【解题模型】专题04自由落体及竖直上抛运动-2026高考物理

专题04自由落体及竖直上抛运动 模型总结 模型1 自由落体运动 1 模型2 竖直上抛运动 9 模型3 自由落体运动和竖直上抛运动的相遇问题 18 模型1 自由落体运动 1.条件：物体只受重力，从静止开始下落。 2.运动性质：初速度为零、加速度为g 的匀加速直线运动。 3.基本规律： (1)速度与时间的关系式：v＝gt。 (2)位移与时间的关系式：h＝gt2。 (3)速度位移关系式：v2＝2gh。 1．（2025·河南·一模）空中悬停的无人机从某高处先后自由释放两粒小石子甲和乙，不计空气阻力，则它们落地之前，下列说法正确的是（    ） A．两石子之间的距离不断变大 B．两石子之间的距离保持不变 C．甲相对乙做匀减速直线运动 D．甲相对乙做匀加速直线运动 【答案】A 【详解】AB．两石子均做自由落体运动，加速度均为。设甲比乙早释放时间，甲的位移为 乙的位移为 可知两石子间距为 当增大时，随线性增加，故两石子间距不断变大，故A正确，B错误； CD．甲与乙的加速度相同且均为g，甲相对乙的速度差为（为恒定值） 可知甲相对乙做匀速直线运动，故CD错误。 故选A。 2．（2025·云南楚雄·模拟预测）某人在室内以窗户为背景进行摄影时，恰好将窗外由某高处自由下落的小石子一同拍摄下，已知本次摄影的曝光时间为0.01s。测得照片中石子运动痕迹的长度为0.8cm，窗框的长度为4.0cm。已知窗框的实际长度为100cm，重力加速度。下列说法正确的是（　　） A．曝光时间内石子下落的距离为2cm B．曝光时刻石子运动的速度约为20m/s C．石子曝光前大约下落了0.08s D．石子曝光前大约下落了20m 【答案】BD 【详解】A．由题意可知，曝光时间内石子下落了，故A错误； B．由于曝光时间极短，则曝光时刻石子运动的速度近似等于全程的平均速度，则有，故B正确； C．根据速度公式有 结合上述，解得石子曝光前大约下落了，故C错误； D．根据速度与位移的关系有 结合上述，解得石子下落的高度，故D正确。 故选BD。 3．（2025·广西·模拟预测）如图为“眼疾手快”游戏装置示意图，游戏者接住从支架上随机落下的圆棒则游戏成功。已知圆棒长为35cm，某次游戏中圆棒P从静止下落，经过0.15s的反应时间后，游戏者的手从A点由静止开始沿AB连线做匀加速运动，到达B点（位于圆棒P的正下方）时刚好抓住正在通过B点的圆棒，B点与圆棒P下端的距离为45cm ，A、B间距20cm，不计空气阻力，。则游戏者的手从A点运动到B点的加速度可能为（　　） A．30m/s2 B．10m/s2 C．2m/s2 D．0.5m/s2 【答案】B 【详解】圆棒的下端达到B点时，其位移为，由自由落体运动公式 解得所需时间 圆棒的上端达到B点时，其位移为 由自由落体运动公式 解得所需时间 考虑游戏者的反应时间，则人的手从A点运动到B点的时间介于0.15s-0.25s，根据位移时间公式，可得则人的加速度最小值为 加速度的最大值为，故选B。 4．（2025·湖北黄冈·一模）某物理研究小组利用小球自由落体运动测量教学楼楼顶到地面的高度。如图所示，小组中一个成员将两个铁球1、2用细线连接，用手抓住球2使其与楼顶等高，悬在空中，然后由静止释放。小组其他成员测量下列哪组数据，就能测出楼顶到地面的高度（当地的重力加速度值已知，不计空气阻力）（   ） A．只需测出球1落到地面的总时间 B．只需测出球2落到地面的总时间 C．只需测出两球落到地面的时间差 D．需测出细线长度和两球落到地面的时间差 【答案】BD 【详解】根据题意可知， 且 所以要测量楼顶到地面的高度，需测出细线长度L和两球落到地面的时间差。 或者只测量只需测出球2落到地面的总时间，则楼高。 故选BD。 5．（24-25高三下·四川雅安·开学考试）高空坠物极易对行人造成伤害，工人为某小区安装空调外机时，由于操作不慎，两个膨胀螺丝a、b从高处同一位置由静止先后竖直下落到地面的草坪上，幸亏有警戒隔离，未造成人员受伤。忽略空气阻力和膨胀螺丝的大小，则两膨胀螺丝在空中运动时的间距d随膨胀螺丝b下落时间t的变化图像正确的是（　　） A． B． C． D． 【答案】B 【详解】设两膨胀螺丝释放的时间间隔为，膨胀螺丝下落时间为，膨胀螺丝下落时间为，因此两者间的距离 由于、都是常数，所以与是一次函数关系。 故选B。 6．（2025·河北·模拟预测）如图所示，一个沙漏装置挂在弹簧测力计下方，从出口至底部的高度为（足够大），沙子的总质量为。近似认为沙子从出口下落的初速度为0。沙子随时间均匀漏下，忽略空气阻力，不计沙子间的相互影响。沙子与容器底部碰撞的总时间为，重力加速度为，下列说法正确的是（　　） A．出口下方范围内沙子数与范围内沙子数相等 B．沙子落到容器底部变为静止的过程中，动量变化量的方向向下 C．容器底部受到的平均冲击力 D．从沙子开始下落到全部落到底部的过程中，弹簧测力计示数先变大后变小 【答案】C 【详解】A．由自由落体规律可知，沙子下落的高度越大，速度越大，故出口下方越靠近出口，沙子的速度越小，则出口下方范围内沙子下落时间大于出口下方范围内沙子下落时间，由于沙子随时间均匀漏下，所以出口下方范围内沙子数比范围内沙子数多，故A错误； B．质量为的沙子落到容器底部时的速度大小设为（方向向下），则沙子落到容器底部变为静止的过程中，动量变化量为 可知动量变化量的方向向上，故B错误； C．