专题04 自由落体与竖直上抛模型(原卷版)-2023-2024学年高中物理同步模型易点通人教版2019必修第一册).docx

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专题04自由落体与竖直上抛模型

模型一自由落体运动

一.自由落体运动

1.条件:物体只受重力,从静止开始下落。

2.运动性质:初速度为零、加速度为g的匀加速直线运动。

3.基本规律:

(1)速度与时间的关系式:v=gt。

(2)位移与时间的关系式:h=eq\f(1,2)gt2。

(3)速度位移关系式:v2=2gh。

二.自由落体运动的推论和比例

(1)两个推论:①逐差法Δh=gT2;②平均速度v=Δx/Δt=(v0+v)/2=vt/2

(2)两个比例:①相等时间位移之比1:3:5……;②相等位移时间之比1:(-1):(-)……

三.“由局部求整体”方法

t=?Ovt

t=?

O

v

t

Δt

g

Δh

g

Δt

Δh

方法二、基本公式法解得t.

方法三、中间时刻速度法 解得t.

方法四、平均速度法解得t.

模型二竖直上抛运动

1.运动特点:初速度方向竖直向上,加速度为g,上升阶段做匀减速直线运动,下降阶段做自由落体运动。

2.运动性质:匀变速直线运动。

3.基本规律

(1)速度与时间的关系式:v=v0-gt。

(2)位移与时间的关系式:x=v0t-eq\f(1,2)gt2。

4.竖直上抛运动的对称性(如图所示)

(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。

1.竖直上抛运动的研究方法:

分段法

上升阶段:a=g的匀减速直线运动

下降阶段:自由落体运动

全程法

初速度v0向上,加速度g向下的匀变速直线运动,v=v0-gt,h=v0t-eq\f(1,2)gt2(以竖直向上为正方向)

若v0,物体上升,若v0,物体下落

若h0,物体在抛出点上方,若h0,物体在抛出点下方

2.竖直上抛运动的多解性: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1】某校物理兴趣小组,为了了解高空坠物的危害,将一个鸡蛋从离地面20m高的高楼面由静止释放,下落途中用Δt=0.2s的时间通过一个窗口,窗口的高度为2m,忽略空气阻力的作用,重力加速度g取10m/s2,求:

(1)鸡蛋落地时的速度大小和落地前最后1s内的位移大小;

(2)高楼面离窗的上边框的高度。

【听课笔记】

【总结提升】

1.自由落体运动是初速度为零的匀加速直线运动,故初速度为零的匀加速直线运动的规律、比例关系及推论等规律都适用。

2.物体由静止开始的自由下落过程才是自由落体运动,从中间截取的一段运动过程不是自由落体运动,等效于竖直下抛运动,应该用初速度不为零的匀变速直线运动规律去解决此类问题。

【例2】(多选)从高度为125m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1s,g取10m/s2,不计空气阻力,以下说法正确的是()

A.b球下落高度为20m时,a球的速度大小为20m/s

B.a球接触地面瞬间,b球离地高度为45m

C.在a球接触地面之前,两球速度差恒定

D.在a球接触地面之前,两球离地的高度差恒定

【听课笔记】

【方法点拨】

自由落体运动中的两个物体先后从同一高度下落,两物体加速度相同,故先下落物体相对后下落物体做匀速直线运动,两者的距离随时间均匀增大。

【例3】为测试一物体的耐摔性,在离地25m高处,将其以20m/s的速度竖直向上抛出,重力加速度g=10m/s2,不计空气阻力,求:

(1)经过多长时间到达最高点;

(2)抛出后离地的最大高度是多少;

(3)经过多长时间回到抛出点;

(4)经过多长时间落到地面;

(5)经过多长时间离抛出点15m。

【例4】打弹弓是一款传统游戏,射弹花样繁多,燕子钻天是游戏的一种,如图所示,一表演者将弹丸竖直向上射出后,弹丸上升过程中在最初1s内上升的高度与最后1s内上升的高度之比为9∶1,不计空气阻力,重力加速度g=10m/s2,则弹丸在上升过程中最初1s内中间时刻的速度大小和上升的最大高度分别为()

A.45m/s125m B.45m/s75m

C.36m/s125m D.36m/s75m

一、单选题

1.某人在室内以窗户为背景摄影时,恰好把窗外从高处落下的一个小石子拍摄在照片中,已知本次摄影的曝光时间是s,测得照片中石子运动痕迹的长度为,窗框上下边在照片中的长度为,已知窗框上下边的实际长度为下列说法正确的是()

A.曝光时刻石子运动的速度为

B.曝光时刻石子运动的速度为100m/s

C.石子大约离窗户上沿下落

D.石子大约离窗户上沿下落

2.从距地面一定高度处自由释放一个小球(可视为质

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