鲁科版（2019）必修第一册第2章第五节自由落体运动实例分析练习含解析

第5节
自由落体运动
课时2
自由落体运动实例分析
考点1自由落体运动的规律
1.(2019·山东泰安一中月考)同学们利用如图2-5-2-1所示方法估测反应时间。首先,甲同学捏住直尺上端,使直尺保持竖直状态,直尺零刻度线位于乙同学的两指之间。当乙看见甲放开直尺时,立即用手指捏直尺,若捏住位置的刻度读数为x,已知重力加速度为g。
图2-5-2-1
(1)用x和g表示出乙同学的反应时间。
(2)基于上述原理,某同学用直尺制作测量反应时间的工具,若测量的反应时间范围为0~0.4
s,g取10
m/s2,则所用直尺的长度至少为多少?
(3)若以相等时间间隔在该直尺的另一面标记出表示反应时间的刻度线,则每个时间间隔在直尺上对应的长度是否是相等的,请说明理由。
2.(2019·浙江临安中学月考)小芳是一个善于思考的女孩,她在学过自由落体运动规律后,对自家屋檐上下落的雨滴产生了兴趣。她坐在窗前发现从屋檐上每隔相等时间滴下一滴水,当第5滴正欲滴下时,第1滴刚好落到地面,而第3滴与第2滴分别位于高1
m的窗子的上、下沿,小芳同学在自己的作业本上画出了如图2-5-2-2所示的雨滴下落距离同自家房子尺寸的关系图,其中2点和3点之间的小矩形表示小芳正对的窗子,请问:滴水的时间间隔是多少?此屋檐离地面多高?
图2-5-2-2
3.(2019·浙江宁波章节测试)
如图2-5-2-3所示,空降兵从飞机上跳伞时,为了保证安全着陆,着陆最后阶段,降落伞匀速下落的速度约为6
m/s。平时训练为了模拟落地情况,空降兵经常从高台上跳下,重力加速度g取10
m/s2,则训练时高台的高度约为(　　)。
图2-5-2-3
A.0.5
m
B.1.0
m
C.1.8
m
D.5.0
m
4.(2019·湖北孝昌一中期中)跳伞运动员以5
m/s的速度匀速降落,在离地面h=10
m的地方掉了一颗扣子,若扣子所受空气阻力可忽略,重力加速度g取10
m/s2,则跳伞运动员比扣子晚着陆的时间为(　　)。
A.2
s
B.
s
C.1
s
D.(2-)
s
5.(2019·上海七宝中学月考)A、B两小球从不同高度自由下落,同时落地,A球下落的时间为t,B球下落的时间为,当B球开始下落的瞬间,A、B两球的高度差为(　　)。
A.gt2
B.gt2
C.gt2
D.gt2
考点2自由落体运动的应用
6.(2019·浙江淳安中学章节测试)某人估测一竖直枯井深度,从井口由静止释放一石头并开始计时,经2
s听到石头落地声。已知声波传播速度v=340
m/s,重力加速度g取10
m/s2,由此可知井深约为(　　)。
A.10
m
B.20
m
C.30
m
D.40
m
7.(2019·上海大同中学月考)在地质、地震、勘探、气象和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。有一种测g值的方法叫“对称自由下落法”,它是将测g值归于测长度和时间,以稳定的氦氖激光的波长为长度标准,用光学干涉的方法测距离,以铷原子钟或其他手段测时间,能将g值测得很准,具体做法是:将真空长直管沿竖直方向放置,自O点向上抛小球到小球回落至原处的时间为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.
8.(2019·
浙江杭州长河中学月考)为了测量一高楼的高度,有人设计了如下实验:在一根长为L的绳两端各拴一重球,一人站在楼顶上,手执绳的上端使小球与楼顶平齐并无初速度释放,使其自由下落,另一人在楼下测量两球落地的时间差Δt,即可根据L、Δt、g得出楼的高度(不计空气阻力)。从原理上讲,这个方案是否可行?若不可行请说明理由。若可行,现测得L=10
m,Δt=0.4
s,g取10
m/s2,试估算楼的高度。
9.(2019·浙江宁波中学月考)在代号为“匕首-2019”的联合反恐军事演习的低空跳伞演练中,当直升机悬停在离地面H=224
m高处时,伞兵离开飞机做自由落体运动。运动一段时间后,打开降落伞,展伞后伞兵以a=12.5
m/s2的加速度匀减速下降。为了伞兵的安全,要求伞兵落地速度最大不得超过5
m/s,重力加速度取g=10
m/s2。求:
(1)伞兵展伞时,离地面的高度至少为多少?着地时相当于从多高处自由落下?