因为足够大，忽略沙漏底部沙子的高度，由动量定理可得 其中为极短时间内落到瓶底的沙子的质量，则有 求和可得 又 联立可得 故C正确； D．由于足够大，一开始沙子从出口逐渐下落过程，逐渐离开出口的沙子处于失重状态，弹簧测力计示数会变小；之后沙子落到底部的过程，逐渐落到底部的沙子处于超重状态，弹簧测力计示数会变大，所以从沙子开始下落到全部落到底部的过程中，弹簧测力计示数先变小后变大，故D错误。 故选C。 7．（2025·福建福州·模拟预测）设想在将来的某一天，一位航天员乘坐中国航天集团的飞行器，成功地降落在火星上。他在离火星地面表面高h（h远小于火星的半径）处无初速释放一小球，认为小球在火星表面做初速度为零的匀加速直线运动，即火星上的自由落体运动，并测得小球落地时速度为v（不计阻力），已知引力常量为G，火星半径为R，下列正确的是（　　） A．小球下落所用的时间 B．火星表面的重力加速度 C．火星的质量 D．若火星可视为质量均匀分布的球体，则火星的密度 【答案】BC 【详解】AB．根据动力学公式 解得火星表面的重力加速度为 小球下落所用的时间，故A错误，B正确； C．根据万有引力与重力的关系 解得火星的质量为，故C正确； D．若火星可视为质量均匀分布的球体，则火星的密度为，故D错误。 故选BC。 8．（2025·陕西咸阳·模拟预测）某同学用一氦气球悬挂一重物（可视为质点），从地面释放后沿竖直方向做初速度为零的匀加速直线运动，过了一段时间后，悬挂重物的细线断裂，又经过相同的时间，重物恰好落到地面。已知细线断裂时重物的高度为h，细线断裂后重物仅受到重力作用，重力加速度大小为g。下列说法正确的是（　　） A．细线断裂前重物的加速度大小为 B．细线断裂时重物的速度大小为 C．重物上升的最大高度为 D．重物落地时的速度大小为 【答案】AC 【详解】A．设重物匀加速上升的加速度大小为a，时间为t，根据题意有 解得，故A正确； B．设细线断裂时重物的速度大小为，有 解得，故B错误； C．细线断裂后，重物向上做匀减速运动，有 解得 则重物上升的最大高度，故C正确； D．根据 可得重物落地时的速度大小为，故D错误。 故选AC。 9．（2025·江西新余·模拟预测）三个完全相同的木块A、B、C质量均为m。三者从同一高度自由下落，但木块A在开始下落的瞬间被水平飞行的子弹击中，木块B在下落到一半高度时被水平飞来的子弹击中，子弹均留在木块中。则三个木块下落时间的大小关系是（　　） A． B． C． D． 【答案】C 【详解】木块C做自由落体，木块A在开始下落的瞬间被子弹射中，并留在其中，木块A与子弹一起做平抛运动，A、C在竖直方向上都做自由落体运动，且下落高度相同，由 可知二者下落的时间相同，即 木块B下落到一半高度时被水平飞来的子弹水平射中，子弹射入时间极短，子弹和木块之间的相互作用力远大于木块的重力，所以在竖直方向木块和子弹组成的系统动量守恒，设子弹的质量为m0，子弹击中木块之前木块B竖直方向的速度为vy，子弹击中木块后两者竖直方向的速度为，取竖直向下为正方向，则有 可得 所以子弹击中木块后，木块竖直方向的速度减小，木块落地时间延长，所以木块B运动的时间 故选C。 10．（2025·江西南昌·三模）我国“天问一号”成功探测火星。已知火星质量约为地球质量的，半径约为地球半径的。若在火星和地球表面，让小球做自由落体运动，从相同高度下落，小球在火星上的落地时间与在地球上的落地时间之比约为（　　） A． B． C． D． 【答案】D 【详解】根据 可得 根据 可得 可得 故选D。 模型2 竖直上抛运动 1.运动特点：初速度方向竖直向上，加速度为g，上升阶段做匀减速直线运动，下降阶段做自由落体运动。 2.运动性质：匀变速直线运动。 3.基本规律 (1)速度与时间的关系式：v＝v0－gt。 (2)位移与时间的关系式：x＝v0t－gt2。 4.竖直上抛运动的对称性(如图所示) (1)时间对称：物体上升过程中从A→C所用时间tAC和下降过程中从C→A所用时间tCA相等，同理tAB＝tBA。 (2)速度对称：物体上升过程经过A点的速度与下降过程经过A点的速度大小相等。 5.竖直上抛运动的研究方法： 分段法 上升阶段：a＝g的匀减速直线运动 下降阶段：自由落体运动 全程法 初速度v0向上，加速度g向下的匀变速直线运动，v＝v0－gt，h＝v0t－gt2(以竖直向上为正方向) 若v>0，物体上升，若v<0，物体下落 若h>0，物体在抛出点上方，若h<0，物体在抛出点下方 6.竖直上抛运动的多解性：当物体经过抛出点上方某个位置时，可能处于上升阶段，也可能处于下降阶段，造成多解，在解决问题时要注意这个特性。 11．（2025·福建泉州·一模）原地纵跳摸高是常见的体能测试项目。如图，一运动员站立时能摸到的最大高度为2.10m，运动员发力跳起后能摸到的最大高度为2.90m。已知运动员质量为50kg，不计空气阻力，则从离地后到最高点的过程中，运动员（　　） A．处于超重状态 B．所用时间约为0.8s C．平均速度大小约为2m/s D．重力势能增加量约为1450J 【答案】C 【详解】A．从离地后到最高点的过程中做竖直上抛运动，加速度向下，处于失重状态，故A错误； B．运动员跳起的垂直高度即重心上升的高度是 运动员离地后，只受重力作用，因此是竖直上抛运动，最高点速度为0，则根据可得起跳速度为 则根据可得，故B错误； C．