B球已下落(t-1s)1 2经过 t时间 A球下落的距离 h= gt21 2 1 2在 t时刻 A、B两球间距离满足关系 gt - g(t-1s) =s2 2联立解得 h=20 m,t=2 s。(2)此时 B球的速度 v=g(t-1s)=10 m/s。11.水滴从高层楼房上某一点自由下落,经过楼下一个高为 2.95m 的广告牌所用的时间恰是 0.1s.求水滴2开始自由下落的那一点距广告牌的上边缘的竖直高度是多少米 (g取 10m/s)【解析】先求出广告中间的平均速度 =29.5m/s,由此可得到达广告牌上边缘的时间为 2.9s 速度为 29m/s,再由自由落体的两个公式均可求出高度 h=42.05m12.在竖直的井底,将一物块以 11m/s的速度竖直向上抛出,物体冲过井口时被人接住,在被人接住前 12s内物体的位移是 4 m,方向向上,不计空气阻力,g取 10 m/s ,求:(1)物体从抛出到被人接住所经历的时间;(2)此竖直井的深度.1 2【解析】(1)设接住前 1s时的速度为 v1,由竖直上抛运动规律有 s=v1t- gt2解得 v1=9m/s。 接住前的运动时间为 t1=0.2s从抛出到被人接住所经历的时间 t=t1+1 s=1.2 s.1 2(2)竖直井的深度 H=v0t- gt =6m.210自我挑战 建议用时:30min1.关于伽利略对自由落体运动的研究,下列说法中正确的是( )A.运用“归谬法”否定了亚里士多德的“重的物体下落快、轻的物体下落慢”的论断B.提出“自由落体”是一种最简单的直线运动——匀速直线运动C.通过实验外推出:斜面倾角为 90°时,物体做自由落体运动,且加速度的大小跟质量无关D.总体的思维过程是:对现象观察研究→提出假说→逻辑推理→实验检验→对假说进行修正和推广【解析】ACD2.关于自由落体运动,下列说法正确的是( )A.自由落体运动是一种匀速直线运动B.在同一地点,轻重不同的物体的 g值一样大C.物体的质量越大,下落时加速度就越大2D.当地重力加速度为 9.8 m/s ,则物体在该处自由下落的过程中,每秒速度都增加 9.8m/s【解析】BDt3.一物体从 H高处自由下落,经时间 t落地,则当它下落 时,离地的高度为( )2H H 3H 3HA. B. C. D.2 4 4 2【解析】C4.甲、乙两物体分别从 10m和 20m高处同时自由落下,不计空气阻力,下面描述正确的是( )A.落地时甲的速度是乙的 1/2 B.落地的时间甲是乙的 2倍C.下落 1s时甲的速度与乙的速度相同 D.甲、乙两物体在最后 1s内下落的高度相等【解析】C5.某中学生身高 1.70 m,在学校运动会上参加跳高比赛,采用背跃式,身体横着越过 2.10m的横杆,获得了冠军,据此可以估算出他跳起时竖直向上的速度为( )A.7 m/s B.6 m/s C.5 m/s D.3 m/s【解析】C116.物体从距地面某高处开始做自由落体运动,若下落前一半路程所用的时间为 t,则物体下落全程所用的时间为 ( )A.√2t B.4t C.2t D.2√2t【解析】A7.将甲乙两小球先后以同样的速度在距地面不同高度处竖直向上抛出,抛出时间间隔为 2s,他们运动的图像分别如直线甲、乙所示。则( )A.t=2s时,两球的高度差一定为 40mB.t=4s时,两球相对于各自抛出点的位移相等C.两球从抛出至落地到地面所用的时间间隔相等D.甲球从抛出至达到最高点的时间间隔与乙球的不相等【解析】B28.某物体以 30 m/s的初速度竖直上抛,不计空气阻力,g取 10 m/s,则 5 s内物体的( )A.路程为 65 mB.位移大小为 25 m,方向向上C.速度改变量的大小为 10 m/sD.平均速度大小为 13 m/s,方向向上【解析】AB9. 一小球竖直向上抛出,先后经过抛出点的上方 h=5m处的时间间隔Δt=2s,则小球的初速度 v0为多少?小球从抛出到返回原处所经历的时间是多少?【解析】根据题意,画出小球运动的情景图.小球先后经过 A点的时间间隔Δt=2 s,根据竖直上抛运动的 对称性,小球从 A点到最高点的时间 t1= =1 s,小球在 A点处的速度 vA=gt1=10m/s;2在 OA段有 v 2 2A -vO =-2gs,解得 v0=10√2m/s;小球从 O点上抛到 A点的时间 t2=(√2-1)s;根据对称性,小球从抛出到返回原处所经历的总时间:t=2(t1+t2)=2√2s.1210.