内容正文:
探究3
探究导引
提示:(1)自由落体运动是初速为零的匀加速直线运动.
(2)v= 2gh=99m/s.
[例3] [解析] 解法一:利用基本规律求解
设屋檐离地面高为h,滴水间隔为T,由h=12gt
2 得
第2滴水的位移h2=
1
2g
(3T)2 ①
第3滴水的位移h3=
1
2g
(2T)2 ②
由题意知:h2-h3=1m
由①②③解得:T=02s,h=32m
解法二:用比例法求解
(1)由于初速为零的匀加速直线运动从 开
始运动起,在连续 相 等 的 时 间 间 隔 内 的 位
移比为1∶3∶5∶7∶∶(2n-1),据此令
相邻两水滴之间的间距从上到下依次是x0
∶3x0∶5x0∶7x0.(如图)
显然,窗 高 为 5x0,即 5x0 =1 m,得 x0 =
02m
屋檐总高x=x0+3x0+5x0+7x0=16x0=
32m
(2)由x=12gt
2 知,滴水时间间隔为
T= 2x0g =
2×0.2
10 s=02s
解法三:用平均速度求解
(1)设滴水间隔为T,则雨滴经过窗子过程中的平均速度
为v=x′T =
1m
T
由vt=gt知,雨滴下落25T 时的速度为vt=25gT
由于v=vt,故有
1m
T =25gT
,解得T=02s
(2)x=12g
(4T)2=32m
答案:(1)32m (2)02s
跟踪训练
3.解析:虽然羽毛与苹果均做自由落体,但不知开始下落
位置,所以不能直接用初速为零的匀变速直线运动的比
例关系,选项 A、B错误;由 Δx=aT2 得,a=x3-x1
2Δt2
,选
项 C正确,选项 D错误.
答案:(1)是 (2)C
课堂自测夯基础
1.C [苹果和树叶都受重力和空气阻力,但空气阻力相对
苹果的重力来说很小,可以忽略不计,故苹果的运动可
以看做自由落体运动,而树叶的运动不能看做自由落体
运动,故 A、B错误,C正确;假如地球上没有空气,苹果
和树叶都只受重力,都做自由落体运动,同时落地,故 D
错误.]
2.ABC [由自由落体运动的性质可知 A 正确;由自由落
体运动的比例关系式知 B、C正确;由比例关系式知,从
开始运动到下落49m、98m、147m 所经历的时间之
比为:1∶ 2∶ 3,故 D错误.]
3.解析:(1)由题意知运动员从跳台至水面做自由落体运
动,由 H+h=12gt
2 且v=gt,
得:v= 2g(H+h),将数据代入解得v=15m/s.
(2)运动员末速度为0,设水池的最小水深为 H0,则0-
v2=2aH0,解得 H0=45m.
答案:(1)15m/s (2)45m
4.解析:(1)甲 图 释 放 时 更 稳 定,既 能 更 有 效 地 减 小 摩 擦
力,又 能 保 证 释 放 时 初 速 度 的 大 小 为 零,所 以 甲 图 更
合理.
(2)自由落体运动是初速度为零的匀加速直线运动,所
以v16=
x
2T≈293m
/s,又根据2gH=v2,
g=v
2
2H=
2.932
2×43.88×10-2
m/s2≈978m/s2.
答案:(1)甲图 (2)2.93 9.78(±002均可)
5.解析:(1)人做自由落体运动,所以h=12gt
2
解得:t= 2hg =
2×80
10 s=4s
所以汽车运动的时间也为4s.
(2)(3)因为汽车匀加速时间为t1=3s
所以汽车匀速运动的时间为t2=t-t1=1s
匀加速位移为s1=
1
2at
2
匀速运动速度为:v=at1
匀速运动位移为s2=vt2
s1+s2=60m
解得:a=8m/s2,v=24m/s.
答案:(1)4s (2)24m/s (3)8m/s2
章末易错点突破
专题归纳整合提升
专题1
[例1] [解析] 法一:逆向思维法
物体向上匀减速冲上斜面
相当于向下匀加速滑下斜面
故xBC=
at2BC
2
,xAC=
a(t+tBC)2
2
,又xBC=
xAC
4
由以上三式解得tBC=t.