根据平均速度公式可得，故C正确； D．重力势能增加量约为，故D错误。 故选C。 12．（2025·河北秦皇岛·模拟预测）某次训练中，球员将排球竖直向下拍出，排球触地弹回手中，手的位置不变。若不计排球触地时间和空气阻力。以竖直向下为正方向，则该过程中排球位移x、速度v分别随时间t变化的图像可能正确的是（　　） A． B． C． D． 【答案】A 【详解】AB．x−t图像的斜率表示速度，斜率的正负表示速度的方向，向下运动过程中，根据 x−t图像为开口向上的抛物线的一部分，且斜率为正。 向上运动过程中，根据 x−t图像为开口向上的抛物线的一部分，且斜率为负，故A正确，B错误； CD．向下运动过程中，速度为正值，做匀加速直线运动，排球触地前后速度大小不变，向上运动过程中，速度为负值，做匀减速直线运动，故CD错误。 故选A。 13．（25-26高三上·辽宁·月考）弹性球具有高弹性，将弹性球距离地面H0高处由静止释放，触地后能够反弹到高处，已知重力加速度为g，不计空气阻力，关于上述过程，下列说法正确的是（　　） A．弹性球碰地前后瞬间，速度变化量大小为 B．弹性球下落时间和上升时间之比为5:4 C．弹性球下落过程的平均速度和上升过程的平均速度大小之比为25:16 D．弹性球下落过程中速度变化率大于上升过程中的速度变化率 【答案】B 【详解】A．设碰地前速度大小为v1，碰地后速度大小为v2，则， 解得， 速度变化量为 弹性球碰地前后瞬间，速度变化量大小为，A错误； B．下落时间为 上升时间为 弹性球下落时间和上升时间之比为，B正确； C．下落平均速度为 上升平均速度为 弹性球下落过程的平均速度和上升过程的平均速度大小之比为，C错误； D．速度变化率为加速度，下落和上升过程加速度相等，均为，D错误。 故选B。 14．（10-11高三上·浙江绍兴·月考）在地质、地震、勘探、气象与地球物理等领域的研究中，需要精确的重力加速度g值，g值可由实验精确测定。近年来有一种测g值的方法叫“对称自由下落法”：将真空长直管沿竖直方向放置，自其中O点向上抛小球又落至原处的时间为T2，在小球运动过程中经过比O点高H的P点，小球离开P点至又回到P点所用的时间为T1，测得T1、T2和H，可求得g等于（　　） A． B． C． D． 【答案】A 【详解】由竖直上抛运动规律，从O点抛出到返回的总时间，对应上升和下落各时间。最大高度 小球经过P点时，从P点上升到最高点再返回的时间为，对应高度差 联立两式得 化简得 故选A。 15．（24-25高二下·广东深圳·期末）如图所示，水平地面上一辆平板车以的速度向前匀速行驶，时刻，在平板车前端的正前方距离处有一个小球在离地面高度处正以的初速度竖直向上抛出。已知平板车上表面离地高度为，车身长度，重力加速度，不计空气阻力。 (1)小球运动过程中距离地面的最大高度； (2)求小球落在平板车上的位置到车身前端的距离； (3)为了避免小球落在平板车上，小球竖直向上抛出的同时，小车开始做匀变速直线运动，求平板车的加速度所满足的条件。 【答案】(1)11.8m (2)1m (3)匀加速或者匀减速 【详解】（1）根据 可得小球上升的最大高度 则距离地面最大高度为 （2）设小球经过时间落在小车上，取竖直向上为正方向，则有 解得或（舍去） 平板车运动的位移为 则小球落在平板车上的位置到车身前端的距离为 （3）①若小车做匀加速直线运动，设最小加速度为，则小车运动位移满足条件为 解得 则平板车的加速度应满足，方向向前 ②若小车做匀减速直线运动，设最小加速度为，则小车运动位移满足条件为 解得 则平板车的加速度应满足，方向向后 16．（2025·北京·高考真题）某物体以一定初速度从地面竖直向上抛出，经过时间t到达最高点。在最高点该物体炸裂成两部分，质量分别为和m，其中A以速度v沿水平方向飞出。重力加速度为g，不计空气阻力。求： (1)该物体抛出时的初速度大小； (2)炸裂后瞬间B的速度大小； (3)落地点之间的距离d。 【答案】(1) (2) (3) 【详解】（1）物体竖直上抛至最高点时速度为0，由运动学公式 可得 （2）爆炸瞬间水平方向动量守恒，爆炸前总动量为0。A速度为v，设B速度为vB，由动量守恒定律得 解得 即大小为2v （3）根据竖直上抛运动的对称性可知下落时间与上升时间相等为t，则A的水平位移 B的水平位移 所以落地点A、B之间的距离 17．（2025·湖北·三模）如图a所示，在2024年世界泳联跳水世界杯西安超级总决赛中，陈艺文夺得女子单人3米板冠军。将3米板跳水运动简化为如下情境：运动员（视为质点）在空中做竖直上抛运动，在水中做匀减速直线运动，以竖直向上为正方向，其速度—时间（）图像如图b所示。已知跳板到水面的高度为，重力加速度为，忽略跳板的振动，不计空气阻力，以下说法正确的是（　　） A．运动员入水速度为 B．运动员入水速度为 C．运动员离跳板的最大高度为 D．运动员入水的最大深度为 【答案】D 【详解】AC．面积表示位移，由题图b可知，运动员在时刻入水，入水前向上运动的位移大小是向下运动的位移大小的，设运动员离跳板最大高度为，则有 解得 运动员在空中向下运动的位移 设运动员入水速度为，由自由落体运动规律 解得 故AC错误； B．运动员从至时间内做自由落体运动，由自由落体运动规律可知，入水速度应为 故B错误； D．由题图b可知，入水前后加速度大小之比为，即水中加速度大小 由逆向思维可知，入水最大深度 故D正确。 