(2)伞兵在空中的最短时间为多少?
考点3竖直上抛运动
10.(2019·浙江慈溪中学月考)某同学的身高为1.8
m,在运动会中参加跳高比赛,起跳后身体横着越过1.8
m高度的横杆,据此可以估算出他离地时的速度大约是(　　)。
A.2
m/s
B.4
m/s
C.6
m/s
D.8
m/s
11.(2019·浙江余杭高级中学期中)某物体以30
m/s的初速度竖直上抛,不计空气阻力,g取10
m/s2。5
s内关于该物体的说法中,错误的是(　　)。
A.路程为65
m
B.位移大小为25
m,方向向上
C.速度变化量的大小为10
m/s
D.平均速度大小为5
m/s,方向向上
第5节
自由落体运动
课时2
自由落体运动实例分析
考点1自由落体运动的规律
1.(2019·山东泰安一中月考)同学们利用如图2-5-2-1所示方法估测反应时间。首先,甲同学捏住直尺上端,使直尺保持竖直状态,直尺零刻度线位于乙同学的两指之间。当乙看见甲放开直尺时,立即用手指捏直尺,若捏住位置的刻度读数为x,已知重力加速度为g。
图2-5-2-1
(1)用x和g表示出乙同学的反应时间。
答案：直尺下降的时间即为自由落体运动的时间,设为t。根据x=gt2可得,t=,即乙同学的反应时间为。
(2)基于上述原理,某同学用直尺制作测量反应时间的工具,若测量的反应时间范围为0~0.4
s,g取10
m/s2,则所用直尺的长度至少为多少?
答案：测量的反应时间范围为0~0.4
s,则所用直尺的最小长度至少为自由落体下降0.4
s的位移的大小,即h=gt2=×10×0.42
m=0.8
m=80
cm。故所用直尺的长度至少为80
cm。
(3)若以相等时间间隔在该直尺的另一面标记出表示反应时间的刻度线,则每个时间间隔在直尺上对应的长度是否是相等的,请说明理由。
答案：根据t=可知,t与x不是正比例关系,所以每个时间间隔在直尺上对应的长度不是均匀的。
2.(2019·浙江临安中学月考)小芳是一个善于思考的女孩,她在学过自由落体运动规律后,对自家屋檐上下落的雨滴产生了兴趣。她坐在窗前发现从屋檐上每隔相等时间滴下一滴水,当第5滴正欲滴下时,第1滴刚好落到地面,而第3滴与第2滴分别位于高1
m的窗子的上、下沿,小芳同学在自己的作业本上画出了如图2-5-2-2所示的雨滴下落距离同自家房子尺寸的关系图,其中2点和3点之间的小矩形表示小芳正对的窗子,请问:滴水的时间间隔是多少?此屋檐离地面多高?
图2-5-2-2
答案：设屋檐离地面高为h,滴水的时间间隔为T,由h=得
第2滴水的位移为h2=,
第3滴水的位移为h3=,
且h2-h3=1
m,联立得T=0.2
s,
则屋檐高h==3.2
m。
3.(2019·浙江宁波章节测试)
如图2-5-2-3所示,空降兵从飞机上跳伞时,为了保证安全着陆,着陆最后阶段,降落伞匀速下落的速度约为6
m/s。平时训练为了模拟落地情况,空降兵经常从高台上跳下,重力加速度g取10
m/s2,则训练时高台的高度约为(　　)。
图2-5-2-3
A.0.5
m
B.1.0
m
C.1.8
m
D.5.0
m
答案：C
解析：由题意知空降兵从高台跳下,着地时的速度应为6
m/s,才能模拟匀速落地的情况,由位移—速度关系知v2=2gh,h=1.8
m,C正确。
4.(2019·湖北孝昌一中期中)跳伞运动员以5
m/s的速度匀速降落,在离地面h=10
m的地方掉了一颗扣子,若扣子所受空气阻力可忽略,重力加速度g取10
m/s2,则跳伞运动员比扣子晚着陆的时间为(　　)。
A.2
s
B.
