【步步高】2020年高考物理大一輪 第一章 第3課時(shí) 自由落體與豎直上拋運(yùn)動(dòng) 新人教版必修1

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1、第3課時(shí)　自由落體與豎直上拋運(yùn)動(dòng) 導(dǎo)學(xué)目標(biāo) 1.掌握自由落體的運(yùn)動(dòng)規(guī)律及其應(yīng)用.2.掌握豎直上拋運(yùn)動(dòng)的規(guī)律及其應(yīng)用． 一、自由落體運(yùn)動(dòng) [基礎(chǔ)導(dǎo)引] 一個(gè)石子從樓頂自由落下，那么： (1)它的運(yùn)動(dòng)性質(zhì)是________________． (2)從石子下落開(kāi)始計(jì)時(shí)，經(jīng)過(guò)時(shí)間t，它的速度為_(kāi)_______． (3)這段時(shí)間t內(nèi)石子的位移是h＝______，同時(shí)有v2＝______. [知識(shí)梳理] 1．概念：物體只在________作用下，從________開(kāi)始下落的運(yùn)動(dòng)叫自由落體運(yùn)動(dòng)． 2．基本特征：只受重力，且初速度為零、加速度為g的勻加速直線運(yùn)動(dòng)． 3．基本規(guī)律

2、由于自由落體運(yùn)動(dòng)是初速度為零的勻加速直線運(yùn)動(dòng)，所以勻變速直線運(yùn)動(dòng)的基本公式及其推論都適用于自由落體運(yùn)動(dòng)． (1)速度公式：v＝gt (2)位移公式：h＝gt2 (3)位移與速度的關(guān)系：v2＝2gh 4．推論 (1)平均速度等于中間時(shí)刻的瞬時(shí)速度，也等于末速度的一半，即＝＝gt (2)在相鄰的相等時(shí)間內(nèi)下落的位移差Δh＝gT2(T為時(shí)間間隔) 二、豎直上拋運(yùn)動(dòng) [基礎(chǔ)導(dǎo)引] 豎直向上拋出一小石子，初速度為v0，那么： (1)它的運(yùn)動(dòng)性質(zhì)是________________． (2)從開(kāi)始上拋計(jì)時(shí)，t時(shí)刻小石子的速度為v＝________. (3)從開(kāi)始上拋計(jì)時(shí)，t時(shí)刻小石子

3、離地面的高度為h＝______. (4)從開(kāi)始上拋計(jì)時(shí)，小石子到達(dá)最高點(diǎn)的時(shí)間為t1＝______，最高點(diǎn)離拋出點(diǎn)的高度：hm＝________. (5)從開(kāi)始上拋計(jì)時(shí)，小石子落回拋出點(diǎn)的時(shí)間為t2＝______，落回拋出點(diǎn)的速度為v＝________. [知識(shí)梳理] 1．概念：將物體以一定的初速度____________拋出去，物體只在________作用下的運(yùn)動(dòng)叫豎直上拋運(yùn)動(dòng)． 2．基本特征：只受重力作用且初速度____________，以初速度的方向?yàn)檎较颍瑒ta＝________. 3．運(yùn)動(dòng)分析：上升階段做勻減速直線運(yùn)動(dòng)，下降階段做勻加速直線運(yùn)動(dòng)，全過(guò)程可看作勻減速直線運(yùn)動(dòng)

4、． 4．基本公式：v＝________，h＝________________，v2－v＝________. ：豎直上拋運(yùn)動(dòng)中若計(jì)算得出的速度和位移的值為負(fù)值，則它們表示的意義是什 么？ 考點(diǎn)一　自由落體運(yùn)動(dòng)規(guī)律的應(yīng)用 考點(diǎn)解讀 自由落體運(yùn)動(dòng)是初速度為零、加速度為g的勻加速直線運(yùn)動(dòng)，因此一切勻加速直線運(yùn)動(dòng)的公式均適用于自由落體運(yùn)動(dòng)，特別是初速度為零的勻加速直線運(yùn)動(dòng)的比例關(guān)系式，更是經(jīng)常在自由落體運(yùn)動(dòng)中用到． 典例剖析 例1　在學(xué)習(xí)了伽利略對(duì)自由落體運(yùn)動(dòng)的研究后，甲同學(xué)給乙同學(xué)出了這樣一道題：一個(gè)物體從塔頂落下(不考慮空氣阻力)，物體到達(dá)地面前最后一秒內(nèi)通過(guò)的位移為整個(gè)位移

