1、五自由落体运动要点导学1物体只在_叫做自由落体运动。这种运动只在没有空气的空间里才能发生，我们所研究的自由落体运动是实际运动的一种抽象，是一种理想化的运动模型：忽略次要因素（空气阻力）、突出主要因素（重力）。生活中的很多落体问题，如果空气阻力的作用比较小，可以忽略，物体的下落也可以近似看作自由落体运动。因此，对生活中的落体运动进行理想化处理是有实际意义的。2自由落体运动的特点：物体仅受重力作用；初速度 v0=_，加速度 a=_，即初速度为零的匀加速直线运动。3 叫做自由落体加速度，也叫 ，通常用符号_表示。重力加速度 g 的方向总是_；g的大小随地点的不同而略有变化，在地球表面上赤道处重力加速
2、度最小，数值为_，南、北两极处重力加速度_，数值为_；g的大小还随高度的变化而变化，高度越大，g 值_。但这些差异并不是太大，在通常计算中，地面附近的 g 取 9.8m/s2，在粗略的计算中，g 还可以取 10m/s2。4自由落体运动是匀变速直线运动在 v0=0、a=g 时的一个特例,因此其运动规律可由匀变速直线运动的一般规律来推导。速度公式：v t=gt位移公式：h=gt 2/2速度与位移的关系式：v t2=2gh在应用自由落体运动的规律解题时，通常选取 方向为正方向。5重力加速度的测量研究自由落体运动通常有两种方法：用打点计时器研究自由落体运动和用频闪摄影法研究自由落体运动。研究的原理和过
3、程与前面对小车运动的研究相同，在对纸带或照片进行数据处理，计算物体运动的加速时，可以有下面两种方法：(1)图象法求重力加速度以打点计时器研究自由落体运动为例，对实验得到如图 2-4-1 所示的纸带进行研究。根据匀变速直线运动的一个推论：在一段时间 t 内的平均速度等于这段时间中间时刻的瞬时速度，有 v1=(x1+x2)/2T， v2=(x2+x3)/2T求出各计数点的瞬时速度后，由加速度的定义：a=v/t 计算出该物体做匀变速直线运动的加速度；或选好计时起点作 v-t 图象，图象的斜率即为该匀变速直线运动的加速度。(2)逐差法求重力加速度图 2-4-1 中 x1、x 2、x 3、x n 是相邻
4、两计数点间的距离 ,x 表示两个连续 Error! Reference source not found.相等的时间里的位移之差,即x 1= x2-x1, x2= x3-x2, T 是两相邻计数点间的时间间隔且 T=0.02n(n为两相邻计数点间的间隔数)。设物体做匀变速直线运动经过计数点 0 时的初速度为 v0，加速度为a，由位移公式得： x1= v0T+aT2/2，x 2= v1T+aT2/2，又因为 v1=v0+aT，所以 x= x2-x1= aT2。因为时间 T 是个恒量，物体的加速度 a 也是个恒量，因此，x 必然是个恒量。这表明，只要物体做匀变速直线运动，它在任意两个连续相等时间里
5、的位移之差就一定相等。根据 x4-x1= (x4-x3)+ (x3-x2)+ (x2-x1)=3aT2，可得：a1=(x4-x1)/3T2，同理可得： a2=(x5-x2)/3T2 ；a 3=(x6-x3)/3T2。加速度的平均值为：a=(a1+a2+a3)/3=(x4-x1)/3T2+(x5-x2)/3T2+(x6-x3)/3T2/3=( x4+x5+x6)- ( x1+x2+x3) /9T2这种计算加速度的方法叫做“逐差法”。如果不用此法，而用相邻的各 x 值之差计算加速度再求平均值可得：a=(x2-x1)/T2+(x3-x2)/T2+(x4-x3)/T2+(x5-x4)/T2+(x6-x
6、5)/T2/5=(x6-x1)/5T2比较可知，逐差法将 x1 到 x6 各实验数据都利用了，而后一种方法只用上了 x1 和 x6 两个实验数据，所以失去了多个数据正负偶然误差互相抵消的作用，算出的 a 值误差较大，因此实验中要采用逐差法。范例精析例 1：甲球的重力是乙球的 5 倍，甲、乙分别从高 H、2H 处同时自由落下（H 足够大），下列说法正确的是（ ）A同一时刻甲的速度比乙大B下落 1m 时，甲、乙的速度相同C下落过程中甲的加速度大小是乙的 5 倍D在自由下落的全过程，两球平均速度大小相等解析：甲、乙两球同时作初速度为零、加速度为 g 的直线运动，所以下落过程的任一时刻两者加速度相同、
7、速度相同，但整个过程中的平均速度等于末速度的一半，与下落高度有关。所以正确选项为 B。拓展：自由落体运动是匀加速直线运动的一个特例，其初速度为零、加速度为 g，g 的大小与重力大小无关。当问题指明（或有明显暗示）空气阻力不能忽略不计时，物体运动就不再是自由落体运动。例 2：水滴由屋檐自由下落，当它通过屋檐下高为 1.4m 的窗户时，用时 0.2s，不计空气阻力，g 取 10m/s2，求窗台下沿距屋檐的高度。解析：雨滴自由下落，由题意画出雨滴下落运动的示意图如图 2-4-2所示,利用自由落体运动的特点和图中的几何关系求解。如图 2-4-2 所示 h1=gt2/2h2=gt2/2t2=t1+0.2