故选D。 18．（2025·河北张家口·三模）研究运动员蹦床运动时，用传感器记录了某运动员对蹦床作用力F的大小随时间t变化的关系图像，如图所示。已知时运动员刚好落到蹦床上，运动员的质量为50kg，运动员未与蹦床接触时蹦床水平，运动员在运动过程中身体始终保持竖直，忽略空气阻力，重力加速度大小取。运动员离开蹦床上升的最大高度h及运动员与蹦床接触过程中蹦床对运动员的平均作用力的大小分别为（　　） A．5m，2000N B．5m，2500N C．10m，2000N D．10m，2500N 【答案】B 【详解】自由落体时间为 最大高度为 离开跳床的速度大小为 运动员从最低点到离开跳床的时间是0.25s，根据动量定理得 解得 故选B。 19．（2025·安徽·三模）巴黎奥运会网球女子单打冠军郑钦文在比赛中将网球竖直向上抛出。已知网球在上升到最高点的过程中，最初0.5s与最后0.5s内上升的高度之比为2∶1，取重力加速度g=10m/s2，不计空气阻力，则网球抛出的初速度大小为（　　） A．9m/s B．7.5m/s C．5m/s D．2.5m/s 【答案】B 【详解】网球上升过程中，最后0.5s内上升的高度 网球抛出后最初0.5s内上升的高度 有 解得 故选B。 20．（2025高三·江苏·专题练习）奥运冠军全红婵在巴黎奥运会上再次上演“水花消失术”夺冠。在女子10 m跳台的决赛中（下面研究过程将全红婵视为质点），全红婵竖直向上跳离跳台的速度为5 m/s，竖直入水后到速度减为零的运动时间与空中运动时间相等，假设所受水的阻力恒定，不计空气阻力，全红婵的体重为35 kg，重力加速度大小取g=10 m/s2，则（　　） A．跳离跳台后上升阶段全红婵处于超重状态 B．入水后全红婵处于失重状态 C．全红婵在空中运动的时间为1.5s D．入水后全红婵受到水的阻力为612.5 N 【答案】D 【详解】A．跳离跳台后上升阶段，加速度竖直向下，则全红婵处于失重状态，A错误； B．入水后全红婵的加速度竖直向上，处于超重状态，B错误； C．以竖直向上为正方向，则根据，可得t=2 s，即全红婵在空中运动的时间为2 s，C错误； D．入水时的速度v1=v0-gt=-15 m/s，在水中的加速度大小，方向竖直向上，根据牛顿第二定律可知F阻=mg＋ma=35×10 N＋35×7.5 N=612.5 N，D正确。 故选D。 模型3 自由落体运动和竖直上抛运动的相遇问题 1．同时运动，相遇时间的确定 gt2＋v0t－gt2＝H，解得t＝，或a以b为参照物，a相对b向上做匀速运动H＝v0t，t＝。 2．要使a、b相遇，a的初速度v0满足条件的确定 (1)若在a球上升时两球相遇，则有t<，即<，解得v0>。 (2)若在a球下降时两球相遇且相遇处在a球抛出点上方，则有<t<，即<<，解得<v0<。 21．（2025·河北衡水·三模）如图所示，小球1和2从地面上方不同高度处同时由静止释放，已知小球1的释放点距地面的高度，落地后反弹上升的最大高度，小球1与地面的接触时间忽略不计，小球2与地面碰撞后不反弹，不计空气阻力，重力加速度取。 (1)求小球1落地后离开地面瞬间与落地前瞬间速度大小的比值； (2)若从小球1第一次落地后到第二次落地前，两小球能同时到达距地面上方高度处，求小球2释放的高度。 【答案】(1) (2)55m或 【详解】（1）根据速度位移关系 可得小球1落地瞬间的速度大小为 反弹速度大小为 解得 则小球1落地后离开地面瞬间与落地前瞬间速度大小的比值为 （2）小球1下落的时间 反弹到最高点的时间 解得 设小球1反弹到距地面上方高度处时间为，则有 代入数据得 若在小球1上升过程相遇，相遇时小球2下落的高度 解得 若在小球1下降过程相遇，相遇时小球2下落的高度 解得 故小球2离地的初始高度或 22．（2025·四川遂宁·一模）如图所示，长度为0.6m的圆筒竖直放在水平地面上，在圆筒正上方距其上端1.2m处有一小球（可视为质点）。在由静止释放小球的同时，将圆筒以v=6m/s竖直向上抛出，在圆筒上升过程，小球穿过圆筒的时间为（空气阻力不计，g取10 m/s2）（　　） A．0.4s B．0.3s C．0.2s D．0.1s 【答案】D 【详解】由于在空中小球和圆筒的加速度均为重力加速度，所以以圆筒为参考系，小球相对圆筒以竖直向下做匀速运动，则小球穿过圆筒的时间为 故选D。 23．（2025·江西景德镇·模拟预测）一长为L=0.4m的金属管从地面以v0的速率竖直上抛，管在运动过程中保持竖直，管口正上方高h=1.2m处有一小球同时自由下落，金属管落地前小球从管中穿过。已知重力加速度，不计空气阻力。若小球在管下降阶段穿过管，则v0可能是（　　） A．1m/s B．2m/s C．3m/s D．4m/s 【答案】C 【详解】若小球刚好在管上升到最高点时穿过管，则位移关系刚好满足 代入题中数据，解得 若小球在管刚落地时穿过管，则有 解得 所以满足的范围为 综合可知，C选项符合题意。 故选C。 24．（2025·黑龙江·二模）如图，质量为的弹性小球A从距地面高处由静止释放。释放A球的同时，在A球的正下方，以20m/s的速度将另一弹性球B从地面竖直向上抛出，B球的质量为4m。忽略空气阻力，两球碰撞时间极短，重力加速度g=10m/s2。求： (1)两球碰撞时A球距地面的高度及速度； (2)两球相碰后A球的最高点距地面的高度。 