5、的，求塔高H(取g＝10 m/s2)． 乙同學(xué)的解法：根據(jù)h＝gt2得物體在最后1 s內(nèi)的位移h1＝gt2＝5 m，再根據(jù)＝得H＝13.9 m，乙同學(xué)的解法是否正確？如果正確說(shuō)明理由，如果不正確請(qǐng)給出正確解析過(guò)程和答案． 思維突破　由本題的解答過(guò)程，我們可以體會(huì)到選取合適的物理過(guò)程作為研究對(duì)象是多么重要，運(yùn)動(dòng)學(xué)公式都對(duì)應(yīng)于某一運(yùn)動(dòng)過(guò)程，復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)過(guò)程中選擇恰當(dāng)?shù)难芯窟^(guò)程是關(guān)鍵． 跟蹤訓(xùn)練1　如圖1所示，小球從豎直磚墻某位置靜止釋放，用頻閃照相機(jī)在同一底片上多次曝光，得到了圖中1、2、3、4、5…所示小球運(yùn)動(dòng)過(guò)程中每次曝光的位置．連續(xù)兩次曝光的時(shí)間間隔均為T，每塊磚的厚度為d.根據(jù)圖中的信

6、息，下列判斷錯(cuò)誤的是 (　　) 圖1 A．位置“1”是小球的初始位置 B．小球做勻加速直線運(yùn)動(dòng) C．小球下落的加速度為 D．小球在位置“3”的速度為 考點(diǎn)二　豎直上拋運(yùn)動(dòng)規(guī)律的應(yīng)用 考點(diǎn)解讀 1．豎直上拋運(yùn)動(dòng)的研究方法 (1)分段法：可以把豎直上拋運(yùn)動(dòng)分成上升階段的勻減速直線運(yùn)動(dòng)和下降階段的自由落體運(yùn)動(dòng)處理，下降過(guò)程是上升過(guò)程的逆過(guò)程． (2)整體法：從全過(guò)程來(lái)看，加速度方向始終與初速度的方向相反，所以也可把豎直上拋運(yùn)動(dòng)看成是一個(gè)勻變速直線運(yùn)動(dòng)． 2．豎直上拋運(yùn)動(dòng)的對(duì)稱性 如圖2所示，物體以初速度v0豎直上拋，A、B為途中

7、的任意兩點(diǎn)，C為最 高點(diǎn)，則 (1)時(shí)間對(duì)稱性：物體上升過(guò)程中從A→C所用時(shí)間tAC和下降過(guò)程中從C→A 所用時(shí)間tCA相等，同理tAB＝tBA. 圖2 (2)速度對(duì)稱性：物體上升過(guò)程經(jīng)過(guò)A點(diǎn)的速度與下降過(guò)程經(jīng)過(guò)A點(diǎn)的速度 大小相等． 特別提醒　在豎直上拋運(yùn)動(dòng)中，當(dāng)物體經(jīng)過(guò)拋出點(diǎn)上方某一位置時(shí)，可能處于上升階段，也可能處于下降階段，因此這類問(wèn)題可能造成時(shí)間多解或者速度多解． 典例剖析 例2　某人站在高樓的平臺(tái)邊緣，以20 m/s的初速度豎直向上拋出一石子．求： (1)物體上升的最大高度是多少？回到拋出點(diǎn)所用的時(shí)間為多少？ (2)石子拋出后通過(guò)距拋出點(diǎn)下方