法二:基本公式法
因为物体沿斜面向上做匀减速运动,设物体从B 滑到C
所用的时间为tBC,由匀变速直线运动的规律可得
v20=2axAC ①
v2B=v20-2axAB ②
xAB=
3
4xAC ③
由①②③式解得vB=
v0
2 ④
又vB=v0-at ⑤
vB=atBC ⑥
由④⑤⑥式解得tBC=t.
法三:比例法
对于初速度为零的匀加速直线运动,在连续相等的时间
里通过的位移之比为
x1∶x2∶x3∶∶xn=1∶3∶5∶∶(2n-1)
因为xCB∶xBA =
xAC
4 ∶
3xAC
4 =1∶3
,而通过xBA 的时间
为t,所以通过xBC 的时间tBC=t.
法四:中间时刻速度法
利用推论:中间时刻的瞬时速度等于这段位移的平均速
度,vAC =
v0+v
2 =
v0
2
,又v20=2axAC,v2B =2axBC,xBC =
xAC
4 .
由以上三式解得vB=
v0
2.
可以看成vB 正好等于AC
段的平均速度,因此B 点是这段位移的中间时刻,因此
有tBC=t.
612
物理必修第一册
法五:图像法
根据匀变速直线运动的规律,作出v-t图像,如图所示.
利用相似三角形的规律,面积之比等于对应边平方比,
得
S△AOC
S△BDC
=CO
2
CD2
,且S△AOC
S△BDC
=41
,OD=t,OC=t+tBC.
所以4
1=
(t+tBC)2
t2BC
,解得tBC=t.
法六:时间比例法
对于初速度为零的匀加速直线运动,通过连续相等的各
段位移所用的时间之比为t1∶t2∶t3∶∶tn=1∶(2
-1)∶(3- 2)∶∶(n- n-1).
现将整个斜面分成相等的四段,如图所示,设通过BC 段
的时间为tx,那么通过 BD、DE、EA 的时间分别为tBD =
(2-1)tx,tDE=(3- 2)tx,tEA =(2- 3)tx,又tBD +
tDE+tEA=t,解得tx=t.
[答案] t
跟踪训练
1.C [由逆向思维法可知,运动员竖直起跳的过程可看成
初速度为零的匀加速运动,根据连续相等位移所用时间
之比可得:t2
t1
= 1
2- 3
=3.73,故 C对,A、B、D错.]
[例2] BD [本题可巧用逆向思维分析,两车在t2 时刻
并排行驶,根据题图分析可知在t1~t2 时间内甲车运动
的位移大于乙车运动的位移,所以在t1 时刻甲车在后,
乙车在前,B正确,A错误;依据v-t图像切线斜率表示
加速度,可以分析出 C错误,D正确.]
跟踪训练
2.A [在0~2s内,A的位移为:xA1=40m,B的位移为:
xB1=
10×2
2 m=10m
,知B没有追上 A.在2~4s内,A
静止,B继续 沿 原 方 向 运 动,通 过 的 位 移 为:xB2=10×
2m=20m,t=4s末B还没有追上 A.在4~6s内,A返
回,位移为:xA2=-40m,t=6s返回原出发点.B的位移
为:xB3=
10×2
2 m=10m
,则在0~6s内 B的总位移为:
xB=40m,可知,A、B两物体在4~6s内相遇一次,故 A
正确,B错误;t=2s时,A、B两物体相距最远,最远距离
为:s=xA1-xB1=30m,故 C错误;6s内,A 物体的位移
为0,平均速度为0,B物体的平均速度为:v=xt =
40
6 m
/s
=203 m
/s,故 D错误.]
3.CD [x-t图像的斜率为速度的大小,t1 时刻k甲 <k乙 ,
所以v甲 <v乙 ,则 A 错;0~t1 时间内,x乙 =x1,x甲 <x1,
则x甲 <x乙 ,则 B错;t1~t2 时间内,x甲 =x乙 =x2-x1,
则 C 正 确;t1 ~t2 时 间 内,存 在 一 点 k乙 =k甲 ,则 D
正确.]