s
C.1
s
D.(2-)
s
答案：C
解析：v0=5
m/s,a=g=10
m/s2,h=10
m,由h=v0t+gt2,代入数据得扣子下落的时间为t=1
s(t=-2
s舍去)。跳伞运动员下落的时间t'==2
s,故跳伞运动员比扣子晚着陆的时间为t'-t=1
s。
5.(2019·上海七宝中学月考)A、B两小球从不同高度自由下落,同时落地,A球下落的时间为t,B球下落的时间为,当B球开始下落的瞬间,A、B两球的高度差为(　　)。
A.gt2
B.gt2
C.gt2
D.gt2
答案：D
解析：A球下落高度为hA=gt2,B球下落高度为hB=g=gt2,当B球开始下落的瞬间,A、B两球的高度差为Δh=hA-×g×-hB=gt2,D正确。
考点2自由落体运动的应用
6.(2019·浙江淳安中学章节测试)某人估测一竖直枯井深度,从井口由静止释放一石头并开始计时,经2
s听到石头落地声。已知声波传播速度v=340
m/s,重力加速度g取10
m/s2,由此可知井深约为(　　)。
A.10
m
B.20
m
C.30
m
D.40
m
答案：B
解析：井不深,声波速度又较大,故可以忽略声波传播时间。石头在井中的下落过程可看成自由落体运动。由h=gt2可得当t=2
s时h=20
m,B正确。
7.(2019·上海大同中学月考)在地质、地震、勘探、气象和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。有一种测g值的方法叫“对称自由下落法”,它是将测g值归于测长度和时间,以稳定的氦氖激光的波长为长度标准,用光学干涉的方法测距离,以铷原子钟或其他手段测时间,能将g值测得很准,具体做法是:将真空长直管沿竖直方向放置,自O点向上抛小球到小球回落至原处的时间为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
解析：设小球上升的最大高度为h,则有h=g,h-H=g,联立解得g=。
8.(2019·
浙江杭州长河中学月考)为了测量一高楼的高度,有人设计了如下实验:在一根长为L的绳两端各拴一重球,一人站在楼顶上,手执绳的上端使小球与楼顶平齐并无初速度释放,使其自由下落,另一人在楼下测量两球落地的时间差Δt,即可根据L、Δt、g得出楼的高度(不计空气阻力)。从原理上讲,这个方案是否可行?若不可行请说明理由。若可行,现测得L=10
m,Δt=0.4
s,g取10
m/s2,试估算楼的高度。
答案：可行。从下方的球落地到上方的球落地的时间Δt内,上方球的平均速度为v=,则上方球落地速度为vm=v+g·,楼的高度H==,
代入数据得H=36.45
m。
9.(2019·浙江宁波中学月考)在代号为“匕首-2019”的联合反恐军事演习的低空跳伞演练中,当直升机悬停在离地面H=224
m高处时,伞兵离开飞机做自由落体运动。运动一段时间后,打开降落伞,展伞后伞兵以a=12.5
m/s2的加速度匀减速下降。为了伞兵的安全,要求伞兵落地速度最大不得超过5
m/s,重力加速度取g=10
m/s2。求:
(1)伞兵展伞时,离地面的高度至少为多少?着地时相当于从多高处自由落下?
答案：设伞兵展伞时,离地面的高度至少为h,此时速度为v0。
匀减速下降过程中,v2-=-2ah,
自由下落过程中,=2g(H-h),
联立解得h=99
m,v0=50
m/s。
设以5
m/s的速度落地相当于从高h1处自由落下,
即2gh1=v2,所以h1=1.25
m。
(2)伞兵在空中的最短时间为多少?
答案：设伞兵在空中的最短时间为t,
则有v0=gt1,解得t1=5
s,
v0-v=at2,代入数值得t2=3.6
s。
故所求时间t=t1+t2=5
s+3.6
s=8.6
s。
考点3竖直上抛运动
10.(2019·浙江慈溪中学月考)某同学的身高为1.8
m,在运动会中参加跳高比赛,起跳后身体横着越过1.8
m高度的横杆,据此可以估算出他离地时的速度大约是(　　)。
A.2
m/s
B.4
m/s
C.6
m/s
D.8
m/s
答案：B
解析：将竖直上抛运动倒过来当作自由落体运动,人的重心视为在人体中心,跳高时人重心上移h=0.9
m,由v2=2gh知,v=4.2
m/s,B正确。
11.(2019·浙江余杭高级中学期中)某物体以30
m/s的初速度竖直上抛,不计空气阻力,g取10
m/s2。5
s内关于该物体的说法中,错误的是(　　)。
A.路程为65
m
B.位移大小为25
m,方向向上
C.速度变化量的大小为10
m/s
D.平均速度大小为5
m/s,方向向上
答案：C
解析：5
s内物体先竖直上升后竖直下落,t1==3
s,此时物体上升到最高点,高度h1=g=45
m,此后物体竖直下落,再经2
s物体的速度大小为20
m/s,方向竖直向下,下降高度h2=g=20
m,所以5
s内物体的路程为65
m,位移大小为25
m,方向向上,速度变化量的大小为50
m/s,平均速度大小
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5
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