高中物理:求解自由落體運動的幾種方法

2021-02-19 高中物理

一、如何理解自由落體運動

1. 自由落體運動特點:初速度v0=0,加速度a=g豎直向下的勻加速直線運動.

2. 自由落體運動的規律:初速度為零的勻加速直線運動的規律就是自由落體運動的規律,且a=g. 一般計算中取g=9.8m/s2,粗略計算中也可取.

(1)三個基本公式:

(2)三個特殊公式:

①在連續相等的時間(T)內位移之差為一恆定值,即

②某段時間內中間時刻的瞬時速度

③某段位移中間位置的瞬時速度

二、如何應用自由落體運動規律

例、一礦井深為125m,在井口每隔一定時間自由下落一個小球,當第11個小球剛從井口開始下落時,第一個小球恰好到達井底,則

(1)相鄰小球開始下落的時間間隔是多少?

(2)此時第3個小球和第5個小球相距多遠?()

解析:(1)設相鄰小球下落的時間間隔為T,則第1個小球從井口落至井底的時間為t=10T,由題意知:

所以

(2)計算小球間距,大致有六種方法

解法一:(用自由落體位移公式求解)

由第3個小球下落時間t3=8T、第5個小球下落時間t5=6T,根據自由落體運動公式直接得間距:

解法二:(用平均速度求解)

由第4個小球下落時間t4=7T得第4個小球的瞬時速度:

因為做勻變速直線運動的物體在某段時間內的平均速度等於其中間時刻的瞬時速度,所以第3個至第5個小球在這段時間內的平均速度為

這段時間內兩球相距

解法三:(用位移推論公式求解)

由第3個小球下落時間t3=8T,第5個小球下落時間t5=6T,得此時兩球的瞬時速度分別為:

根據勻加速直線運動的公式得:

解法四:(用勻變速位移公式求解)

由第5個小球下落時間t5=6T,得此時小球的瞬時速度為

根據勻加速直線運動的公式得:

得:

解法五:(用勻變速推論公式求解)

據勻變速直線運動規律的推論:,從第11個小球下落開始計時,經T、2T、3T……10T後它將依次達到第10個、第9個……第2個、第1個小球的位置,各個位置之間的位移之比為1:3:5:……:17:19,所以這時第3個小球和第5個小球相距

解法六:(利用v-t圖象求解)

由於第3個小球下落時間8T時瞬時速度為

第5個小球下落時間6T時瞬時速度為:

可以認為是一個小球分別下落8T和6T時的瞬時速度,描繪v-t圖象如圖所示,故陰影面積就等於6T到8T時間內的位移

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