2025高考物理总复习自由落体运动和竖直上抛运动 多运动过程问题

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研透核心考点
2.解题关键 多运动过程的连接点的速度是联系两个运动过程的纽带,因此,对连接点速度 的求解往往是解题的关键。
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研透核心考点
例3 为了进一步提高高速收费的效率,减少 停车时间,2019年6月交通运输部开始部署 ETC的进一步推广和安装。ETC是高速公 路上不停车电子收费系统的简称。如图4, 汽车以10 m/s的速度行驶,如果过人工收 费通道,需要在收费站中心线处减速至0, 经过30 s缴费后,再加速至10 m/s行驶;如 果过ETC通道,需要在中心线前方10 m处 减速至5 m/s,匀速到达中心线后,再加速 至10 m/s行驶。设汽车加速和减速的加速 度大小均为1 m/s2。求:
解析 由题图可知 sAB∶sBC∶sCD=1∶3∶5,水滴做初速
度为零的匀加速直线运动,故水滴在下落过程中通过相
邻两点之间的时间相等,A 错误;由 s=12gt2 可得水滴在
下落过程中通过相邻两点之间的时间为
2 10
s,即闪光的
间隔时间是
2 10
s,B
正确;由v-=st知水滴在相邻两点间
的平均速度满足v-AB∶v-BC∶v-CD=1∶3∶5,C 错误;由
vt = gt 知 水 滴 在 各 点 的 速 度 之 比 满 足 vB∶vC∶vD =
ห้องสมุดไป่ตู้
1∶2∶3,D 错误。
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研透核心考点
1.重要特性 (1)对称性(如图3)
考点二 竖直上抛运动
(2) 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。
是(g取10 m/s2)( B )
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.闪光的间隔时间是102 s C.水滴在相邻两点间的平均速度满足-v AB∶-v BC∶-v CD= 1∶4∶9 D.水滴在各点的速度之比满足 vB∶vC∶vD=1∶3∶5
图2
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研透核心考点
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研透核心考点
2
考点一 自由落体运动
考点二 竖直上抛运动
考点三 多物体或多运动过程问题
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研透核心考点
1.运动特点
考点一 自由落体运动
初速度为0,加速度为g的匀加速直线运动。
2.解题方法
(1)初速度为0的匀变速直线运动规律都适用。
①从开始下落,连续相等时间内下落的高度之比为1∶3∶5∶7∶…。
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研透核心考点
2.科技馆中的一个展品如图2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,若调节间歇闪光间隔时间正好与水滴从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
(3)做竖直上抛运动的物体,在上升过程中,速度变化量方向是竖直向下的。
(√)
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夯实必备知识
2.一物体从离地 H 高处自由下落,经过时间 t 落地,则当它下落2t 时,离地的高
度为( C )
1 A.4H
1 B.2H
3 C.4H
4 D.5H
解析 根据自由落体运动的规律知 H=12gt2,它下落2t 的位移为 h=12g2t 2,此时 物体离地的高度为 H0=H-h=43H,故 C 正确。
图1
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研透核心考点
(1)圆棒下落到A点所用的时间t1; 解析 圆棒底部距离A点的高度 h1=2.3 m-0.4 m-1.1 m=0.8 m 圆棒做自由落体运动下落到 A 点,有 h1=21gt21 代入数据解得t1=0.4 s。 答案 0.4 s
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研透核心考点
(2)圆棒通过AB所用的时间t2。 解析 圆棒通过AB的过程即圆棒底部到达A点和圆 棒顶端离开B点这一过程 圆棒顶端到达B点,下落的高度为 h2=2.3 m-0.5 m=1.8 m 由 h2=12gt22得 t2= 2gh2=0.6 s 则圆棒通过AB的时间t3=t2-t1=0.2 s。 答案 0.2 s
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研透核心考点