[例3] [解析] (1)电火花打点计时器用的是220V 交
流电源,故 A正确;打点计时器可以直接记录时间,不需
秒表,故B错误;实验时应先接通电源,后释放纸带,故C
错误;求出的加速度一般比98m/s2 小,是因为纸带和
重锤受到阻力,使得加速度小于g,故 D正确.
(2)在相等时间内,纸带的位移越来越大.所以纸带做变
速运动.
(3)由 Δx=aT2 得,a1 =
s3-s1
2T2
,a2 =
s4-s2
2T2
,则 a=
a1+a2
2 =
(s3+s4)-(s1+s2)
4T2
. 代 入 数 据 得,a
≈96m/s2.
(4)F 点的瞬时速度等于EG 间的平均速度,所以vF =
s3+s4
2T
,代入数据得,vF=096m/s.
[答案] (1)AD (2)变速 相同时间内物体下落的位
移越来越大 (3)
(s3+s4)-(s1+s2)
4T2
96 (4)
s3+s4
2T
096
跟踪训练
4.解析:(1)要测量当地重力加速度需要尽量减小空气阻
力的影响,所以密度大体积小的小钢球最适合;(2)要完
成实验首先应该将刻度尺竖直固定在墙上,安装好三脚
架,调整好手机摄像头的位置;因为下落时间很短,所以
一定要先打开摄像头开始摄像,然后再将小球从刻度尺
旁静止释放,故顺序为①③④②;(3)由三张图片读出小
球所在位置的刻度分别为2.50cm,26.50cm,77.20cm;
小球做自由落体运动,根据 Δx=gT2 可得g=ΔxT2
=
(77.20-26.50)×10-2-(26.50-2.50)×10-2
1
6( )
2 m/s
2
=9.61m/s2;
(4)因为就算小球偏离了竖直方向,但是小球在竖直方
向上的运动依然是自由落体运动,对实验结果无影响,
故仍能用前面的方法测量出重力加速度.
答案:(1)小钢球 (2)①③④② (3)9.61(9.5~9.7)
(4)仍能
第三章 第1节
自主预习探新知
基础梳理
知识点1
1.地球的吸引 2.竖直向下 3.mg g 4.(1)集中于一
点 (2)质量分布 形状 (3)悬挂
知识点2
1.(1)线段的长短 (2)箭头 (3)箭尾(或箭头)
知识点3
1.(1)形状或体积 (2)恢复原状 2.(1)形变 原状 接
触的 (2)不能完全恢复原来的形状
知识点4
1.弹簧伸长(或缩短)的长度x 2.kx 劲度系数 N/m
自我检测
1.(1)√ (2)× (3)× (4)√ (5)√ (6)×
2.(1)A [头顶受到的压力的施力物体是坛子,受力物体
是头顶,它产生的直接原因是坛的形变,间接原因是物
体受到的重力,A项正确.]
(2)跳高运动员在越过相同高度的横杆时,“背越式”运
动员的重心比“跨越式”运动员的重心升高的高度小,因
此运动员越过相同高度的横杆,“背越式”跳法要比“跨
越式”容易些,所以采用“背越式”的运动员要比采用“跨
越式”的运动员成绩好.
712
参考答案
▶[备选答案]
提示:将以下备选答
案前的字母填入左
边合适位置.
A.2ax
B.
xn+xn-1
2T
C.加速度
D.v0t+
1
2at
2
E.v0+at
F.2gh
G.
