人教版必修第一册 2.4 自由落体运动
一、单选题
1.伽利略做了两个著名的“斜面实验”,都是采用在实验的基础上进一步推理得出重要结论的方法。为了研究自由落体运动的规律,他让铜球沿斜面滚下,利用滴水计时记录铜球运动的时间,研究小球的质量、斜面倾角等因素对铜球的运动的影响,如图所示;在研究力和运动关系的时候,用两个对接的斜面,一个斜面固定,让小球从斜面上滚下,又滚上另一个倾角可以改变的斜面,
1 32 1
2 130 4
3 298 9
4 526 16
5 824 25
6 1192 36
7 1600 49
8 2140 64
表格是伽利略1604年做图所示实验时手稿中记录的一组数据。表中第一列是时间单位,第二列是物体沿斜面运动的距离单位,第三列是分析实验数据时添加的距离(位移)比例关系。通过对表中数据及研究过程进行分析,下列说法不正确的是( )
A.实验结果表明,铜球的运动是匀加速直线运动
B.若斜面倾角一定,铜球沿斜面运动的位移与所用时间成正比
C.在倾角小的斜面上进行实验,可“冲淡”重力的作用,使测量时间更容易
D.伽利略用外推的方法得到斜面倾角增大到90°,铜球仍然会保持匀加速运动的性质
2.一个两端封闭的玻璃管(也称牛顿管),其中一端有开关,玻璃管可以与外界相通,把质量不相同的铁片和羽毛放到玻璃管中,玻璃管竖直放置,如图所示,让铁片和羽毛从玻璃管上方同时开始下落,观察下落情况,下列说法正确的是( )
A.玻璃管内存在空气时,金属片和羽毛均做自由落体运动
B.玻璃管内存在空气时,金属片和羽毛下落的加速度相同
C.玻璃管抽成真空后,金属片和羽毛下落一样快
D.玻璃管抽成真空后,金属片比羽毛下落快
3.进入建筑工地必须戴上安全帽,以避免高空坠物造成伤害,工地塔吊上掉落一螺丝帽,假设它做自由落体运动,其落地速度为20m/s,重力加速度g=l0m/s2,下列说法正确的是( )
A.下落的时间为3s
B.下落的高度为20m
C.下落过程中的平均速度为15m/s
D.最后1s的位移为10m
4.下列说法正确的是( )
A.只有体积很小的物体可以被视为质点
B.高中生早上7∶40开始上课,7∶40指的是时间
C.参考系必须选取静止不动的物体
D.伽利略对自由落体运动的研究,采用了实验与逻辑推理相结合的方法
5.某同学从砖墙前的某一高度处使一个石子自由落下,该同学用相机拍摄到石子下落过程中的一张照片,如图所示,由于石子的运动,它在照片上留下了一条模糊的径迹,已知每块砖的平均厚度为,相机的曝光时间为,不计空气阻力,则该石子由静止下落至A位置所需的时间和在A位置的速度大小最接近( )
A. B. C. D.
6.关于自由落体运动,下列说法正确的是( )
A.一片树叶在空中飘落的过程可视为自由落体运动
B.自由落体运动的物体第1s内的位移约为5m
C.自由落体运动的物体速度变化越来越快
D.自由落体运动的物体第ls末、第2s末、第3s末的速度之比为1∶3∶5
7.两位同学分别在塔的不同高度,用两个轻重不同的小球做自由落体运动实验,已知甲球重力是乙球重力的两倍,释放甲球处的高度是释放乙球处高度的两倍,则下列说法正确的是( )
A.甲球下落的加速度是乙球的2倍
B.甲、乙两球下落的加速度相等
C.甲、乙两球落地时的速度相等
D.甲、乙两球下落过程所需时间之比为
8.高空坠物非常危险,现在高层住宅越来越多,因此人们一定要有安全防范意识.假设某住宅楼上坠物做自由落体运动,开始2s内的下落高度与最后2s内的下落高度之比为2:5,重力加速度g取10m/s2,则物体落地时的速度大小为( )
A.15m/s B.25m/s C.35m/s D.45m/s
9.始个物体做竖直上抛运动,开始2s上升的高度与最后2s内上升的高度之比为2:1,不计空气阻力,重力加速度大小g取10m/s2,则物体上升的最大高度是( )
A.38m B.42m C.45m D.48m
10.一个从地面竖直上抛的物体两次经过一个较低的点A的时间间隔是TA,两次经过一个较高的点B的时间间隔是TB,重力加速度为g,则A、B之间的距离为( )
A.g(TA2﹣TB2) B.g(TA2﹣TB2)
C.g(TA2﹣TB2) D.g(TA2+TB2)
11.如图是某同学用手机拍摄的小球做自由落体运动的照片,已知照片的曝光时间为,每块砖的厚度为,根据图片信息,小球的释放位置距A点的距离约为( )