8、20 m處所需的時(shí)間．不考慮空氣阻力，取g＝10 m/s2. 思維突破　對(duì)稱法在運(yùn)動(dòng)學(xué)中的應(yīng)用 對(duì)稱性是物理美的重要體現(xiàn)，在很多物理現(xiàn)象和物理過(guò)程中都存在對(duì)稱問(wèn)題．而利用對(duì)稱法解題也是一種科學(xué)的思維方法，應(yīng)用該法可以避免復(fù)雜的數(shù)學(xué)運(yùn)算和推導(dǎo)，直接抓住問(wèn)題的實(shí)質(zhì)、出奇制勝、快速簡(jiǎn)潔地解答問(wèn)題．針對(duì)本題，豎直上拋運(yùn)動(dòng)的上升過(guò)程和下降過(guò)程具有對(duì)稱性，物體經(jīng)過(guò)某點(diǎn)或某段的位移、時(shí)間、速度等都可利用對(duì)稱法快速求出． 跟蹤訓(xùn)練2　一氣球以10 m/s2的加速度由靜止從地面上升，10 s末從它上面掉出一重物，它從氣球上掉出后經(jīng)多少時(shí)間落到地面？(不計(jì)空氣阻力，g取10 m/s2) 　　　　　　　

9、　2.“臨界分析法”解決拋體相 遇問(wèn)題 例3　在高為h處，小球A由靜止開(kāi)始自由落下，與此同時(shí)，在A的正下方地面上以初速度v0豎直向上拋出另一小球B，求A、B在空中相遇的時(shí)間與地點(diǎn)，并討論A、B相遇的條件(不計(jì)空氣阻力作用，重力加速度為g)． 方法提煉 1．臨界問(wèn)題的特點(diǎn) (1)物理現(xiàn)象的變化面臨突變性． (2)對(duì)于連續(xù)變化問(wèn)題，物理量的變化出現(xiàn)拐點(diǎn)，呈現(xiàn)出兩性，即能同時(shí)反映出兩種過(guò)程和兩種現(xiàn)象的特點(diǎn)． 2．分析方法：解決臨界問(wèn)題，關(guān)鍵是找出臨界條件．一般有兩種基本方法：(1)以定理、定律為依據(jù)，首先求出所研究問(wèn)題的一般規(guī)律和一般解，然后分析、討論其特殊規(guī)律和特殊解；(2)直接分析

10、、討論臨界狀態(tài)和相應(yīng)的臨界值，求出研究問(wèn)題的規(guī)律和解． 跟蹤訓(xùn)練3　如圖3所示，A、B兩棒長(zhǎng)均為L(zhǎng)＝1 m，A的下端和B的上端 相距s＝20 m，若A、B同時(shí)運(yùn)動(dòng)，A做自由落體運(yùn)動(dòng)，B做豎直上拋運(yùn) 動(dòng)，初速度v0＝40 m/s. 圖3 求： (1)A、B兩棒何時(shí)相遇； (2)從相遇開(kāi)始到分離所需的時(shí)間． A組　自由落體運(yùn)動(dòng) 1．伽利略對(duì)自由落體運(yùn)動(dòng)的研究，開(kāi)創(chuàng)了研究自然規(guī)律的科學(xué)方法，這就是 (　　) A．對(duì)自然現(xiàn)象進(jìn)行總結(jié)歸納的方法 B．用科學(xué)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行探究的方法 C．對(duì)自然現(xiàn)象進(jìn)行總結(jié)歸納，并用實(shí)驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證的方法 D．抽象思維、數(shù)學(xué)推導(dǎo)和科

11、學(xué)實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的方法 2．一個(gè)小石塊從空中a點(diǎn)自由落下，先后經(jīng)過(guò)b點(diǎn)和c點(diǎn)，不計(jì)空氣阻力．已知它經(jīng)過(guò)b點(diǎn)時(shí)的速度為v，經(jīng)過(guò)c點(diǎn)時(shí)的速度為3v.則ab段與ac段位移之比為 (　　) A．1∶3 B．1∶5 C．1∶8 D．1∶9 3．如圖4所示，一根長(zhǎng)為L(zhǎng)＝10 m的直桿由A點(diǎn)靜止釋放，求它通過(guò)距A點(diǎn)為h＝30 m，高為Δh＝1.5 m的窗戶BC所用的時(shí)間Δt.(g取10 m/s2) 圖4 B組　豎直上拋運(yùn)動(dòng) 4．蹦床運(yùn)動(dòng)要求運(yùn)動(dòng)員在一張繃緊的彈性網(wǎng)上蹦起、騰空并做空中運(yùn)動(dòng)．為了測(cè)量運(yùn)動(dòng)員躍

