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高三物理教案:自由落体与竖直上抛

编辑:sx_liujy

2015-05-20

本章由单方向的直线运动,扩展到往复运动和曲线运动进行对比研究,精品学习网高中频道整理了高三物理教案:自由落体与竖直上抛,希望能帮助教师授课!

【考点透析】

一、 本专题考点: 本专题为II类要求,即要求对自由落体和竖直上抛运动的规律熟练掌握,并能够和生产、生活实际相联,解决具体问题。

二、 理解和掌握的内容

1. 做自由落体与竖直上抛运动的物体均受重力作用,它们运动的加速度均为重力加速度。

2.自由落体运动:可看成是匀变速直线运动的特例,即初速度 =0,加速度a=g,满足初速度为零的匀加速直线运动的所有基本规律和推论。

3.竖直上抛运动:(1) 规律:上升过成是加速度为g的匀减速运动,下落过程是自由落体运动,各自符合匀变速运动规律;全过程也符合a=–g(取 方向为正方向)的匀变速直线运动规律。

(2)两个结论:上升的最大高度 = ,上升到最大高度所用的时间

4.竖直上抛运动的两种研究方法

(1)分段法:上升阶段是匀减速直线运动,下落阶段是自由落体运动。下落过程是上升过程的逆过程。

(2)整体法:从全程来看,加速度方向始终与初速度V 的方向相反,所以可把竖直上抛运动看成是一个匀变速运动,应用时要特别注意矢量的正负号。一般选取向上为正方向,V 总是正值,上升过程中V为正值,下降过程V为负值;物体在抛出点以上时h为正值,物体在抛出点以下时h为负值。

5.竖直上抛运动的上升阶段和下降阶段具有对称性

(1)速度对称:上升和下降过程经过同一位置时速度等大反向。

(2)时间对称:上升和下降过程经过同一段高度的上升时间和下降时间相等。

【例题精析】

例1 在竖直的井底,将一物块以11m/s的速度竖直地向上抛出,物体冲过井口再落到井口时被接住前1s内物体的位移是4m,位移方向向上,不计空气阻力,g取10m/s2,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。

解析(1)设人接住物块前1s时刻速度为v

则有 即 解得 v=9m/s

则物块从抛出到接住所有总时间为

(2)竖直井的深度为

把竖直上抛运动的全过程作为匀变速运动来处理比较简单,但在使用公式 时应注意正方向的规定和式中各量正、负号的意义。

例2 滴水法测重力加速度的过程是这样的,让水龙头的水一滴一滴的滴在其正下方的盘子里,调整水龙头,让前一滴水滴到盘子里而听到声音时,后一滴恰离开水龙头。测出从第一次听到声音到第n次听到水击盘声的总时间为t,用刻度尺量出水龙头口到盘子的高度差h,即可算出重力加速度。设人耳能区别两个声音的时间隔为0.1s,声速为340m/s,则

A.水龙头距人耳的距离至少为34m B.水龙头距盘子的距离至少为34m

C.重力加速度的计算式为 D.重力加速度的计算式为

解析:n次响声间隔时间对应(n-1)个水滴下落用的时间,所以一个水滴下落时间 = . 由h= 得: g= ,水龙头到盘子的距离最少为 ×10×0.12=0.05m≠34m.另外,需要指出人听到两滴水响声的时间间隔与人耳距水龙头的距离无关,正确答案:D。

本题告诉我们一种粗测重力加速度的方法,是自由落体运动规律的基本应用。解题关键是正确确定水滴下落时在空中的运动时间。如不能建立正确的物理情境,找不到水滴下落的规律,就很容易错选。比如许多同学没有正确分析出记录时间与水滴次数的关系而错选C。

思考拓宽:本题中如让一滴水到盘子而听到声音时有一滴恰离开水龙头,且空中有一滴正在下落,从第一滴开始测得n次听到水击盘声的总时间为t,同样已知h。则算出重力加速度g= ,且一滴落入盘中时,空中一滴离水龙头口的距离为 。

提示:归纳得出第一滴经T落入盘中后每隔 有一滴落入盘中,

故有T+(n-1) = t,得T= ;由h= gt2,得g=

由于每隔相同的时间间隔下落一滴,因此当一滴刚好离开水龙头时,连续两滴间距离之比为1:3,当有一滴刚好落入盘中时,中间一滴离水龙头口的距离为 。

【能力提升】

Ⅰ 知识与技能

1.小球从离地140m的高处自由下落,则小球在下落开始后的连续三个2s时间内的位移大小之比是

A.1:3:5 B.1:3:3 C.4:12:9 D.2:2:1

2.在轻绳的两端各拴一个小球,一人用手拿着绳一端的小球站在三层楼的阳台上,放手让小球自由下落,两小球相继落地的时间差为△t;如果站在四层楼的阳台上,同样放手让小球自由下落,则小球相继落地的时间差将

A.不变 B.变大 C.减小 D.无法确定

3.图4--1四个图,其中可以表示两个做自由落体运动的物体同时落地的υ—t图像是 (t 表示落地的时刻)

4.从地面竖直上抛物体A,同时在某一高度处有一物体B自由下落,两物体在空中相遇时的速率都是υ,则

A.物体A的上抛初速度大小是两物体相遇时速率的2倍

B.相遇时物体A已上升的高度和物体B已下落的高度相同

C.物体A和物体B在空中运动时间相等

D.物体A和物体B落地速度相等

5.将一小球以初速度为V从地面竖直上抛后,经4S小球离地面高度为6m,若要使小球竖直上抛后经2S到达相同高度,(g取10m/s2)不计阻力,则初速度V 应

A.大于V B.小于V C.等于V D.无法确定

Ⅱ 能力与素质

6.某同学身高1.8m,在运动会上他参加跳高比赛,起跳后身体横着越过1.8米高度的横杆。据此可估算出他起跳时竖直向上的速度大约为(取g=10m/s )

A.2m/s B.4 m/s C.6 m/s D.8 m/s

7.从某一高度相隔1s先后释放两个相同的小球甲和乙,不计空气阻力,它在空中的任一时刻

A.甲、乙两球的距离越来越大,甲、乙两球速度之差越来越大

B.甲、乙两球距离始终保持不变,甲、乙两球速度之差保持不变

C.甲、乙两球距离越来越大,但甲、乙两球速度之差保持不变

D.甲、乙两球距离越来越小,甲、乙两球速度之差越来越小

8.自地面将一物体竖直上抛,初速度大小为20m/s.当它的位移为15m时,经历的时间和运动速度分别为(g取10m/s,不计空气阻力,取竖直向上为正方向)

A.1s,10m/s    B.2s,15m/s     C.3s,-10m/s     D.4s,-15m/s

9.某中学高一年级在“研究性学习”活动中,有一小组的研究课题是“测定当地的重力加速度g” ,经该组成员讨论研究,设计出多种方案之一为“利用水滴下落测重力加速度g”,具体操作步骤如下:(1)让水滴落到垫起来的盘子里,细心地调整水龙头的阀门,让水一滴一滴地流出(等时间间隔),同时调整盘子垫物的厚度,使一个水滴碰到盘子时恰好有另一个水滴从水龙头开始下落(此时刻速度为零),而且空中还有一个正在下落的水滴;(2)用秒表测时间,以第一个水滴离开水龙头时开始记时,测第N个水滴落至盘中,共用时间为T;(3)用米尺测出水龙头滴水处到盘子的竖直距离h。不计空气阻力。求:①第一滴水滴刚到盘子时,第二滴水离开水龙头的距离S。②当地的重力加速度g。

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