(新高考)高考物理一轮复习课件第1章第3讲《自由落体运动和竖直上抛运动 多过程问题》(含解析)
展开第3讲 自由落体运动和竖直上 抛运动 多过程问题
1.掌握自由落体运动和竖直上抛运动的特点,知道竖直上抛运动的对称性.2.能灵活处理多过程问题.
自由落体运动(1)运动特点:初速度为 ,加速度为 的匀加速直线运动.(2)基本规律:①速度与时间的关系式:v= .②位移与时间的关系式:x=_____.③速度与位移的关系式:v2= .
(3)方法技巧:①比例法等初速度为0的匀变速直线运动规律都适用.②Δv=gΔt.相同时间内,竖直方向速度变化量 .③位移差公式:Δh=gT2.
1.重的物体总是比轻的物体下落得快.( )2.同一地点,轻重不同的物体的g值一样大.( )3.自由落体加速度的方向垂直地面向下.( )4.做自由落体运动的物体在1 s内速度增加约9.8 m/s.( )
例1 如图所示木杆长5 m,上端固定在某一点,由静止放开后让它自由落下(不计空气阻力),木杆通过悬点正下方20 m处的圆筒AB,圆筒AB长为5 m,取g=10 m/s2,求:(1)木杆通过圆筒的上端A所用的时间t1;
考向1 自由落体运动基本公式的应用
木杆由静止开始做自由落体运动,设木杆的下端到达圆筒上端A所用的时间为t下A
h下A=20 m-5 m=15 m
设木杆的上端到达圆筒上端A所用的时间为t上A
解得t上A=2 s则木杆通过圆筒上端A所用的时间
(2)木杆通过圆筒AB所用的时间t2.
设木杆的上端到达圆筒下端B所用的时间为t上B
h上B=20 m+5 m=25 m
例2 一石块从楼房阳台边缘做自由落体运动,到达地面,若把它在空中运动的距离分为相等的三段,如果它在第一段距离内所用的时间是1 s,则它在第三段距离内所用的时间是(g取10 m/s2)
考向2 自由落体运动中的“比例关系”问题
例3 从高度为125 m的塔顶先后自由释放a、b两球,自由释放这两个球的时间差为1 s,g取10 m/s2,不计空气阻力,以下判断正确的是A.b球下落高度为20 m时,a球的速度大小为20 m/sB.a球接触地面瞬间,b球离地高度为45 mC.在a球接触地面之前,两球保持相对静止D.在a球接触地面之前,两球离地的高度差恒定
考向3 自由落体运动中的“两物体先后下落”问题
由自由落体的规律可得,在a球接触地面之前,两球的速度差恒定,两球离地的高度差变大,故C、D错误.
竖直上抛运动(1)运动特点:初速度方向竖直向上,加速度为g,上升阶段做匀减速运动,下降阶段做 运动.(2)基本规律①速度与时间的关系式: ;
1.物体做竖直上抛运动,速度为负值时,位移也一定为负值.( )2.做竖直上抛运动的物体,在上升过程中,速度变化量方向是竖直向下的.( )
1.重要特性(如图)(1)对称性①时间对称:物体上升过程中从A→C所用时间tAC和下降过程中从C→A所用时间tCA相等,同理tAB=tBA.②速度对称:物体上升过程经过A点的速度与下降过程经过A点的速度大小相等.(2)多解性:当物体经过抛出点上方某个位置时,可能处于上升阶段,也可能处于下降阶段,造成多解,在解决问题时要注意这个特性.
例4 一个从地面上竖直上抛的物体,它两次经过一个较低点A的时间间隔是5 s,两次经过一个较高点B的时间间隔是3 s,则A、B之间的距离是(不计空气阻力,g=10 m/s2)A.80 m B.40 mC.20 m D.无法确定
考向1 竖直上抛运动的对称性
例5 (多选)从高为20 m的位置以20 m/s的初速度竖直上抛一物体,g取10 m/s2,当物体到抛出点距离为15 m时,所经历的时间可能是A.1 s B.2 sC.3 s D.(2+ ) s
考向2 竖直上抛运动的多解性
例6 (多选)如图所示,乙球静止于地面上,甲球位于乙球正上方h处,现从地面上竖直上抛乙球,初速度v0=10 m/s,同时让甲球自由下落,不计空气阻力.(取g=10 m/s2,甲、乙两球可看作质点)下列说法正确的是A.无论h为何值,甲、乙两球一定能在空中相遇B.当h=10 m时,乙球恰好在最高点与甲球相遇C.当h=15 m时,乙球能在下落过程中与甲球相遇D.当h<10 m时,乙球能在上升过程中与甲球相遇
考向3 竖直上抛和自由落体运动相遇问题
由于10 m
2.解题关键多运动过程的连接点的速度是联系两个运动过程的纽带,因此,对连接点速度的求解往往是解题的关键.
