第二章
第四节
自由落体运动
同步练习
一、单项选择题
1.在物理学发展的过程中,许多物理学家的科学研究推动了人类文明的进程.在对以下几位物理学家所作科学贡献的叙述中或者研究方法中,正确的说法是( )
A.在对自由落体运动的研究中,伽利略猜想运动速度与下落时间成正比,并直接用实验进行了验证
B.伟大的物理学家牛顿最先建立了速度、加速度等概念,并创造了一套科学研究方法
C.在推导匀变速直线运动位移公式时,把整个运动过程划分成很多小段,每一小段近似看成匀速直线运动,然后把各小段的位移相加,物理学中把这种研究方法叫作“微元法”
D.亚里士多德认为两个物体从同一高度自由落下,重物体与轻物体下落一样快
2.科学研究发现,在月球表面:(1)没有空气;(2)重力加速度约为地球表面的;(3)没有磁场.若宇航员登上月球后在空中从同一高度同时释放氢气球和铅球,忽略地球和其他星球对月球的影响,下列说法正确的是( )
A.氢气球将加速上升,铅球自由下落
B.氢气球和铅球都处于静止状态
C.氢气球和铅球都将下落,但铅球先落地
D.氢气球和铅球都将下落,且同时落地
3.下列各图中,以竖直向上为正方向,其中表示物体做自由落体运动的是( )
4.在真空中,将苹果和羽毛同时从同一高度由静止释放,下列频闪照片中符合事实的是( )
5.四个小球在离地面不同高度同时从静止释放,不计空气阻力,从开始运动时刻起每隔相等的时间间隔,小球依次碰到地面。下列各图中,能反映出刚开始运动时各小球相对地面的位置的是( )
6.拿一个长约1.5
m的玻璃筒,一端封闭,另一端有开关,把金属片和小羽毛放到玻璃筒里,把玻璃筒倒立过来,观察它们下落的情况.然后把玻璃筒里的空气抽出,再把玻璃筒倒立过来,再次观察它们下落的情况.下列说法正确的是( )
A.玻璃筒充满空气时,金属片和小羽毛下落得一样快
B.玻璃筒充满空气时,金属片和小羽毛均做自由落体运动
C.玻璃筒抽出空气后,金属片和小羽毛下落一样快
D.玻璃筒抽出空气后,金属片比小羽毛下落快
7.某同学身高1.8
m,在运动会上他参加跳高比赛,起跳后身体横着越过了1.8
m高度的横杆(如图所示).据此可估算出他起跳时竖直向上的速度大约为(取g=10
m/s2)( )
A.2
m/s
B.4
m/s
C.6
m/s
D.8
m/s
8.丰南一中教学楼之间栽有柿子树,树上一个距离地面3
m左右的成熟柿子自然脱落掉下,下落过程中忽略一切阻力,重力加速度g取10
m/s2,柿子落地时的速度约为
( )
A.4
m/s
B.8
m/s
C.12
m/s
D.16
m/s
9.在轻绳的两端各拴一个小球,一个人用手拿着绳子上端的小球,站在三层楼的阳台上,释放小球,使小球自由下落,两小球相继落地的时间差为Δt,如果人站在四层楼的阳台上,同样的方法释放小球,让小球自由下落,则两小球相继落地的时间差将( )
A.不变
B.变大
C.变小
D.无法确定
10.如图是用频闪周期为t的相机拍摄的一张真空中羽毛与苹果自由下落的局部频闪照片.关于提供的信息及相关数据处理,下列说法中正确的是( )
A.一定满足关系x1:x2:x3=1:4:9
B.一定满足关系x1:x2:x3=1:3:5
C.苹果下落的加速度大小为
D.羽毛下落的加速度大小为
二、多项选择题
11.(多选)下列关于重力加速度的说法正确的是( )
A.重力加速度g是标量,只有大小,没有方向,通常计算中g取9.8
m/s2
B.在地球上不同的地方,g的大小不同,但它们相差不是很大
C.在地球上同一地点同一高度,重的物体重力加速度大
D.在地球上的同一地方,离地面高度越大,重力加速度g越小
12.(多选)在塔顶边缘将一物体竖直向上抛出,抛出点为A,物体上升的最大高度为20
m,不计空气阻力,g=10
m/s2,设塔足够高,则物体距离塔顶10
m时,物体运动的时间可能为( )
A.(2-)s
B.(2+)s
C.(2+)s
D.