12、起的高度，訓(xùn)練時(shí)可在彈性網(wǎng)上安裝壓力傳感器，利用傳感器記錄彈性網(wǎng)所受的壓力，并在計(jì)算機(jī)上作出壓力—時(shí)間圖象，假如作出的圖象如圖5所示．設(shè)運(yùn)動(dòng)員在空中運(yùn)動(dòng)時(shí)可視為質(zhì)點(diǎn)，則運(yùn)動(dòng)員躍起的最大高度是(g取10 m/s2) (　　) 圖5 A．1.8 m B．3.6 m C．5.0 m D．7.2 m 5．在某一高度以v0＝20 m/s的初速度豎直上拋一個(gè)小球(不計(jì)空氣阻力)，當(dāng)小球速度大小為10 m/s時(shí)，以下判斷正確的是(g取10 m/s2)

13、 (　　) A．小球在這段時(shí)間內(nèi)的平均速度大小可能為15 m/s，方向向上 B．小球在這段時(shí)間內(nèi)的平均速度大小可能為5 m/s，方向向下 C．小球在這段時(shí)間內(nèi)的平均速度大小可能為5 m/s，方向向上 D．小球的位移大小一定是15 m 6．研究人員為檢驗(yàn)?zāi)骋划a(chǎn)品的抗撞擊能力，乘坐熱氣球并攜帶該產(chǎn)品豎直升空，當(dāng)熱氣球以10 m/s的速度勻速上升到某一高度時(shí)，研究人員從熱氣球上將產(chǎn)品自由釋放，測(cè)得經(jīng)11 s產(chǎn)品撞擊到地面．不計(jì)產(chǎn)品所受的空氣阻力，求產(chǎn)品的釋放位置距地面的高度．(g取10 m/s2) 課時(shí)規(guī)范訓(xùn)練 (限時(shí)：45分鐘) 一、選擇題 1．甲物體的質(zhì)量是乙物體質(zhì)量

14、的5倍，甲從H高處自由下落，同時(shí)乙從2H高處自由下落，下列說(shuō)法中正確的是(高度H遠(yuǎn)大于10 m) (　　) A．兩物體下落過(guò)程中，同一時(shí)刻甲的速率比乙的大 B．下落1 s末，它們的速度相等 C．各自下落1 m，它們的速度相等 D．下落過(guò)程中甲的加速度比乙的大 2．某同學(xué)身高1.8 m，在運(yùn)動(dòng)會(huì)上他參加跳高比賽，起跳后身體橫著越過(guò)了1.8 m高度的橫桿．據(jù)此可估算出他起跳時(shí)豎直向上的速度大約為(g取10 m/s2) (　　) A．2 m/s B．4 m/s

15、 C．6 m/s D．8 m/s 3．石塊A自塔頂自由落下高度為m時(shí)，石塊B自離塔頂n處(在塔的下方)自由下落，兩石塊同時(shí)落地，則塔高為 (　　) A．m＋n B. C. D. 4. 取一根長(zhǎng)2 m 左右的細(xì)線，5個(gè)鐵墊圈和一個(gè)金屬盤．在線的一端系上第一 個(gè)墊圈，隔12 cm再系一個(gè)，以后墊圈之間的距離分別為36 cm