屋檐每隔一定时间就滴下一滴水,当第 5 滴正欲滴下时,第 1 滴刚好落到地面,而第 3 滴与第 2 滴分别位于高 1m的窗子的上,下沿,问:2(1)此屋檐离地面多高? (2)滴水的时间间隔是多少?(g取 10m/s)【解析】如图所示,如果将这 5滴水的运动等效为一滴水的自由落体,并且将这一滴水运动的全过程分成时间相等的 4段,设每段时间间隔为 T,则这一滴水在 0时刻、Ts末、2Ts末、 3Ts末、4Ts末所处的位置,分别对应图示第 5滴水、第 4滴水、第 3滴水、第 2滴水、第 1滴水所处的位置,据此可作出解答。设屋檐离地面高为 x,滴水间隔为 T,由 得第 2滴水的位移 ①第 3滴水的位移 ②又因为 x2-x3=1 m ③所以联立①②③,解得 T=0.2 s屋檐高11.跳伞运动员做低空跳伞表演,他离开飞机后先做自由落体运动.当距离地面 125 m时打开降落伞,伞张2 2开后运动员就以 14.3 m/s 的加速度做匀减速直线运动,到达地面时的速度为 5 m/s,取 g=10 m/s .求:(1)运动员离开飞机时距地面的高度为多少?(2)离开飞机后,运动员经过多长时间才能到达地面?【解析】(1)设自由下落的高度为 h,则此时速度为 v1= 2gh2 2 2打开伞减速过程满足:v2-v1=2ah′式中 v2=5 m/s,a=-14.3 m/s ,h′=125 m解得 h=180 m 所以总高度为:H=h+h′=(180+125) m=305 m2h(2)第一过程经过的时间是:t1= =6 sgv2-v1 5-60第二过程经过的时间是:t2= = s≈3.85 sa -14.3所以总时间为 t=t1+t2=9.85 s13第六讲、自由落体运动的研究温故知新初速度为零的匀加速直线运动初速度vw=0时,匀变速直线运动的四个基本公式:v=at,1=2at,水女v-2ax.初速度为零的匀变速直线运动的几个特殊规律:(设t为等分时间间隔)(1)1t末、2t末、3t末、…、nt末瞬时速度之比为h:吃::…:%=1:2:3::n(2)1t内、2t内、3t内、…、nt内位移之比为S:::…:s=1:2:3::n(3)在连续相等的时间间隔内的位移之比为s1:sm:s跏:…:s=1:3:5::(2n-1)(4)通过1s、2s、3s、…、ns的位移所用的时间之比为t:2:ta:…:t=1:V2:V3:…:V元(⑤)经过连续相同位移所用时间之比为t1:tm:t加:…:t=1:(V2-1):(3-V2)::(V元-Vn-1)物体以初速度v匀减速到零的物理问题,可以用逆向思维,把这个物理过程看作初速度为零的匀加速运动,因为逆向过程计算,计算结果时注意时间与速度、位移的对应。物体从静止开始先做匀加速后做匀减速到速度为零的物理问题,可以用平均速度法解决,两个过程的平均速度均为最大速度的一半。或者速度位移公式分两个过程计算。知识导图自由落体运动的定义、测重力加速度自由落体运动的研究自由落体运动的基本规律运用用对称法、逆向思维解决上抛问题1知识点一、自由落体运动一、自由落体运动1.定义:自由落体运动是物体只在重力作用下从静止开始下落的运动.2.物体做自由落体运动的条件:(1)只受:(2)初速度=一在实际中,物体下落时由于受空气阻力的作用,并不做自由落体运动,只有当空气阻力重力时,物体由静止开始的下落才可看做自由落体运动,3,自由落体运动的实质:自由落体运动是初速度为、加速度为的直线运动,它只是匀变速直线运动的特例二、自由落体加速度重力加速度又叫自由落体加速度,通常用g来表示,其方向总是的,在同一地点,一切物体的重力加速度都·在不同地理位置处的重力加速度一般不同,赤道上物体的重力加速度南北极处重力加速度;一般的计算中,可以取g=一m/s或g=一m/s:测量自由落体加速度的方法:(1)利用打点计时器:如图1甲所示的实验装置,用手捏住纸带上端把纸带拉成竖直状态,并使重物停在靠近打点计时器处.先接通电源,再松开纸带让重物自由下落,打点计时器在纸带上打下一系列的点,纸带4*…宁夹了重锤3ǒ2-1o.1甲图1图2①由=十求出各点的瞬时速度,作出,一t图象一条过原点的倾斜直线,斜率表示加速度。2T②由位移差公式△x=aT计算加速度.(2)利用频闪照相:频闪照相可以每隔相等的时间拍摄一次.利用频闪照相可追踪记录做自由落体运动的物体在各个时刻的位置(如图2为一小球做自由落体运动的频闪照片),类比打点计时器进行数据处理, 展开更多...... 收起↑ 资源列表 第6讲 自由落体运动的研究 学生版.pdf 第6讲 自由落体运动的研究 教师版.pdf