特点:全程初、末速度为零,匀加速直线运动过程和匀减速过程平均速度相等。 设匀加速运动的时间为 t1,匀减速运动时间为 t2,速度与时间关系公式:v=a1t1, v=a2t2 得aa12=tt21 速度与位移关系公式:v2=2a1s1,v2=2a2s2,得aa12=ss12 平均速度与位移关系公式:s1=v2t1,s2=v2t2,得tt12=ss12
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研透核心考点
解析 小球的位移大小一定是 s=v-2t -2gv20=1-022-×21002 m=15 m,方向竖直向上, 故 A 正确;当小球速度大小为 10 m/s,方向竖直向上时,小球在这段时间的平 均速度为v-=vt+2 v0=15 m/s;当小球速度大小为 10 m/s,方向竖直向下时,小 球在这段时间的平均速度为v-=v0+(2-vt)=5 m/s,故 B 正确;当小球速度大小 为 10 m/s,方向竖直向上时,在这段时间的速度变化为 Δv=vt-v0=(10-20) m/s =-10 m/s,方向竖直向下;当小球速度大小为 10 m/s,方向竖直向下时,在 这段时间的速度变化为 Δv=vt-v0=(-10-20) m/s=-30 m/s,方向竖直向下, 故 C 错误;小球上升的最大高度为 h=2vg20=2×20120 m=20 m,故 D 错误。
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研透核心考点
2.研究方法 上升阶段:a=g 的匀减速直线运动
分段法 下降阶段:自由落体运动 初速度 v0 向上,加速度 g 向下的匀变速直线运动,vt=v0-gt,s=v0t
全程法 -12gt2(以竖直向上为正方向) 若 vt>0,物体上升,若 vt<0,物体下落 若 s>0,物体在抛出点上方,若 s<0,物体在抛出点下方
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研透核心考点
②多过程 v-t 图像“下凹”模型,如图所示。
车较之匀速行驶耽搁的距离为阴影面积表示的位移 Δs 的大小,耽搁的时间 Δt =Δvs。
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研透核心考点
4.(2022·全国甲卷,15)长为 l 的高速列车在平直轨道上正常行驶,速率为 v0,要
通过前方一长为 L 的隧道,当列车的任一部分处于隧道内时,列车速率都不允
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研透核心考点
1.(2024·淮安市马坝高级中学高三一检)有一质点从某一高度处自由下落,开始的
31高度用时为 t,重力加速度为 g,则( D )
A.物体自由下落12高度所用的时间为
5 2t
B.物体自由下落12高度时的速度为
3 2 gt
C.物体落地所用的时间为 3t
D.物体落地时的速度为 3gt
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研透核心考点
(2)如果过ETC通道,汽车通过第(1)问路程所需要的时间;
解析 汽车通过 ETC 通道的减速时间
t3=v-av0=5--110 s=5 s 减速路程 s3=v0t3+12at23=37.5 m 汽车加速过程和减速过程对称,故加速时间t4=t3=5 s 加速路程s4=s3=37.5 m 汽车以 5 m/s 匀速通过 ETC 通道的时间 t5=sv0=2 s 比人工通道少走位移 s5=s 人-(s3+s4+s0)=15 m 对应时间 t6=vs50=1.5 s
第一章 运动的描述 匀变速直线运动的研究
第3讲 自由落体运动和竖直上抛运动 多运动过程问题
学习目标
1.掌握自由落体运动和竖直上抛运动的特点,并能解决 实际问题。
2.理解竖直上抛运动的对称性和多解性。 3.灵活运用匀变速直线运动的规律解决多过程问题。
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CONTENTS
01 夯实必备知识 02 研透核心考点 03 提升素养能力
研透核心考点
解析 设整个过程下落高度为 h,由题意可得13h=12gt2,则物体自由下落高度为
1 2h
时,满足21h=12gt′2,解得
t′=
26t,A
错误;物体自由下落12高度时的速度为
v′=gt′= 26gt,B 错误;物体落地过程满足 h=12gt″2,解得物体落地所用的时 间为 t″= 3t,C 错误;物体落地时的速度为 v″=gt″= 3gt,D 正确。
许超过 v(v<v0)。已知列车加速和减速时加速度的大小分别为 a 和 2a,则列车
从减速开始至回到正常行驶速率 v0 所用时间至少为( C )
A.v02-a v+L+v l
B.v0-a v+L+v 2l
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1
夯实必备知识
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夯实必备知识