s
13.(多选)科技馆中的一个展品如图所示,在较暗处有一个不断均匀滴水的水龙头,在一种特殊的间歇闪光灯的照射下,若调节间歇闪光时间间隔正好与水滴从A下落到B的时间相同,可以看到一种奇特的现象,水滴似乎不再下落,而是像固定在图中的A、B、C、D四个位置不动,对出现的这种现象,下列描述正确的是(g=10
m/s2)( )
A.水滴在下落过程中通过相邻两点之间的时间满足tAB<tBC<tCD
B.间歇发光的间隔时间是
s
C.水滴在相邻两点之间的位移满足xAB∶xBC∶xCD=1∶3∶5
D.水滴在各点速度之比满足vB∶vC∶vD=1∶4∶9
三、非选择题
14.如图所示,为小球自由下落过程中,用频闪照相的方法获得的轨迹的一部分,结合照片与实物的比例可知计数点1、2之间的实际距离为7.65
cm,2、3之间的实际距离为8.73
cm,已知每次闪光的时间间隔为
s,则小球运动到计数点2时的瞬时速度为________,小球下落的重力加速度为________。
15.一矿井深为125
m,在井口每隔一定时间自由下落一个小球,当第11个小球从井口开始下落时,第1个小球恰好到达井底,求:
(1)相邻两个小球开始下落的时间间隔;
(2)这时第3个小球和第5个小球之间的距离。
16.雨后,屋檐上还在不断滴着水滴,如图所示.小红认真观察后发现,这些水滴都是由静止开始下落的.她测得屋檐到窗台的距离H=3.2
m,窗户的高度为h=1.4
m.g取10
m/s2,试计算:
(1)水滴下落到窗台时的速度大小;
(2)水滴经过窗户的时间.
参考答案与解析
一、单项选择题
1.C.
解析:伽利略猜想自由落体的运动速度与下落时间成正比,并未直接进行验证,而是验证了位移与时间的平方成正比,故A错误;伽利略是伟大的物理学家,他最先建立了速度、加速度等概念,并创造了一套科学研究方法,故B错误;在推导匀变速直线运动位移公式时,把整个运动过程划分成很多小段,每一小段近似看成匀速直线运动,然后把各小段的位移相加,物理学中把这种研究方法叫作“微元法”,故C正确;伽利略认为两个从同一高度自由落下的物体,重物体与轻物体下落一样快,故D错误.
2.D.
解析:在月球上释放的物体做自由落体运动,氢气球与铅球由同一高度同时释放,根据x=g月t2,知它们同时落地,D正确.
3.B
解析:v的方向向下,为负,且v∝t,易知B正确
4.C
解析:在真空中物体只受重力作用,且从静止开始下落,满足自由落体运动的条件,故a=g,又x=gt2,由于苹果和羽毛从同一高度同时下落,则任意时刻都在同一高度,且是加速,所以频闪间距不断变大,故C正确
5.C
解析:每隔相等的时间间隔小球依次碰到地面,可以知道第一个小球经过T时间落地,第二个小球落地的时间为2T,第三、四个小球依次落地时间为3T、4T。逆过来看,相当于一个小球每经过相等时间所到达的位置。可以知道相等时间间隔内的位移越来越大,所以从下而上,相邻两个小球之间的竖直位移越来越大,而且它们下落的高度之比为1∶4∶9∶16,故选项C正确。
6.C
解析:玻璃筒内有空气时,金属片和小羽毛因所受的重力和空气阻力不同,导致加速度不同,所以下落得不一样快,A、B错误.玻璃筒内没有空气时,金属片和小羽毛均做自由落体运动,加速度都为g,所以下落得一样快,C正确,D错误.
7.B.
解析:身体横着越过1.8
m的横杆,此时重心高度为1.8
m,起跳时重心高度为0.9
m,所以重心上升的最大高度为h=1.8
m-0.9
m=0.9
m.所以起跳时竖直向上的速度v==
m/s=3
m/s,最接近的是4
m/s,所以应选B.