【答案】(1)20m/s，20m (2)27.2m 【详解】（1）设经时间两球相遇，则有 解得 此时球的速度为 此时球的速度为 相碰位置距地面高度为 （2）A球、B球碰撞过程动量守恒、机械能守恒有， 解得 碰后上升高度为 求两球相碰后A球的最高点距地面的高度为 25．（2025·四川乐山·二模）如图甲，小球A（视为质点）从地面开始做竖直上抛运动，同时小球B（视为质点）从距地面高度为h0处由静止释放，两小球距地面的高度h与运动时间t的关系图像如图乙，重力加速度大小为g，不计空气阻力，则（　　） A．A的初速度与B的落地时速度大小相等 B．A上升过程的平均速度小于B下降过程的平均速度 C．A、B处于同一高度时距地面 D．A、B落地的时间差为 【答案】AC 【详解】AB．由题图可知，B由静止释放时距地面的高度与A上升到最高点时距地面的高度相等，B由静止释放直到落地与A由抛出直到上升到最高点所用时间相等，所以，A的初速度与B落地时的速度大小相等，A上升过程的平均速度与B下降过程的平均速度大小相等，故A正确，B错误； C．设A竖直上抛的初速度为v0，则当AB到达同一高度时有， 联立解得， 所以A、B处于同一高度时距地面 故C正确； D．B落地时A刚好上升到最高点，所以AB落地的时间差就等于A从最高点下落到地面所用的时间，满足 解得 故D错误。 故选AC。 26．（2024·河南新乡·一模）时刻，小球甲（视为质点）从地面开始做竖直上抛运动，小球乙（视为质点）从距地面高度为处由静止释放，两小球距地面的高度与运动时间的关系图像如图所示，重力加速度大小为，不计空气阻力，下列说法正确的是（　　） A．甲的初速度比乙落地时的速度大 B．甲上升过程的平均速度比乙下降过程的平均速度小 C．甲、乙处于同一高度的时刻为 D．甲、乙落地的时间差为 【答案】C 【详解】AB．由题图可知，乙由静止释放时距地面的高度与甲上升到最高点时距地面的高度相等，乙由静止释放直到落地与甲由抛出直到上升到最高点所用时间相等，所以，甲的初速度与乙落地时的速度大小相等，甲上升过程的平均速度与乙下降过程的平均速度大小相等，故A、B错误； C．设甲竖直上抛的初速度为，则当甲、乙到达同一高度时有 又 联立求得 故C正确； D．乙落地时甲刚好上升到最高点，所以甲、乙落地的时间差就等于甲从最高点下落到地面所用的时间，满足 得 故D错误。 故选C。 27．（2024·福建·模拟预测）某人在地面上竖直向上先后发射两个物体，第1个物体的速度大小为v1=25m/s，经t0=1.5s从同一地点发射第2个物体，第2个物体的发射速度大小为v2=20m/s，忽略空气阻力，物体均可视为质点，重力加速度g=10m/s2。求： (1)第1个物体到达最高点时，两物体之间的间距； (2)两物体相遇时各自的速度。 【答案】(1)16.25m (2)16.25m/s，6.25m/s，方向均向下 【详解】（1）第1个物体到达最高点时用时间 上升的高度 此时第二个物体距离地面的高度 两物体之间的间距 （2）设第一个物体抛出后经过时间t两物体相遇，则 解得 t=4.125s 此时第一物体的速度 第二物体的速度 方向均向下。 28．（24-25高一上·陕西咸阳·期中）从地面以初速度v0竖直向上抛出一个小球A，与此同时，在该小球上抛能到达的最高点处有另外一个小球B以初速度v0竖直向下抛出。若忽略空气阻力，重力加速度为g，则从小球A抛出到两球相撞所需的时间为（　　） A． B． C． D． 【答案】B 【详解】小球A能到达的最高处的高度为 设经历t时间两球在空中相遇。根据位移公式可得 解得 故选B。 29．（2024·陕西西安·一模）如图所示，将小球a从地面以初速度竖直上抛的同时，将另一小球b从距地面h处由静止释放，a、b的质量相等，两球恰在0.5h处相遇（不计空气阻力）。则两球运动过程中（    ） A．小球a超重，小球b失重 B．相遇时两球速度差的大小为 C．从开始到相遇重力对a、b的冲量不相同 D．相遇后的任意时刻，重力对球a做功功率等于重力对球b做功功率 【答案】B 【详解】A．相遇时两球的加速度都向下，都处于失重状态，A错误； B．由题意可知，在处相遇，此时a球和b球的位移大小相同，所用时间相同；它们的加速度也相同，a竖直上抛，b自由落体；设相遇的时间为，相遇时a球的速度为，b球的速度为，则有 又由 ， 联立可得： ， B正确； C．从开始到相遇所用时间相同，a、b的质量相等；由冲量的定义可得重力对a、b的冲量相同，C错误； D．相遇时，a球的速度刚好为0，而b球的速度刚好为；相遇后，a的速度一直比b的速度小，而a、b的质量相等，故重力对球a做功功率小于重力对球b做功功率，D错误。 故选B。 30．（24-25高一上·湖南长沙·期中）如图所示，相同木棒A、B长都为L，竖直放置，相距高度差为H，但不在同一直线上，A棒由静止释放。同时B棒从地面竖直上抛，初速度为，不计空气阻力，重力加速度为g，则以下说法正确的是（　　） A．若A、B棒在空中相遇后又分离，两棒从相遇到分离经过的时间为 B．若，则B棒落地前都不会与A棒相遇 C．若，则B棒一定会在上升过程中与A棒相遇后又分离 D．若，则A棒一定会在落地前与B棒相遇后又分离 【答案】C 【详解】A．若A、B棒在空中相遇后又分离，设从开始到相遇的时间为，根据位移关系 解得 从开始到分离的时间为 ，根据位移关系 解得 则两棒从相遇到分离经过的时间 故A错误； B．