v0+v
2
H.aT2
▶[答案校对]
C E D A G
H F B
[专题1] 解决匀变速直线运动问题的常用方法
1.匀变速直线运动规律公式间的关系
2.常用解题方法
常用方法 规律特点
一般公
式法
v=v0+at,x=v0t+
1
2at
2,v2-
v20=2ax
使用时应注意它们都是矢量,一
般以v0 方向为正方向,其余物
理量与正方向相同者为正,与正
方向相反者为负
平均速
度法
v=xt
,对 任 何 性 质 的 运 动 都
适用;
v=12
(v0+v),只适用于匀变速
直线运动
06
物理必修第一册
常用方法 规律特点
中间
时刻
速度法
vt2=v=
1
2
(v0+v),适用于匀变
速直线运动
比例法
对于初速度为0的匀加速直线
运动或末速度为0的匀减速直
线运动,可利用比例法求解
逆向
思维法
把运动过程的“末态”作为“初
态”的方法.例如,末速度为0的
匀减速直线运动可以看作反向
的初 速 度 为0的 匀 加 速 直 线
运动
图像法
应用v-t图像,可把复杂的物
理问题转化为较为简单的数学
问题解决,尤其是用图像定性分
析,可 避 免 繁 杂 的 计 算,快 速
求解
[例1] 物体以一定的初速度冲上固定的光
滑斜面,斜面总长度为l,到达斜面最高点C
时速度恰好为零,如图.已知物体运动到距
斜面底端3
4l
处的B 点时,所用时间为t,求
物体从B 滑到C 所用的时间.
[尝试解答]
[总结提升]
匀变速直线运动问题的解题步骤
(1)分析题意,确定研究对象,判断物体的运
动情况,分析加速度的方向和位移方向.
(2)选 取 正 方 向,并 根 据 题 意 画 出 运 动 示
意图.
(3)由 已 知 条 件 及 待 求 量,选 定 公 式 列 出
方程.
(4)统一单位,解方程求未知量.
(5)验 证 结 果,并 注 意 对 结 果 进 行 必 要 的
讨论.
▶[跟踪训练]
1.如图,篮球架下的运动员原
地垂直起跳扣篮,离地后重
心上升的最大高度为 H.上
升第一个H
4
所用的时间为
t1,第四个
H
4
所用的时间为t2.不计空气阻
力,则t2
t1
满足 ( )
A.1<
t2
t1
<2 B.2<
t2
t1
<3
C.3<
t2
t1
<4 D.4<
t2
t1
<5
16
第二章 匀变速直线运动的研究
[专题2] 运动图像与追及相遇问题的综合
问题
1.应用运动图像的三点注意
(1)无论是x-t图像还是v-t图像都只能描
述直线运动.
(2)x-t图像和v-t图像都不表示物体运动
的轨迹.
(3)x-t图像和v-t图像的形状由x 与t、v
与t的函数关系决定.
2.应用运动图像解题“六看”
x-t图像 v-t图像
轴
横轴为时间t,纵 轴
为位移x
横轴 为 时 间t,纵
轴为速度v
线
倾斜直线表示匀速直
线运动
倾斜直线表示匀变
速直线运动
斜率 表示速度 表示加速度
面积 无实际意义
图线和时间轴围成
的面积表示位移
纵截距 表示初位置 表示初速度
特殊点
拐点表示从一种运动
变为另一种运动,交
点表示相遇
拐点表示从一种运
动变 为 另 一 种 运
动,交点表示速度
相等
[例2] (多选)甲、乙两汽车在同一条平直公
路上同向运动,其速度-时间图像分别如图
中甲、乙两条曲线所示.已知两车在t2 时刻
并排行驶.下列说法正确的是 ( )
A.两车在t1 时刻也并排行驶
B.在t1 时刻甲车在后,乙车在前
C.甲车的加速度大小先增大后减小
D.乙车的加速度大小先减小后增大
[尝试解答]
[方法总结] 运用运动图像解题的技巧
▶[跟踪训练]
2.A、B两物体从同一位置向同一方向同时运
动,甲图是A物体的位移-时间图像,乙图
是B物体的速度-时间图像,根据图像,下
列说法正确的是 ( )
A.运动过程中,A、B两物体相遇一次
B.运动过程中,A、B两物体相遇两次
C.A、B两物体最远距离是20m
D.6s内,A物体的平均速度是B物体的平
均速度的两倍
3.(多选)甲、乙两车在同一平直公路上同向运
动,甲做匀加速直线运动,乙做匀速直线运
动.甲、乙两车的位置x 随时间t的变化如
图所示.下列说法正确的是 ( )
26
物理必修第一册
A.在t1 时刻两车速度相等
B.从0到t1 时间内,两车走过的路程相等
C.从t1 到t2 时间内,两车走过的路程相等
D.在t1 到t2 时间内的某时刻,两车速度
相等
[专题3] “纸带法”测速度和加速度
常用“位移差”法判断物体的运动情况,即
确定纸带上的任意相邻计数点间的位移是否
满足关系式xn+1-xn=aT2.由纸带求物体运
动加速度的方法
1.利用“逐差法”求加速度:若为偶数段,假设
为6段,则a1=
x4-x1
3T2
,a2=
x5-x2
3T2
,a3=
x6-x3
3T2
,然 后 取 平 均 值,即 a =a =
a1+a2+a3
3
; 或 由 a =
(x4+x5+x6)-(x1+x2+x3)
9T2
直接求得.若
为奇数段,则中间段往往不用,如5段,则不
用第三段,即a1=
x4-x1
3T2
,a2=
x5-x2
3T2
,然后
取 平 均 值,即 a =
a1+a2
2
;或 由 a =
(x4+x5)-(x1+x2)
6T2
直接求得,这样所给的
数据利用率高,提高了精确度.