8.B
解析:柿子的下落可视为自由落体运动。柿子落地时的速度与下落高度满足v2=2gx,解得v≈8
m/s,故B正确
9.C
解析:设轻绳的长度为L,第一个小球着地后,另一个小球运动的位移为L,在L内运动的时间,即为两球落地的时间差,第一个球着地的速度为另一个小球在位移L内的初速度。高度越高,落地的速度越大,则可知高度越高,另一个小球在位移L内的初速度越大,根据L=v0t+gt2,初速度越大,时间越短。所以Δt2<Δt1,故C正确。
10.C
解析:由于这是局部照片,A点并不一定是起点,故不能根据初速度为零的匀变速直线运动的位移规律求解,故A、B项均错误;由Δx=at2可得:a=,故C项正确,D项错误.
二、多项选择题
11.BD.
解析:重力加速度是矢量,方向竖直向下,与重力的方向相同.在地球表面,不同的地方,g的大小略有不同,但都在9.8
m/s2左右,A错误,B正确;在地球表面同一地点同一高度,g的值都相同,但随着高度的增大,g的值逐渐减小,C错误,D正确.
12.ABC
解析:物体从塔顶边缘的A点抛出,位移大小为10
m的位置有两处,如图所示,一处在A点之上,另一处在A点之下,在A点之上时,通过位移大小为10
m处有上升和下降两种过程,在A点之下10
m处只有下降过程。
方法一:分段法
由H=得v0=20
m/s
物体上升10
m时,速度为v1,则由v02-v12=2gh
得:v1=10
m/s
则t1==(2-)s,故A对;物体从抛出到下落至A点上方10
m时,t2=t1+=(2+)s,故B对;物体从最高点到下落至A点下方10
m处时H+h=gt32,则t3=
s
故物体从抛出到下落至A点下方10
m处时
t3′=+t3=(2+)s,故C对,D错。
方法二:全程法
由H=得v0=20
m/s
当物体运动到A点之上10
m时,位移x1=10
m,
由x1=v0t-gt2,代入数据得t1=(2+)s,t2=(2-)s,故A、B正确。
当物体运动到A点之下10
m时,位移x2=-10
m
由x2=v0t-gt2,
得t3=(2+)
s,t4=(2-)s(不合题意,舍去)。
故C正确,D错误。
13.BC
解析:若调节间歇闪光时间间隔正好与水滴从A下落到B的时间相同,看到水滴似乎不再下落,知相邻两个点的时间间隔相等。根据Δx=gΔt2,则Δt==
s=
s,故A错误,B正确;初速度为零的匀变速直线运动,在相邻相等时间内的位移之比为1∶3∶5,故C正确;根据v=gt得,vB∶vC∶vD=1∶2∶3,故D错误。
三、非选择题
14.457
m/s 9.72
m/s2
解析: 已知小球做自由落体运动,故其运动遵循匀变速直线运动的规律,所以小球运动到计数点2时的瞬时速度
v2====m/s=2.457
m/s。
由Δx=gT2得g=,
故小球下落的重力加速度g==m/s2=9.72
m/s2。
15.【答案】(1)0.5
s (2)35
m
解析:(1)设第一个小球下落到井底用时为t,
根据自由落体运动位移时间关系h=gt2,则得t==
s=5
s
设相邻小球下落时间间隔为T,
由题意知t=10T
联立解得T=0.5
s。
(2)由以上计算可知,当第一个小球到达井底时第三个小球下落的时间为t1=4
s,第5个小球下落的时间为t2=3
s,故ΔH=H3-H5=g(t12-t22)=×10×(42-32)m=35
m。
16.【答案】(1)8
m/s (2)0.2
s
解析:(1)水滴下落至窗台通过的距离为H=3.2
m,
由v2=2gH得v==
m/s=8
m/s.
(2)水滴下落至窗户上边缘的时间为
t1=
=
s=0.6
s
水滴下落至窗台的时间为t2=
=
s=0.8
s
水滴经过窗户的时间为Δt=t2-t1=0.8
s-0.6
s=0.2
s.