设速度为时， B棒恰好落地时与A棒相遇，根据速度时间关系 对A有 联立解得 即当时B棒落地前都不会与A棒相遇，故B错误； C．假设B棒恰好在上升过程中与A棒相遇后又分离，B上升的时间 B上升的距离 A下降的距离 位移满足 联立解得 即当，则B棒一定会在上升过程中与A棒相遇后又分离，故C正确； D．设速度为时， A棒恰好在落地时与B棒相遇后又分离，根据 可得A运动的时间 时间应该满足 即 可解得 故D错误。 故选C。 第 1 页 共 5 页 学科网（北京）股份有限公司 $ 专题04自由落体及竖直上抛运动 模型总结 模型1 自由落体运动 1 模型2 竖直上抛运动 9 模型3 自由落体运动和竖直上抛运动的相遇问题 18 模型1 自由落体运动 1.条件：物体只受重力，从静止开始下落。 2.运动性质：初速度为零、加速度为g 的匀加速直线运动。 3.基本规律： (1)速度与时间的关系式：v＝gt。 (2)位移与时间的关系式：h＝gt2。 (3)速度位移关系式：v2＝2gh。 1．（2025·河南·一模）空中悬停的无人机从某高处先后自由释放两粒小石子甲和乙，不计空气阻力，则它们落地之前，下列说法正确的是（    ） A．两石子之间的距离不断变大 B．两石子之间的距离保持不变 C．甲相对乙做匀减速直线运动 D．甲相对乙做匀加速直线运动 2．（2025·云南楚雄·模拟预测）某人在室内以窗户为背景进行摄影时，恰好将窗外由某高处自由下落的小石子一同拍摄下，已知本次摄影的曝光时间为0.01s。测得照片中石子运动痕迹的长度为0.8cm，窗框的长度为4.0cm。已知窗框的实际长度为100cm，重力加速度。下列说法正确的是（　　） A．曝光时间内石子下落的距离为2cm B．曝光时刻石子运动的速度约为20m/s C．石子曝光前大约下落了0.08s D．石子曝光前大约下落了20m 3．（2025·广西·模拟预测）如图为“眼疾手快”游戏装置示意图，游戏者接住从支架上随机落下的圆棒则游戏成功。已知圆棒长为35cm，某次游戏中圆棒P从静止下落，经过0.15s的反应时间后，游戏者的手从A点由静止开始沿AB连线做匀加速运动，到达B点（位于圆棒P的正下方）时刚好抓住正在通过B点的圆棒，B点与圆棒P下端的距离为45cm ，A、B间距20cm，不计空气阻力，。则游戏者的手从A点运动到B点的加速度可能为（　　） A．30m/s2 B．10m/s2 C．2m/s2 D．0.5m/s2 4．（2025·湖北黄冈·一模）某物理研究小组利用小球自由落体运动测量教学楼楼顶到地面的高度。如图所示，小组中一个成员将两个铁球1、2用细线连接，用手抓住球2使其与楼顶等高，悬在空中，然后由静止释放。小组其他成员测量下列哪组数据，就能测出楼顶到地面的高度（当地的重力加速度值已知，不计空气阻力）（   ） A．只需测出球1落到地面的总时间 B．只需测出球2落到地面的总时间 C．只需测出两球落到地面的时间差 D．需测出细线长度和两球落到地面的时间差 5．（24-25高三下·四川雅安·开学考试）高空坠物极易对行人造成伤害，工人为某小区安装空调外机时，由于操作不慎，两个膨胀螺丝a、b从高处同一位置由静止先后竖直下落到地面的草坪上，幸亏有警戒隔离，未造成人员受伤。忽略空气阻力和膨胀螺丝的大小，则两膨胀螺丝在空中运动时的间距d随膨胀螺丝b下落时间t的变化图像正确的是（　　） A． B． C． D． 6．（2025·河北·模拟预测）如图所示，一个沙漏装置挂在弹簧测力计下方，从出口至底部的高度为（足够大），沙子的总质量为。近似认为沙子从出口下落的初速度为0。沙子随时间均匀漏下，忽略空气阻力，不计沙子间的相互影响。沙子与容器底部碰撞的总时间为，重力加速度为，下列说法正确的是（　　） A．出口下方范围内沙子数与范围内沙子数相等 B．沙子落到容器底部变为静止的过程中，动量变化量的方向向下 C．容器底部受到的平均冲击力 D．从沙子开始下落到全部落到底部的过程中，弹簧测力计示数先变大后变小 7．（2025·福建福州·模拟预测）设想在将来的某一天，一位航天员乘坐中国航天集团的飞行器，成功地降落在火星上。他在离火星地面表面高h（h远小于火星的半径）处无初速释放一小球，认为小球在火星表面做初速度为零的匀加速直线运动，即火星上的自由落体运动，并测得小球落地时速度为v（不计阻力），已知引力常量为G，火星半径为R，下列正确的是（　　） A．小球下落所用的时间 B．火星表面的重力加速度 C．火星的质量 D．若火星可视为质量均匀分布的球体，则火星的密度 8．（2025·陕西咸阳·模拟预测）某同学用一氦气球悬挂一重物（可视为质点），从地面释放后沿竖直方向做初速度为零的匀加速直线运动，过了一段时间后，悬挂重物的细线断裂，又经过相同的时间，重物恰好落到地面。已知细线断裂时重物的高度为h，细线断裂后重物仅受到重力作用，重力加速度大小为g。下列说法正确的是（　　） A．细线断裂前重物的加速度大小为 B．细线断裂时重物的速度大小为 C．重物上升的最大高度为 D．重物落地时的速度大小为 9．（2025·江西新余·模拟预测）三个完全相同的木块A、B、C质量均为m。三者从同一高度自由下落，但木块A在开始下落的瞬间被水平飞行的子弹击中，木块B在下落到一半高度时被水平飞来的子弹击中，子弹均留在木块中。则三个木块下落时间的大小关系是（　　） A． B． C． D． 