第8讲 自由落体运动-【鼎力暑假】2023年暑假新高一物理初高中衔接精编导学练

第8讲 自由落体运动 一、自由落体运动 1.定义：物体只在重力作用下从静止开始下落的运动。 2.特点 (1)运动特点：初速度为零，加速度为重力加速度g的匀加速直线运动。 (2)受力特点：只受重力作用，不受其他力。 这种运动只在真空中才能发生，在有空气的空间，如果空气阻力的作用比较小，可以忽略，物体的下落可以近似看作自由落体运动。因此，自由落体运动是一种理想模型。 3.物体做自由落体运动的条件：(1)初速度为零；(2)只受重力。 【例1】“自由落体”演示实验装置如图所示，当牛顿管被抽成真空后，将其迅速倒置，观察到管内轻重不同的物体从顶部同时下落到底端，下列说法正确的是（　　） A．他们能同时落到底端是因为抽走空气后，他们重力相等了 B．他们能同时落到底端是因为抽走空气后，他们没有重力了 C．他们能同时落到底端是因为他们初速度和加速度都相同 D．这个实验说明了物体的重力与空气阻力有关 【答案】C 【详解】ABC．牛顿管被抽成真空后，物体在管中仅仅受到重力，加速度均为重力加速度，将牛顿管迅速倒置，则管内物体的初速度均为0，根据解得可知，管内轻重不同的物体从顶部同时下落到底端的原因是因为他们初速度和加速度都相同，AB错误，C正确； D．这个实验说明自由落体运动本质上是加速度为重力加速度的匀加速直线运动，而物体的重力与空气阻力无关，D错误。故选C。 二、自由落体加速度 1.定义：在同一地点，一切物体自由下落的加速度都相同。这个加速度叫作自由落体加速度，也叫作重力加速度，通常用g表示。 2.方向：竖直向下。 3.大小： (1)一般计算中g可以取9.8 m/s2或10 m/s2。 (2)大小：与在地球上的纬度以及距地面的高度有关。 与纬度的关系 在地球表面上，自由落体加速度随纬度的增加而增大，即赤道处自由落体加速度最小，两极处自由落体加速度最大，但差别很小 与高度的关系 在地面上的同一地点，自由落体加速度随高度的增加而减小。但在一定的高度内，可认为自由落体加速度的大小不变 4.测重力加速度的实验思路与方案 (1)实验思路 利用频闪照片，或利用打点计时器能够把做自由落体运动的物体的位置和相应的时刻记录下来。根据对匀变速直线运动的研究，测量物体下落的速度，进而研究自由落体运动速度变化的规律，以证实自由落体运动是否是匀加速直线运动，并求出加速度的大小。 (2)实验方案 ①打点计时器法 a.实验装置如图所示。打点计时器固定在铁架台上，纸带一端系着重物，另一端穿过计时器。用手捏住纸带上端，启动打点计时器，松手后重物自由下落，计时器在纸带上留下一串小点。改变重物的质量，重复上面的实验。 b.对纸带上计数点间的距离x进行测量，利用g＝求出自由落体加速度。 注意　(1)注意操作的先后顺序。 (2)纸带选取：选点迹清晰，且1、2两点间距离接近2 mm 的纸带进行分析探究(说明v0＝0，且阻力小)。 ②频闪照相法 频闪照相机可以每间隔相等的时间拍摄一次，利用频闪照相机可追踪记录做自由落体运动的物体的位置，根据Δx是否为恒量，可判断自由落体运动是否为匀变速直线运动。根据匀变速直线运动的推论Δx＝aT2可求出自由落体加速度g＝。由g＝也可求出自由落体加速度g。 【例2】很多智能手机都有加速度传感器，传感器能记录手机的加速度变化情况。现在利用手机测量自由落体加速度，用手托着手机，打开加速度传感器，手掌迅速向下运动，让手机脱离手掌而自由下落，然后接住手机，加速度传感器的图线如图所示，下列说法正确的是（　　） A．图像纵坐标选取向上运动为正方向 B．从图像中看出，手机先向下运动再向上运动 C．用手接住手机后一段时间内，手机的加速度大于自由落体加速度 D．用手接住手机前后，手机的速度方向立即发生变化 【答案】C 【详解】A．手机自由落体运动时，加速度为正值，可知图像纵坐标选取向下运动为正方向，选项A错误； B．从图像中看出，手机先向下加速运动再向下减速运动，选项B错误； C．由图像可知，用手接住手机后一段时间内，手机的加速度大于自由落体加速度，选项C正确； D．用手接住手机前后，手机的速度方向一直向下，速度方向没有立即发生变化，选项D错误。故选C。 三、自由落体运动规律 自由落体运动是初速度为0的匀加速直线运动，把v0＝0和a＝g代入匀变速直线运动的公式可得 1.五个基本公式 2.v－t图像 自由落体运动的v－t图像是一条过原点的倾斜直线，斜率表示重力加速度g。 【例3】椰子从离地高度 h1=20m 的树上静止落下，不计椰子下落时所受空气阻力，重力加速度 g=10m/s²，那么椰子下落至离地 h2=15m 处的速度大小为（　　） A．5m/s B．10m/s C．15m/s D．20m/s 【答案】B 【详解】不计空气阻力，椰子下落过程做自由落体运动，则由