8、sh2=h1+L由解得:g(t 1+0.2)2/2=gt12/2+L 代入数据得 t1=0.6s所以, h2=g(t 1+0.2)2=100.82/2=3.2m拓展：由该问题的解题过程可以看出，利用平均速度来解题比较方便、简捷。请思考：本题有无其它解题方法，如有，请验证答案。例 3：升降机以速度 v4.9m/s 匀速竖直上升，升降机内的天花板上有一个螺丝帽突然松脱，脱离天花板。已知升降机天花板到其地板的高度为 h14.7m。求螺丝帽落到升降机地板所需时间。解析：解法一：以地面为参照物求解（1）上升过程：螺丝帽脱离升降机后以 v=4.9m/s 初速度竖直向上运动上升到最高点时间：t 1=-v/(
9、-g)=4.9/9.8=0.5s上升到最高点的位移：h 1=(0-v2)/(-2g)=(0-4.92)/(-29.8)=1.225m螺丝帽的运动过程如图 2-4-3 所示，由图中位移约束关系得：h1+h=h2+v(t1+t2) 即 v2/2g+h=gt22/2+v(t1+t2) v2/2g+h=gt22/2+v(v/g+t2) 代入数据化简得：t 22+t2-2.75=0解得：t 2=1.23 s因此，螺丝帽落到升降机地板所需时间 t=t1+t2 =1.73s解法二：以升降机为参照物求解我们以升降机为参考系，即在升降机内观察螺丝帽的运动，因为升降机做匀速直线运动，所以相对于升降机而言，螺丝帽的
10、下落加速度仍然是重力加速度。显然，螺丝帽相对于升降机的运动是自由落体运动，相对位移大小即升降机天花板到其地板的高度。由自由落体运动的规律可得hgt 2/2t1.73s拓展：参考系选择不同，不仅物体的运动形式不同，求解时所用的物理规律也可能不同。选择适当的参考系，往往可以使问题的求解过程得到简化。能力训练1某物体从某一较高处自由下落，第 1s 内的位移是 _m，第 2s末的速度是_m/s，前 3s 内的平均速度是_m/s（g 取10m/s2）。5,20,152小球做自由落体运动，它在前 ns 内通过的位移与前（ n+1）s 内通过的位移之比是_。n 2/(n+1)23一物体从高处 A 点自由下落
11、，经 B 点到达 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取 10m/s2）。 164一物体从高 H 处自由下落，当其下落 x 时，物体的速度恰好是着地时速度的一半，由它下落的位移 x=_H/45关于自由落体运动的加速度 g,下列说法中正确的是( B )A重的物体的 g 值大B同一地点,轻重物体的 g 值一样大Cg 值在地球上任何地方都一样大Dg 值在赤道处大于在北极处6一个铁钉与一个小棉花团同时从同一高处下落,总是铁钉先落地,这是因为( C )A铁钉比棉花团重B铁钉比棉花团密度大C棉花团的加速度比重力加速度小得多D铁钉的重力加速度
12、比棉花团的大7甲物体的重力是乙物体重力的 3 倍，它们从同一高度处同时自由下落，由下列说法正确的是（C）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8自由下落的物体，自起点开始依次下落相等高度所用的时间之比是（D）A1/2 B1/3 C1/4 D( +1):19自由落体运动的 v-t 图象应是图 2-4-4 中的( B )10一个物体从 20m 高的地方下落,到达地面时的速度是多大 ?落到地面用了多长时间? (取 g=10m/s2)20m/s,2s11.气球以 4m/s 的速度匀速竖直上升,它上升到 217m 高处时,一重物由气球里掉落,则重物要经过多长时间才能落到地面?到达地面时的速度是多少? (不计空气阻力, g=10m/s 2)。7.0s,66m/s12如图 2-4-5 所示,把一直杆 AB 自然下垂地悬挂在天花板上 ,放开后直杆做自由落体运动,已知直杆通过 A 点下方 3.2m 处一点 C 历时 0.5s,求直杆的长度是多少? (不计空气阻力, g=10m/s 2). 2.75m13某同学利用打点时器测量学校所在地的重力加速度，得到如图 2-4-6 所示的一条纸带，测得相邻计数点间的距离在纸带上已标出，已知打点计时器的周期为 0.02s；请根据纸带记录的数据，计算该学校所在地的重力加速度为多少？ 9.729.78m/s2