10．（2025·江西南昌·三模）我国“天问一号”成功探测火星。已知火星质量约为地球质量的，半径约为地球半径的。若在火星和地球表面，让小球做自由落体运动，从相同高度下落，小球在火星上的落地时间与在地球上的落地时间之比约为（　　） A． B． C． D． 模型2 竖直上抛运动 1.运动特点：初速度方向竖直向上，加速度为g，上升阶段做匀减速直线运动，下降阶段做自由落体运动。 2.运动性质：匀变速直线运动。 3.基本规律 (1)速度与时间的关系式：v＝v0－gt。 (2)位移与时间的关系式：x＝v0t－gt2。 4.竖直上抛运动的对称性(如图所示) (1)时间对称：物体上升过程中从A→C所用时间tAC和下降过程中从C→A所用时间tCA相等，同理tAB＝tBA。 (2)速度对称：物体上升过程经过A点的速度与下降过程经过A点的速度大小相等。 5.竖直上抛运动的研究方法： 分段法 上升阶段：a＝g的匀减速直线运动 下降阶段：自由落体运动 全程法 初速度v0向上，加速度g向下的匀变速直线运动，v＝v0－gt，h＝v0t－gt2(以竖直向上为正方向) 若v>0，物体上升，若v<0，物体下落 若h>0，物体在抛出点上方，若h<0，物体在抛出点下方 6.竖直上抛运动的多解性：当物体经过抛出点上方某个位置时，可能处于上升阶段，也可能处于下降阶段，造成多解，在解决问题时要注意这个特性。 11．（2025·福建泉州·一模）原地纵跳摸高是常见的体能测试项目。如图，一运动员站立时能摸到的最大高度为2.10m，运动员发力跳起后能摸到的最大高度为2.90m。已知运动员质量为50kg，不计空气阻力，则从离地后到最高点的过程中，运动员（　　） A．处于超重状态 B．所用时间约为0.8s C．平均速度大小约为2m/s D．重力势能增加量约为1450J 12．（2025·河北秦皇岛·模拟预测）某次训练中，球员将排球竖直向下拍出，排球触地弹回手中，手的位置不变。若不计排球触地时间和空气阻力。以竖直向下为正方向，则该过程中排球位移x、速度v分别随时间t变化的图像可能正确的是（　　） A． B． C． D． 13．（25-26高三上·辽宁·月考）弹性球具有高弹性，将弹性球距离地面H0高处由静止释放，触地后能够反弹到高处，已知重力加速度为g，不计空气阻力，关于上述过程，下列说法正确的是（　　） A．弹性球碰地前后瞬间，速度变化量大小为 B．弹性球下落时间和上升时间之比为5:4 C．弹性球下落过程的平均速度和上升过程的平均速度大小之比为25:16 D．弹性球下落过程中速度变化率大于上升过程中的速度变化率 14．（10-11高三上·浙江绍兴·月考）在地质、地震、勘探、气象与地球物理等领域的研究中，需要精确的重力加速度g值，g值可由实验精确测定。近年来有一种测g值的方法叫“对称自由下落法”：将真空长直管沿竖直方向放置，自其中O点向上抛小球又落至原处的时间为T2，在小球运动过程中经过比O点高H的P点，小球离开P点至又回到P点所用的时间为T1，测得T1、T2和H，可求得g等于（　　） A． B． C． D． 15．（24-25高二下·广东深圳·期末）如图所示，水平地面上一辆平板车以的速度向前匀速行驶，时刻，在平板车前端的正前方距离处有一个小球在离地面高度处正以的初速度竖直向上抛出。已知平板车上表面离地高度为，车身长度，重力加速度，不计空气阻力。 (1)小球运动过程中距离地面的最大高度； (2)求小球落在平板车上的位置到车身前端的距离； (3)为了避免小球落在平板车上，小球竖直向上抛出的同时，小车开始做匀变速直线运动，求平板车的加速度所满足的条件。 16．（2025·北京·高考真题）某物体以一定初速度从地面竖直向上抛出，经过时间t到达最高点。在最高点该物体炸裂成两部分，质量分别为和m，其中A以速度v沿水平方向飞出。重力加速度为g，不计空气阻力。求： (1)该物体抛出时的初速度大小； (2)炸裂后瞬间B的速度大小； (3)落地点之间的距离d。 17．（2025·湖北·三模）如图a所示，在2024年世界泳联跳水世界杯西安超级总决赛中，陈艺文夺得女子单人3米板冠军。将3米板跳水运动简化为如下情境：运动员（视为质点）在空中做竖直上抛运动，在水中做匀减速直线运动，以竖直向上为正方向，其速度—时间（）图像如图b所示。已知跳板到水面的高度为，重力加速度为，忽略跳板的振动，不计空气阻力，以下说法正确的是（　　） A．运动员入水速度为 B．运动员入水速度为 C．运动员离跳板的最大高度为 D．运动员入水的最大深度为 18．（2025·河北张家口·三模）研究运动员蹦床运动时，用传感器记录了某运动员对蹦床作用力F的大小随时间t变化的关系图像，如图所示。已知时运动员刚好落到蹦床上，运动员的质量为50kg，运动员未与蹦床接触时蹦床水平，运动员在运动过程中身体始终保持竖直，忽略空气阻力，重力加速度大小取。运动员离开蹦床上升的最大高度h及运动员与蹦床接触过程中蹦床对运动员的平均作用力的大小分别为（　　） A．5m，2000N B．5m，2500N C．10m，2000N D．10m，2500N 19．（2025·安徽·三模）巴黎奥运会网球女子单打冠军郑钦文在比赛中将网球竖直向上抛出。已知网球在上升到最高点的过程中，最初0.5s与最后0.5s内上升的高度之比为2∶1，取重力加速度g=10m/s2，不计空气阻力，则网球抛出的初速度大小为（　　） A．9m/s B．