16、、60 cm、 84 cm，如圖1所示，站在椅子上，向上提起線的另一端，讓線自由垂下， 且第一個(gè)墊圈緊靠放在地面上的金屬盤內(nèi)．松手后開(kāi)始計(jì)時(shí)，若不計(jì)空氣 阻力，則第2、3、4、5各墊圈 (　　) A．落到盤上的聲音時(shí)間間隔越來(lái)越大 圖1 B．落到盤上的聲音時(shí)間間隔相等 C．依次落到盤上的速率關(guān)系為1∶∶∶2 D．依次落到盤上的時(shí)間關(guān)系為1∶(－1)∶(－)∶(2－) 5．“蹦床”是奧運(yùn)體操的一種競(jìng)技項(xiàng)目，比賽時(shí)，可在彈性網(wǎng)上安裝壓力傳感器，利用壓力傳感器記錄運(yùn)動(dòng)員運(yùn)動(dòng)過(guò)程中對(duì)彈性網(wǎng)的壓力，并由計(jì)算機(jī)作出壓力

17、(F)－時(shí)間(t)圖象，如圖2為某一運(yùn)動(dòng)員比賽時(shí)計(jì)算機(jī)作出的F－t圖象，不計(jì)空氣阻力，則關(guān)于該運(yùn)動(dòng)員，下列說(shuō)法正確的是 (　　) 圖2 A．裁判打分時(shí)可以把該運(yùn)動(dòng)員的運(yùn)動(dòng)看成質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng) B．1 s末該運(yùn)動(dòng)員的運(yùn)動(dòng)速度最大 C．1 s末到2 s末，該運(yùn)動(dòng)員在做減速運(yùn)動(dòng) D．3 s末該運(yùn)動(dòng)員運(yùn)動(dòng)到最高點(diǎn) 6. 小球從空中某處從靜止開(kāi)始自由下落，與水平地面碰撞后上升到空中某一高度處，此過(guò)程中小球速度隨時(shí)間變化的關(guān)系如圖3所示，則 (　　) A．在下落和上

18、升兩個(gè)過(guò)程中，小球的加速度不同 圖3 B．小球開(kāi)始下落處離地面的高度為0.8 m C．整個(gè)過(guò)程中小球的位移為1.0 m D．整個(gè)過(guò)程中小球的平均速度大小為2 m/s 圖4 7．一個(gè)小石子從離地某一高度處由靜止自由落下，某攝影愛(ài)好者恰 好拍到了它下落的一段軌跡AB.該愛(ài)好者用直尺量出軌跡的長(zhǎng) 度，如圖4所示．已知曝光時(shí)間為 s，則小石子出發(fā)點(diǎn)離A 點(diǎn)的距離約為 (　　) A．6.5 m B．10 m C．20 m

19、 D．45 m 8．在塔頂上將一物體豎直向上拋出，拋出點(diǎn)為A，物體上升的最大高度為20 m，不計(jì)空氣阻力，設(shè)塔足夠高．則物體位移大小為10 m時(shí)，物體通過(guò)的路程可能為 (　　) A．10 m B．20 m C．30 m D．50 m 9．不計(jì)空氣阻力，以一定的初速度豎直上拋一物體，從拋出至回到拋出點(diǎn)的時(shí)間為t，現(xiàn)在物體上升的最大高度的一半處設(shè)置一塊擋板，物體撞擊擋板前后的速度大小相等、方向相反，撞擊所需時(shí)間不計(jì)，則這種情況下物體上升和下降的總時(shí)間約為 (　　) A．0.

20、5t B．0.4t C．0.3t D．0.2t 10．在地質(zhì)、地震、勘探、氣象和地球物理等領(lǐng)域的研究中，需要精確的重力加速度g值，g值可由實(shí)驗(yàn)精確測(cè)定．近年來(lái)測(cè)g值的一種方法叫“對(duì)稱自由下落法”，它是將測(cè)g歸于測(cè)長(zhǎng)度和時(shí)間，具體做法是：將真空長(zhǎng)直管沿豎直方向放置，自其中O點(diǎn)向上拋小球又落到原處的時(shí)間為T2，在小球運(yùn)動(dòng)過(guò)程中經(jīng)過(guò)比O點(diǎn)高H的P點(diǎn)，小球離開(kāi)P點(diǎn)到又回到P點(diǎn)所用的時(shí)間為T1，測(cè)得T1、T2和H，可求得g等于 (　　) A. B. C.

