高一物理自由落体运动及其规律;竖直上抛运动及其规律北师大版
【本讲教育信息 】
一 . 教学内容: 1. 自由落体运动及其规律;
2.
竖直上抛运动及其规律;
二 . 知识总结归纳: 1.
物体自由下落时的运动规律: ( 1)是竖直向下的直线运动;
( 2)如果不考虑空气阻力的作用,不同轻、重的物体下落的快慢是相同的。 2.
自由落体运动
( 1)定义:物体只在重力作用下从静止开始下落的运动。
( 2)自由落体运动的加速度为g :
在同一地点, 一切物体在自由落体运动中的加速度都相同,
这个加速度称重力加速度
g 。
g 方向竖直向下,大小随不同地点而略有变化,在地球表面上赤道最小、两极最大,还随高 度的不同而变化,高度越高 g 越小。在通常的计算中,地面上的 g 取 9.8m/s 2,粗略的计算 中,还可以把 g 取做 10m/s 2。
( 3)自由落体运动的规律: (是初速为零加速度为
g 的匀加速直线运动) :
v
gt , h
1
gt 2 ,v 2
gh ,v v t / 2 。 t
2
t
2
3. 竖直上抛运动
定义:将物体以一定的初速度沿竖直方向向上抛出去,物体只在重力作用下的运动。
特点:是加速度为- g (取竖直向上方向为正方向)的匀变速直线运动, 运动到最高点时, v=0,a=- g 。分析方法及规律:
( 1)分段分析法:
①上升过程:匀减速运动, v t
v 0 gt ,s v 0 t
1
gt 2 。
2
(取竖直向上方向为正方向)
②下落过程:自由落体运动, v t
gt , s
1
gt 2 。
2
(取竖直向下方向为正方向)
( 2)整过程分析法:全过程是加速度为-
g (取竖直向上方向为正方向)的匀变速
直线运动, v t v 0 gt ,s v 0 t
1
gt 2 。应用此两式解题时要特别注意 s 、v 正
负, s 为正值表示质点在抛出点的上方, 2
s 为负值表示质点在抛出点的下方, v 为正值,表
示质点向上运动, v 为负值,表示质点向下运动。由同一位移
s 求出的 t 、 v t 可能有两解,
要注意分清其意义。
(3) 几个推论:能上升的最大高度
h m v 02 / 2g ;上升到最大高度所需时间 t
=v 0 /g ;下落过程是上升过程的逆过程,所以质点在通过同一高度位置时,上升速度与下落
速度大小相等,物体在通过同一段高度过程中,上升时间与下落时间相等。
【典型例题】
例 1.甲物体的重力比乙物体的重力大 5 倍,甲从H 米高处自由落下,乙从2H 米高处同时自由落下,下面几种说法正确的是:(H 足够大)
A.两物体下落过程中,同一时刻甲的速率比乙的大;
B.下落 1s 末,它们的速度相等;
C.各自下落 1m它们的速度相等;
D.下落过程中甲的加速度比乙的大。
解析:物体自由下落,只受重力,加速度都是g,与质量无关,故 D 错,由 v t =gt 知,A错 B对,再由 v t2 2 gs知 C正确,故正确答案是B、 C。
例 2. 一物体从高处 A 点自由落下,经 B 点到 C 点,已知 B 点的速度是 C点速度的 3/4 ,BC间距离
是7m,则 AC间距离是 ___________m。( g=10m/s2)。
解析:设 C 点速度 v C,则:
h
AC v C2
①2g
h AB( 3
v C ) 2 / 2 g②
4
7m h AC h AB③
联立①②③可得h AC=16m。
例 3. 一物体从离地 H 高处自由下落 x 时,物体的速度恰好是着地时速度的一半,则它落下的位移 x 等于 ___________。
解析:设落地速度大小为 v,则:
v 2
H①
2g
( v )2
2
x②
2g
联立①②两式可得 x H 4
例 4. 竖直悬挂一根 15m长的杆,在杆的正下方距杆下端 5m处有一观察点 A,让杆自由落下。求杆全部通过 A 点需多少秒?( g=10m/s2)
解析:杆下落至 A 点时间 t 1,则:
512①
m2gt1
杆从静止释放到完全通过A点时间 t 2,则:
20 1 2
②
m 2 gt 2
所以杆通过 A 点的时间为 t
t 2 t 1 1s 。
例 5. 在 12m 高的塔上,以一定初速度竖直向上抛出一物体,经 2s 到达地面,则物体抛
出时的速度多大?物体上升的最大高度是多少(离地面高度)?