7.5m/s C．5m/s D．2.5m/s 20．（2025高三·江苏·专题练习）奥运冠军全红婵在巴黎奥运会上再次上演“水花消失术”夺冠。在女子10 m跳台的决赛中（下面研究过程将全红婵视为质点），全红婵竖直向上跳离跳台的速度为5 m/s，竖直入水后到速度减为零的运动时间与空中运动时间相等，假设所受水的阻力恒定，不计空气阻力，全红婵的体重为35 kg，重力加速度大小取g=10 m/s2，则（　　） A．跳离跳台后上升阶段全红婵处于超重状态 B．入水后全红婵处于失重状态 C．全红婵在空中运动的时间为1.5s D．入水后全红婵受到水的阻力为612.5 N 模型3 自由落体运动和竖直上抛运动的相遇问题 1．同时运动，相遇时间的确定 gt2＋v0t－gt2＝H，解得t＝，或a以b为参照物，a相对b向上做匀速运动H＝v0t，t＝。 2．要使a、b相遇，a的初速度v0满足条件的确定 (1)若在a球上升时两球相遇，则有t<，即<，解得v0>。 (2)若在a球下降时两球相遇且相遇处在a球抛出点上方，则有<t<，即<<，解得<v0<。 21．（2025·河北衡水·三模）如图所示，小球1和2从地面上方不同高度处同时由静止释放，已知小球1的释放点距地面的高度，落地后反弹上升的最大高度，小球1与地面的接触时间忽略不计，小球2与地面碰撞后不反弹，不计空气阻力，重力加速度取。 (1)求小球1落地后离开地面瞬间与落地前瞬间速度大小的比值； (2)若从小球1第一次落地后到第二次落地前，两小球能同时到达距地面上方高度处，求小球2释放的高度。 22．（2025·四川遂宁·一模）如图所示，长度为0.6m的圆筒竖直放在水平地面上，在圆筒正上方距其上端1.2m处有一小球（可视为质点）。在由静止释放小球的同时，将圆筒以v=6m/s竖直向上抛出，在圆筒上升过程，小球穿过圆筒的时间为（空气阻力不计，g取10 m/s2）（　　） A．0.4s B．0.3s C．0.2s D．0.1s 23．（2025·江西景德镇·模拟预测）一长为L=0.4m的金属管从地面以v0的速率竖直上抛，管在运动过程中保持竖直，管口正上方高h=1.2m处有一小球同时自由下落，金属管落地前小球从管中穿过。已知重力加速度，不计空气阻力。若小球在管下降阶段穿过管，则v0可能是（　　） A．1m/s B．2m/s C．3m/s D．4m/s 24．（2025·黑龙江·二模）如图，质量为的弹性小球A从距地面高处由静止释放。释放A球的同时，在A球的正下方，以20m/s的速度将另一弹性球B从地面竖直向上抛出，B球的质量为4m。忽略空气阻力，两球碰撞时间极短，重力加速度g=10m/s2。求： (1)两球碰撞时A球距地面的高度及速度； (2)两球相碰后A球的最高点距地面的高度。 25．（2025·四川乐山·二模）如图甲，小球A（视为质点）从地面开始做竖直上抛运动，同时小球B（视为质点）从距地面高度为h0处由静止释放，两小球距地面的高度h与运动时间t的关系图像如图乙，重力加速度大小为g，不计空气阻力，则（　　） A．A的初速度与B的落地时速度大小相等 B．A上升过程的平均速度小于B下降过程的平均速度 C．A、B处于同一高度时距地面 D．A、B落地的时间差为 26．（2024·河南新乡·一模）时刻，小球甲（视为质点）从地面开始做竖直上抛运动，小球乙（视为质点）从距地面高度为处由静止释放，两小球距地面的高度与运动时间的关系图像如图所示，重力加速度大小为，不计空气阻力，下列说法正确的是（　　） A．甲的初速度比乙落地时的速度大 B．甲上升过程的平均速度比乙下降过程的平均速度小 C．甲、乙处于同一高度的时刻为 D．甲、乙落地的时间差为 27．（2024·福建·模拟预测）某人在地面上竖直向上先后发射两个物体，第1个物体的速度大小为v1=25m/s，经t0=1.5s从同一地点发射第2个物体，第2个物体的发射速度大小为v2=20m/s，忽略空气阻力，物体均可视为质点，重力加速度g=10m/s2。求： (1)第1个物体到达最高点时，两物体之间的间距； (2)两物体相遇时各自的速度。 28．（24-25高一上·陕西咸阳·期中）从地面以初速度v0竖直向上抛出一个小球A，与此同时，在该小球上抛能到达的最高点处有另外一个小球B以初速度v0竖直向下抛出。若忽略空气阻力，重力加速度为g，则从小球A抛出到两球相撞所需的时间为（　　） A． B． C． D． 29．（2024·陕西西安·一模）如图所示，将小球a从地面以初速度竖直上抛的同时，将另一小球b从距地面h处由静止释放，a、b的质量相等，两球恰在0.5h处相遇（不计空气阻力）。则两球运动过程中（    ） A．小球a超重，小球b失重 B．相遇时两球速度差的大小为 C．从开始到相遇重力对a、b的冲量不相同 D．相遇后的任意时刻，重力对球a做功功率等于重力对球b做功功率 30．（24-25高一上·湖南长沙·期中）如图所示，相同木棒A、B长都为L，竖直放置，相距高度差为H，但不在同一直线上，A棒由静止释放。同时B棒从地面竖直上抛，初速度为，不计空气阻力，重力加速度为g，则以下说法正确的是（　　） A．若A、B棒在空中相遇后又分离，两棒从相遇到分离经过的时间为 B．若，则B棒落地前都不会与A棒相遇 C．若，则B棒一定会在上升过程中与A棒相遇后又分离 D．若，则A棒一定会在落地前与B棒相遇后又分离 第 1 页 共 5 页 学科网（北京）股份有限公司 $