A. B. C. D.
12.矿井中的升降机从井底开始以5 m/s的速度竖直向上匀速运行,某时刻一螺钉从升降机底板松脱,经过3 s升降机底板上升至井口,此时松脱的螺钉刚好落到井底,不计空气阻力,取重力加速度g=10 m/s2,下列说法正确的是( )
A.螺钉松脱后做自由落体运动
B.矿井的深度为30 m
C.螺钉落到井底时的速度大小为25 m/s
D.螺钉随升降机从井底出发到落回井底共用时6 s
13.摄影是留住美好的重要方式之一、瓜果飘香的季节,某摄影爱好者拍摄苹果自由下落的照片如图所示,经测量,,对应的相机曝光时间为0.01s,已知照片中的长度与实际长度之比为,则苹果下落点距B点对应的实际点的高度约为( )
A.5m B.10m C.15m D.20m
14.动物跳跃时会以一定的初速度离开地面,下表是袋鼠与跳蚤竖直跳跃时的最大高度。若不计空气阻力,则袋鼠离地的瞬时速度约是跳蚤的多少倍( )
跳跃的竖直高度(米)
袋鼠 2.5
跳蚤 0.1
A.2.5 B.5 C.25 D.50
15.如图所示,某学习小组利用刻度尺估测反应时间∶甲同学捏住刻度尺上端,使刻度尺保持竖直,刻度尺零刻度线a位于乙同学的两指之间。当乙看见甲放开刻度尺时,立即用手指捏住刻度尺,根据乙手指所在位置的刻度值即可算出反应时间。为简化计算,某同学将刻度尺刻度进行了改进,在刻度尺的反面标记反应时间的刻度线和刻度值(单位:s),制作了“反应时间测量仪”。下列四幅示意图中刻度线和刻度值标度可能正确的是( )
A. B.
C. D.
二、填空题
16.小球自由下落过程中,用闪光照相的方法,获得的数据如图所示,每次闪光的时间间隔为s,由此得到重力加速度的值是___________m/s2,图中30mm处物体的速度是___________m/s。
17.一做自由落体运动的物体,落地时速度为,不计空气阻力(取),则:物体下落过程所用的时间为___________;物体抛出点离地面的高度为___________。
18.甲球由塔顶自由下落,当它下落高度a时,乙球在塔顶以下距离为b处开始自由下落,结果两球同时落地,可知a___________b(选填“大于”、“等于”或“小于”),塔高为___________。
三、解答题
19.比萨斜塔塔高54.5m。如果伽利略在塔的顶端让一只铁球自由下落,求铁球下落的时间和落地时的速度。
20.跳伞运动是一项极具观赏性的运动项目,当飞机悬停在空中的某一高度时,跳伞运动员由静止从飞机上自由下落。当运动员距离地面的高度为448m时,打开降落伞包,运动员立即以大小为4m/s2的加速度做匀减速直线运动,着陆时速度大小为4m/s。已知重力加速度g取10m/s2,打开降落伞前,不计空气阻力。求:
(1)打开降落伞瞬间运动员的速度大小;
(2)飞机悬停时,距离地面的高度应为多少?
(3)跳伞运动员在空中运动的总时间为多少?