1.自由落体运动
静止 gt 12gt2
2gs
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夯实必备知识
2.竖直上抛运动
向上
v0-gt v0t-12gt2
-2gs
重力
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夯实必备知识
1.思考判断
√ (1)同一地点,轻重不同的物体的g值一样大。( ) × (2)物体做竖直上抛运动,速度为负值时,位移也一定为负值。( )
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研透核心考点
3.(多选)在某高塔顶层的墙外侧,以 20 m/s 的速度竖直上抛一个小石子(小石子
可看成质点),忽略空气阻力,当小石子运动到离抛出点 15 m 时,运动时间可
能是(g 取 10 m/s2)( ABD )
A.1 s
B.3 s
C.4 s
D.(2+ 7) s
解析 小石子离抛出点最远的距离为 sm=2vg20=20 m,当小石子运动到离抛出点
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研透核心考点
例2 (多选)(2024·黑龙江哈师大附中期末)在某一高度以v0=20 m/s的初速度竖直 上抛一个小球(不计空气阻力),当小球速度大小为10 m/s时,以下判断正确的
是(g取10 m/As2B)( )
A.小球在这段时间内的位移大小一定是15 m,方向竖直向上 B.小球在这段时间内的平均速度可能是5 m/s C.小球在这段时间内的速度变化大小可能是10 m/s,方向竖直向上 D.小球上升的最大高度一定为15 m
图4
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研透核心考点
(1)汽车过人工收费通道,从收费前减速开始,到
收费后加速结束,所需的时间和通过的总路程; 解析 汽车通过人工收费的减速时间 t1=0-av0=0--110 s=10 s 减速路程 s1=v0t+12at21=50 m 汽车加速过程和减速过程对称,故加速时间t2=t1=10 s 加速路程s2=s1=50 m 故通过人工通道的总时间t人=t1+t2+t0=50 s 总路程s=s1+s2=100 m。 答案 50 s 100 m
②由Δv=gΔt知,相等时间内,速度变化量相同。
③连续相等时间T内下落的高度之差Δs=gT2。
(2)物体由静止开始的自由下落过程才是自由落体运动,从中间截取的一段运动
过程不是自由落体运动,等效于竖直下抛运动,应该用初速度不为零的匀变速
直线运动规律去解决此类问题。
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研透核心考点
例1 (2024·广东省深圳市调研)如图1所示,一个小 孩在公园里玩“眼疾手快”游戏。游戏者需接 住从支架顶部随机落下的圆棒。已知支架顶部 距离地面2.3 m,圆棒长0.4 m,小孩站在支架旁 边,手能触及所有圆棒的下落轨迹的某一段范 围AB,上边界A距离地面1.1 m,下边界B距离地 面0.5 m。不计空气阻力,重力加速度g=10 m/s2。 求:
故通过ETC通道的总时间tE= t3+t4+t5+t6=13.5 s。
答案 13.5 s
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研透核心考点
(3)汽车通过ETC通道比人工收费通道节约的时间。 解析 比人工通道节约的时间 Δt=t人-tE=(50-13.5)s=36.5 s。 答案 36.5 s
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研透核心考点
方法技巧 多过程问题的处理方法 (1)不同过程之间衔接的关键物理量是不同过程之间的衔接速度。 (2)用好四个公式:vt=v0+at,s=v0t+12at2,v2t -v20=2as,s=vt+2 v0t。 (3)充分借助 v-t 图像,图像反映物体运动过程经历的不同阶段,可获得的重要 信息有加速度(斜率)、位移(面积)和速度。 ①多过程 v-t 图像“上凸”模型,如图所示。
上方 15 m 时,有 s=v0t-12gt2,解得 t1=1 s,t2=3 s,当小石子运动到离抛出 点下方 15 m 时,有-s=v0t-12gt2,解得 t3=(2+ 7) s,t4=(2- 7) s(舍去), 故 A、B、D 正确。
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研透核心考点
考点三 多物体或多运动过程问题
1.一般的解题步骤 (1)准确选取研究对象,根据题意画出物体在各阶段运动的示意图,直观呈现物 体运动的全过程。 (2)明确物体在各阶段的运动性质,找出题目给定的已知量、待求未知量,设出 中间量。 (3)合理选择运动学公式,列出物体在各阶段的运动方程及物体各阶段间的关联 方程。
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