2.图像法:先根据匀变速直线运动中某段时间
中点的瞬时速度等于这段时间内的平均速
度,vn=
xn+xn+1
2T
,求出打第n个点时纸带
的瞬时速度,然后作出v-t图像,图线的斜
率表示物体运动的加速度,即a=ΔvΔt.
[例3] 某同学用如图1所示的装置来研究
自由落体运动是什么性质的运动.图2是实
验中利用打点计时器记录自由落体运动的
轨迹时,得到的一条纸带,纸带上的点是从
放手开始打下的连续的计数点.两点之间的
距 离,s1 =96 mm,s2 =134 mm,s3 =
173mm,s4=211mm,相邻两计数点的时
间间隔为T.电源频率为50Hz.
(1)下列说法中正确的是 .
A.电火花打点计时器用的是220V 交流
电源
B.实验中使用秒表测量时间
C.实验时应先由静止释放纸带,然后赶紧
接通电源
D.求出的加速度一般比98m/s2 小,是因
为纸带和重锤受到阻力
(2)通过对纸带的分析,你认为自由落体运
动是做 (填“匀速”或“变速”)运动.你
的判断依据是: .
(3)根据纸带上的数据,用逐差法求加速度
的表达式为a= (用已知物理
量符号表示),加速度大小a=
m/s2(保留两位有效数字).
(4)打点计时器打下F 点,求物体在F 点的
速度公式vF= (用已知物理量
符号表示),大小为vF= m/s(保留
两位有效数字).
36
第二章 匀变速直线运动的研究
[思路点拨] (1)电火花计时器使用的是
220V的交流电源,打点计时器每隔002s
打一个点,可以直接读出两点的时间.做实
验时,应先接通电源,后释放纸带.
(2)通过相等时间内的位移判断自由落体
运动的性质.
(3)根据Δx=aT2,求加速度,a1=
s3-s1
2T2
,
a2=
s4-s2
2T2
,然后求出加速度的平均值.
(4)某段时间内平均速度等于其中间时刻的
瞬时速度,根据这一推论求出F点的速度.
[尝试解答]
▶[跟踪训练]
4.疫情期间“停课不停学”,小明同学在家自主
开展实验探究.用手机拍摄物体自由下落的
视频,得到分帧图片,利用图片中小球的位
置来测量当地的重力加速度,实验装置如图
1所示.
图1
(1)家中有乒乓球、小塑料球和小钢球,其中
最适合用作实验中下落物体的是
.
(2)下列主要操作步骤的正确顺序是
.(填写各步骤前的序号)
①把刻度尺竖直固定在墙上
②捏住小球,从刻度尺旁静止释放
③手机固定在三角架上,调整好手机镜头的
位置
④打开手机摄像功能,开始摄像
(3)停止摄像,从视频中截取三帧图片,图片
中的小球和刻度如图2所示.已知所截取的
图片相邻两帧之间的时间间隔为1
6s
,刻度
尺的分度值是1mm,由此测得重力加速度
为 m/s2.
图2
(4)在某次实验中,小明释放小球时手稍有
晃动,视频显示小球下落时偏离了竖直方
向.从该视频中截取图片, (选
填“仍能”或“不能”)用(3)问中的方法测出
重力加速度.
46
物理必修第一册