21.物体从125m高的地方静止释放做自由落体运动,不计空气阻力(g取10m/s2)求:
(1)物体经过多长时间落地;
(2)物体在全程中间时刻的速度;
(3)物体下落最后1s内的位移。
22.安庆市五千年文博园将古典徽派建筑与苏州园林风格相结合,园内不少亭台的设计非常巧妙,下雨时可以清晰地听到雨滴落下的滴答声。一天细雨霏霏,某同学观察到每隔一定时间有水滴从亭檐由静止开始下落。已知第一滴水滴用时落到地面时,刚好有另一水滴开始滴落,此时空中还有另外两滴水滴正在下落。忽略空气阻力,g取。求:
(1)此亭檐离地的高度和水滴落地时的速度;
(2)第一滴水滴落地的瞬间,空中的第二滴和第三滴水滴之间的距离。
试卷第1页,共3页
试卷第1页,共3页
参考答案:
1.B
【解析】
【详解】
A.实验结果表明,小球下滑时位移关系满足 x=常量,可知铜球的运动是匀加速直线运动,选项A正确,不符合题意;
B.由表中数据可知,若斜面倾角一定,铜球沿斜面运动的位移与所用时间平方成正比,选项B错误,符合题意;
C.在倾角小的斜面上进行实验,可“冲淡”重力的作用,使测量时间更容易,选项C正确,不符合题意;
D.伽利略用外推的方法得到斜面倾角增大到90°,铜球仍然会保持匀加速运动的性质,从而得到自由落体运动的规律,选项D正确,不符合题意。
故选B。
2.C
【解析】
【详解】
AB.玻璃管内存在空气时,由于金属片和羽毛的形状和质量不同,则所受重力和空气阻力不同,则金属片和羽毛以不同的加速度向下加速,故AB错误;
CD.玻璃管抽成真空后,没有了空气阻力,金属片和羽毛均做自由落体运动,根据
可知
则下落高度一样,下落所用时间一样,故金属片和羽毛下落一样快,故D错误C正确。
故选C。
3.B
【解析】
【详解】
A.下落的时间为
选项A错误;
B.下落的高度为
选项B正确;
C.下落过程中的平均速度为
选项C错误;
D.最后1s的位移为
选项D错误。
故选B。
4.D
【解析】
【详解】
A.当物体的形状、大小对所研究的问题没有影响或影响可忽略不计时,我们就可以把它看成质点,与质量大小、体积大小无关,故A错误;
B.高中生早上7∶40开始上课,7∶40指的是时刻,故B错误;
C.参考系就是假定为不动的物体,可以任意选取,故C错误;
D.伽利略对自由落体运动的研究,采用了实验与逻辑推理相结合的方法,故D正确。
故选D。
5.B
【解析】
【详解】
径迹约两块砖的厚度,则曝光时间内石子的速度约为
石子由静止下落至A位置所需的时间约为
故选B。
6.B
【解析】
【详解】
A.一片树叶在空中飘落的过程,空气阻力不能忽略不计,不是自由落体运动,故A错误;
B.根据位移时间公式,可得自由落体运动的物体第1s内的位移约为
故B正确;
C.加速度反映速度变化的快慢,因自由落体运动的物体的加速度为g,恒定不变,故自由落体运动的物体速度变化不会越来越快,故C错误;
D.因自由落体运动的初速度为零,根据速度时间公式
可知速度与时间成正比,故自由落体运动的物体第ls末、第2s末、第3s末的速度之比为1∶2∶3,故D错误。
故选B。
7.B
【解析】
【详解】
AB.两球均只受重力,故加速度相同,均为g,故A错误,B正确;
C.两球落地时的速度
与高度有关,故落地速度不相等,故C错误;
D.落地时间
与成正比,故时间之比为:1,故D错误;
故选B。
8.C
【解析】
【详解】
物体开始2s内下落高度
则由题意可知,最后2s内下落的高度
根据平均速度公式可知,最后2s中间时刻的速度
则物体自由下落的时间
则物体落地时的速度大小为
故C正确,ABD错误。
9.C
【解析】