21、 D. 二、非選擇題 11．一礦井深125 m，在井口每隔一定時(shí)間自由落下一個(gè)小球．當(dāng)?shù)?1個(gè)小球剛從井口開(kāi)始下落時(shí)，第1個(gè)小球恰好到達(dá)井底．則相鄰兩小球開(kāi)始下落的時(shí)間間隔為_(kāi)_____ s，這時(shí)第3個(gè)小球和第5個(gè)小球相距______ m(g取10 m/s2)． 12．2020年5月20日，在天津市奧體中心進(jìn)行的2020年全國(guó)跳水冠軍賽男子10米跳臺(tái)決賽中，來(lái)自四川隊(duì)的選手邱波以552.75分的成績(jī)獲得冠軍．他在跳臺(tái)上騰空而起，到達(dá)最高點(diǎn)時(shí)他的重心離臺(tái)面的高度為1 m，當(dāng)他下降到手觸及水面時(shí)要伸直雙臂做一個(gè)翻掌壓水花的動(dòng)作，這時(shí)他的

22、重心離水面也是1 m．設(shè)他靜止站在臺(tái)面上時(shí)重心距臺(tái)面的高度為0.8 m，重力加速度g＝10 m/s2，問(wèn)： (1)他的起跳速度約是多大？ (2)從起跳到入水(手掌觸水)共需多長(zhǎng)時(shí)間？ 圖5 13. 如圖5所示，質(zhì)量為m的小車，靜止在光滑的水平地面上，車長(zhǎng)為L(zhǎng)0，現(xiàn)給小車施加一個(gè)水平向右的恒力F，使小車向右做勻加速直線運(yùn)動(dòng)，與此同時(shí)在小車的正前方x0處的正上方H高處，有一個(gè)可視為質(zhì)點(diǎn)的小球從靜止開(kāi)始做自由落體運(yùn)動(dòng)(重力加速度為g)，問(wèn)恒力F滿足什么條件時(shí)小 球可以落到小車上？ 復(fù)習(xí)講義 基礎(chǔ)再現(xiàn) 一、 基礎(chǔ)導(dǎo)引　(1)勻加速直線運(yùn)動(dòng)　(2)gt (3)gt2　2gh 知識(shí)梳

23、理　1.重力　靜止 二、 基礎(chǔ)導(dǎo)引　(1)勻減速直線運(yùn)動(dòng)　(2)v0－gt　(3)v0t－gt2　(4)　 (5)　－v0 知識(shí)梳理　1.豎直向上　重力　2.豎直向上?。璯　4.v0－gt　v0t－gt2?。?gh 思考：速度是負(fù)值表示物體正在下落，而位移是負(fù)值則表示物體正在拋出點(diǎn)下方． 課堂探究 例1　見(jiàn)解析 解析　乙同學(xué)的解法不正確． 根據(jù)題意畫(huà)出運(yùn)動(dòng)過(guò)程示意圖，設(shè)物體從塔頂落到地面所經(jīng)歷的時(shí)間為t，通過(guò)的位移為H，物體在(t－1)秒內(nèi)的位移為h. 據(jù)自由落體運(yùn)動(dòng)規(guī)律，有 H＝gt2 h＝g(t－1)2 由題意得＝＝ 聯(lián)立以上各式解得H＝125 m 跟蹤訓(xùn)練1　A　 例2　(1)20 m　4 s　(2)(2＋2 ) s 跟蹤訓(xùn)練2　10(1＋) s 例3　見(jiàn)解析 跟蹤訓(xùn)練3　(1)0.5 s　(2)0.05 s 分組訓(xùn)練 1．D 2．D　 3．0.51 s 4．C　5.ACD 6．495 m 課時(shí)規(guī)范訓(xùn)練 1．BC　 2．B　 3．B　 4．B　 5．D　 6．B　 7．C　 8．ACD　 9．C　 10．A　 11．0.5　35 12．(1)2 m/s　(2)1.61 s 13．mgx0/H