例7 在一次低空跳伞演练中,当直升机悬停在离地面224 m高处时,伞兵离开飞机做自由落体运动.运动一段时间后,打开降落伞,展伞后伞兵以12.5 m/s2的加速度匀减速下降.为了伞兵的安全,要求伞兵落地速度最大不得超过5 m/s.(g取10 m/s2)求:(1)伞兵展伞时,离地面的高度至少为多少;
设伞兵展伞时,离地面的高度至少为h,此时速度为v0,则有v2-v02=-2ahv02=2g(H-h)联立解得h=99 m,v0=50 m/s
(2)以5 m/s着地时相当于从多高处自由落下;
以5 m/s的速度落地相当于从h1高处自由落下
(3)伞兵在空中的最短时间为多少.
落地时速度刚好为5 m/s时在空中的时间最短.设加速时间为t1,减速时间为t2,
总时间为t=t1+t2=8.6 s.
例8 (2022·黑龙江牡丹江一中月考)一物体(可视为质点)以4 m/s的速度滑上光滑固定斜面,做加速度大小为2 m/s2的匀减速直线运动,经过一段时间后上滑到最高点C点速度恰好减为零,途经A、B两点,然后又以相同大小的加速度下滑到斜面底端D点,已知BC=25 cm,求:(1)物体第一次经过B点的速度;
答案 1 m/s,方向沿斜面向上
从B到C是匀减速直线运动,末速度为零,逆向思维,从C到B是初速度为零的匀加速直线运动,以沿斜面向下为正方向,加速度a1=2 m/s2,位移大小为xBC=25 cm=0.25 m
解得t1=0.5 s再根据速度-时间关系式,有v1=a1t1解得v1=1 m/s故第一次经过B点时速度大小为1 m/s,方向沿斜面向上
(2)物体由底端D点滑到B点所需要的时间.
答案 第一次滑到B点用时1.5 s,第二次滑到B点用时2.5 s
以沿斜面向上为正方向,对从D到B过程,由v1=v0+at
由对称性可知:tBC=tCB=t1=0.5 s则t′=t+2tBC=1.5 s+0.5×2 s=2.5 s.
1.伽利略为了研究自由落体的规律,将落体实验转化为著名的“斜面实验”,从而创造了一种科学研究的方法.利用斜面实验主要是考虑到实验时便于测量小球运动的A.速度 B.时间C.路程 D.加速度
2.(多选)物理图像能直观地反映物理量间的变化关系.关于自由落体运动的规律,下列各物理量的图像正确的是(g取10 m/s2)
根据速度与时间的关系式,有v=gt=10t∝t,故A正确,B错误;自由落体运动的加速度始终等于重力加速度g,故C正确;
3.一名宇航员在某星球上做自由落体运动实验,让一个质量为2 kg的小球从一定的高度自由下落,测得在第4 s内的位移是42 m,球仍在空中运动,则A.小球在2 s末的速度大小是16 m/sB.该星球上的重力加速度为12 m/s2C.小球在第4 s末的速度大小是42 m/sD.小球在0~4 s内的位移是80 m
小球在第4 s末的速度大小是v4=gt4=48 m/s,故C错误;
4.(多选)物体以初速度v0竖直上抛,经3 s到达最高点,空气阻力不计,g取10 m/s2,则下列说法正确的是A.物体的初速度v0为60 m/sB.物体上升的最大高度为45 mC.物体在第1 s内、第2 s内、第3 s内的平均速度之比为5∶3∶1D.物体在前1 s内、前2 s内、前3 s内的平均速度之比为9∶4∶1
v=v0-gt ②联立①②可得v0=30 m/s,h=45 m,故A错误,B正确;
6.两物体从不同高度自由下落,同时落地,第一个物体下落时间为t,第二个物体下落时间为 ,当第二个物体开始下落时,两物体相距(重力加速度为g)
7.(2022·辽宁省模拟)航天飞机在平直的跑道上降落,其减速过程可以简化为两个匀减速直线运动.航天飞机以水平速度v0=100 m/s着陆后,立即打开减速阻力伞,以大小为a1=4 m/s2的加速度做匀减速直线运动,一段时间后阻力伞脱离,航天飞机以大小为a2=2.5 m/s2的加速度做匀减速直线运动直至停下.已知两个匀减速直线运动滑行的总位移x=1 370 m.求:(1)第二个减速阶段航天飞机运动的初速度大小;
设第二个减速阶段航天飞机运动的初速度大小为v1,根据运动学公式有v02-v12=2a1x1,v12=2a2x2,x1+x2=x,联立以上各式并代入数据解得v1=40 m/s.