g=10m/s 2 。
解析: 把物体上升和下落看成一个全过程,根据位移公式
2
/2 ,依题意得
s=v 0t - gt
s
12m , t 2s ,故应有:
12
v 0 × 2 10× 22 / 2
∴ v 0
4( m / s)
物体由抛出到最高点时 v t 0,由 v t 2
v 0 2
2gs 知
s v
2
/ 2g 42
/ (2×10) 0.8(m
),
∴物体离地的最大高度 H=0.8+12=12.8(m) 。
(本题分上升、下落两过程处理也可以)
可见,处理竖直上抛运动问题,关键是注意
s 、 v t 的正、负号及其意义。
例 6. 一跳水运动员从离水面 10m 高的平台上向上跃起,举双臂直体离开台面。此时其重
心位于从手到脚全长的中点。 跃起后重心升高 0.45m 达到最高点。 落水时身体竖直, 手先入
水。(在此过程中运动员水平方向的运动忽略不计。 )从离开跳台到手触水面, 他可用于完成
空中动作的时间是 _________s 。(计算时,可以把运动员看作全部质量集中在重心的一个质
点。 g 取为 10m/s 2,结果保留二位数字。 )
解析: 运动员上升高度 h =0.45m ,上升时间 t
1
。
1
下落高度 H=10.45m ,全程下落时间 t 2,
由竖直上抛运动的对称性,上升高度
h 1 的时间等于下落高度
h 1 的时间,则:
h
1 gt
2 ①
1
2 1
又因为:
H
1
gt 22
②
2
联立①②可得可完成动作的总时间
t
t 1 t 2 0.3 2.09≈ 17. s
【模拟试题】
1.
物体由屋顶自由下落,经过最后2m 所用时间是 0.15s ,则屋顶高度约为:
A. 10m
B. 12m
C. 14m
D. 15m
2. 甲物体的重力是乙物体的 3 倍,它们在同一高度处同时自由下落,则下列说法中正确的是:
A.甲比乙先着地
B.甲比乙的加速度大
C.甲、乙同时着地
D.无法确定谁先着地
3.为了求得楼房的高度,在不计空气阻力的情况下,让一个石块从楼顶自由落下,测出
下列哪个物理量就能计算出楼房的高度
A.石块下落到地面的总时间
B.石块落地前的瞬时速度
C.石块落地前最后 1s 内的位移
D.石块通过最后 1m位移的时间
4.从高处释放一粒小石子,经过 1s,从同一地点再释放一粒小石子,在落地之前,两粒石
子之间的距离:
A.保持不变
B.不断增大
C.不断减小
D.有时增大,有时减小
5.在竖直上抛运动中,当物体到达最高点时:
A.速度不为零,加速度为零
B.速度为零,加速度不为零
C.有向下的速度和加速度
D.物体处于平衡状态
6.气球吊着物体匀速上升到某一高度时,吊着物体的绳子断了,则在绳断的瞬间物体将
具有:
A.重力加速度 g,没有速度
B.有向上的速度,而加速度为零
C.有向上的速度和向下的加速度
D.物体将作自由落体运动
7. 将甲、乙两物体从同一地点,同一时刻竖直上抛, A 的初速是 B 的两倍,则它们上升
的最大高度之比是:
A. 1:2
B.1 :4
C. 1:1
D.4:1
8.v - t 图象如图 1 所示,表示物体作竖直上抛的是:
图 1
9. 竖直上抛的物体,初速度是30m/s,经过 2s 产生的位移是多少?路程是多少?经过4s 产生的位移是多少?路程是多少?(空气阻力不计,g=10m/s2)
10.一个竖直上抛的物体经 4s 落回原处,则经 2s 物体的速度是多少?位移是多少?路程
是多少?经过3s 速度是多少?位移是多少?路程是多少?(g=10m/s2)
11. 在某市区内,一辆小汽车在公路上以速度v1向东行驶,一位观光游客正由南向北从
斑马线上横过马路。汽车司机发现游客途经 D 处时经过0.7s 作出反应紧急刹车(此时汽车运动到了 A 点),但仍将正步行至 B 处的游客撞伤,该汽车最终在 C 处停下,如图 2 所示。为了判断汽车是否超速行驶以及游客横穿马路是否过快,警方派一警车以法定最高速度
v
max 14.0m / s行驶在同一马路的同一地段,在肇事汽车的起始制动
点 A 紧急刹车,经过
14.0m后停下来,在事故现场测量得AB17.5m, BC14.0m, BD 2.6m 。肇事汽车刹车性能良好(可认为警车与肇事汽车刹车时加速度均相同),问:
图 2
①该肇事汽车的初速度v1是多大?
②游客横穿马路的速度是多大?
【试题答案】
1. A
2. C
3.ABCD
4. B
5. B
6. C
7.D
8. D
9.40m ,40m, 40m, 50m
10.0 , 20m, 20m,- 10m/s, 15m,25m
11.① 21m/s;② 1.53m/s 。