【详解】
竖直运动前2s,设初速度为,则有
后2s,反向看可以当成从0开始的自由落体的前2s,则有
又
即
解得
故竖直上升的最大高度由速度位移公式可得
ABD错误,C正确。
10.A
【解析】
【详解】
小球做竖直上抛运动,根据运动时间的对称性得,物体从最高点自由下落到A点的时间为,物体从最高点自由下落到B点的时间为,竖直上抛运动的加速度 ,由
可得最高点到A点的距离为
最高点到B点的距离为
A点在B点下方,解得,AB相距
故选A。
11.A
【解析】
【详解】
小球在曝光时间内的平均速度为
因为曝光时间很小,所以平均速度可近似看作是小球经A点的瞬时速度,由速度位移公式,可得小球的释放位置距A点的距离约为
A正确,BCD错误。
故选A。
12.C
【解析】
【详解】
A.螺钉松脱时具有与升降机相同的竖直向上的初速度,故螺钉脱落后做竖直上抛运动,A错误;
B.取竖直向上为正方向,螺钉从脱落至落到井底的位移
h1=
升降机这段时间的位移
h2=v0t=15 m
故矿井的深度为
h=|h1|+h2=45 m
故B错误;
C.螺钉落到井底时的速度为
v=v0-gt=-25 m/s
故速度大小为25 m/s,C正确;
D.螺钉松脱前运动的时间为
t′==6 s
所以螺钉运动的总时间为
t总=t+t′=9 s
故D错误。
故选C。
13.A
【解析】
【详解】
苹果下落到B点的速度约为
苹果下落点距B点对应的实际点的高度约为
故选A。
14.B
【解析】
【详解】
设袋鼠离地的瞬时速度为,跳跃的竖直高度为,跳蚤离地的瞬时速度为,跳跃的竖直高度为,根据运动学公式得
联立解得
故B正确,ACD错误。
故选B。
15.C
【解析】
【详解】
自由落体的物体在连续的相等的时间内位移之比是1:3:5,由此刻度尺的反面标记反应时间的刻度线和刻度值应按C项排列,
故选C。
16. 9 0.75
【解析】
【详解】
[1]根据逐差公式有
a = × 10 - 3m/s2 = 9m/s2
[2]平均速度代表中间时刻的瞬时速度由
v = = × 10 - 3m/s2 = 0.75m/s
17. 4 80
【解析】
【详解】
[1]根据速度公式得
[2]根据位移公式得
18. 小于
【解析】
【详解】
[1]甲球下落高度a时,已经具有一定的初速度,乙球从b处开始自由下落,若a等于b,则必定甲球先落地,结果两球同时落地,可知a小于b。
[2]由
可知,甲球下落a时有
设塔高为h,则对乙球有
对甲球有
代入得
19.3.34s,32.7m/s
【解析】
【分析】
【详解】
根据公式,可求出铁球下落的时间
根据公式,可求出铁球落到地面时的速度
20.(1)60m/s;(2)628m;(3)20s。
【解析】
【详解】
(1)设打开降落伞瞬间运动员的速度为,运动员从打开降落伞至落地瞬间,
由运动学公式
代入数据解得
(2)运动员自由下落的高度为
所以飞机悬停时距离地面的高度为
(3)运动员自由下落的时间为
打开降落伞包到着陆的时间为
则跳伞运动员在空中运动的总时间为
21.(1)5s;(2)25m/s,方向竖直向下;(3)45m,方向竖直向下
【解析】
【详解】
(1)物体总下落时间为
(2)物体在全程中间时刻的速度大小为
方向竖直向下。
(3)物体下落最后1s内的位移大小为
方向竖直向下。
22.(1)7.2m,12m/s;(2)2.4m
【解析】
【详解】
(1)由公式
得
由速度公式
得
(2)水滴落下的时间间隔为
第二滴水滴距离地面的高度
第三滴水滴距离地面的高度
第二滴水和第三滴水之间的距离
答案第1页,共2页
答案第1页,共2页