(2)航天飞机降落后滑行的总时间.
由速度与时间的关系可得v0=v1+a1t1,v1=a2t2,t=t1+t2,联立以上各式并代入数据解得t=31 s.
8.实验者从某砖墙的高处使一个石子自由落下,并且拍摄石子在空中的照片.由于石子的运动,它在照片上留下了一条模糊的径迹.已知每块砖的平均厚度为6 cm,使用的相机曝光时间为0.02 s,重力加速度g取10 m/s2.则可以估算出石子落到A点的速度大约为A.5.0 m/s B.6.0 m/s C.7.0 m/s D.8.0 m/s
9.屋檐离地面的高度为45 m,每隔相等时间滴下一滴水,当第7滴水刚滴下时,第一滴水恰好落到地面上,则第3滴水与第5滴水的高度差为A.5 m B.10 m C.15 m D.20 m
10.(多选)矿井中的升降机以5 m/s的速度竖直向上匀速运行,某时刻一螺钉从升降机底板松脱,经过3 s升降机底板上升至井口,此时松脱的螺钉刚好落到井底,不计空气阻力,取重力加速度g=10 m/s2,下列说法正确的是A.螺钉松脱后做自由落体运动B.矿井的深度为45 mC.螺钉落到井底时的速度大小为25 m/sD.螺钉随升降机从井底出发到落回井底共用时6 s
螺钉松脱时具有与升降机相同的向上的初速度,故螺钉脱落后做竖直上抛运动,选项A错误;取竖直向下为正方向,由运动学公式可得,螺钉自脱落至井底的位移h1=-v0t+ gt2=30 m,升降机这段时间的位移h2=v0t=15 m,故矿井的深度为h=h1+h2=45 m,选项B正确;螺钉落到井底时速度大小为v=-v0+gt=25 m/s,选项C正确;螺钉松脱前运动的位移为h1=v0t′,解得t′=6 s,所以螺钉运动的总时间为t+t′=9 s,选项D错误.
11.在某星球表面,t=0时刻小球以初速度v0开始做竖直上抛运动,取抛出位置位移x=0,以v0方向为正方向,则小球位移x随速度的平方v2变化的x-v2图像如图所示,下列说法正确的是A.小球的初速度为100 m/sB.小球位移x=5 m时对应的运动时间为2 sC.小球加速度与初速度方向相反D.图中m点坐标值为-7.2
t=0时x=0,由题图知v02=100 (m/s)2,所以小球的初速度v0=10 m/s,选项A错误;
12.某人从同一点P以相同的速度先后竖直向上抛出两小球A、B,两球的v-t图像分别如图中A、B所示,不计空气阻力,不考虑两球相撞,g取10 m/s2.下列说法正确的是A.B球上升0.15 m时和A球相遇B.若抛出两球的时间差合适,A球可以在上升过程中 和B相遇C.t=0.2 s和t=0.3 s时,两球的间距相等D.t=0到t=0.3 s,A球运动的平均速度大小为
由题图可知,小球初速度为v0=2 m/s,上升时间为t0=0.2 s,上升最大高度为H= =0.2 m,B球比A球晚Δt=0.1 s抛出.B球上升0.15 m时,有hB=v0tB- gtB2,代入数据解得tB=0.1 s或tB=0.3 s(舍去),则可知A球抛出时间为tA=tB+Δt=0.2 s,则可知此时A球上升到最大高度0.2 m处,故两球没有相遇,故A错误;因两球初速度相同,故A球不可能在上升过程中和B球相遇,故B错误;
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