自由落體運動是勻變速直線運動的一個特殊情況,即常規(guī)物體只在重力的作用下,且初速度為零的運動。它滿足我們前面所學的任意一個公式,只不過它的加速度一般是g≈9.8m/s²或者有的題目中明確是10m/s²。關(guān)于這個運動我們強調(diào)幾點:
一是自由落體運動是一種理想狀態(tài)下的物理模型。具體到題目中來看,大家一定要看清楚是否只受重力,不能想當然認為就是自由落體運動。
二是關(guān)于“自由”二字,其含意為:物體開始下落時是靜止的即初速度V=0。如果物體的初速度不為0,就算是豎直下落,也不能算是自由落體。物體下落過程中,除受重力作用外,不再受其他任何外界的作用力(包括空氣阻力)或外力的合力為0。
三是自由落體運動的規(guī)律或者常用公式大家要記清楚。
①速度與下落高度的關(guān)系v²=2gh(g是重力加速度,h是下落高度,v是h高度處對應(yīng)的速度;)。這個公式兩邊同時乘以½m就是后續(xù)所學的動能定理,后續(xù)學習的時候大家要和前面聯(lián)系起來。
②下落高度與時間的關(guān)系h=½gt²,可見下落高度h所需要的時間與質(zhì)量沒有關(guān)系。真空狀態(tài)下,任何物體在相同高度做自由落體運動時,下落時間相同。這個公式大家也要與著名的比薩斜塔實驗結(jié)合起來。當然比薩斜塔實驗是一個動人而不可思議的傳言演變而來。真實的結(jié)果在筆者另一篇文章有。大家可以自行搜索查看。
③速度隨時間變化的規(guī)律:v=gt。
④物理學其實是由哲學演變而來,需要我們的邏輯思維能力。比如亞里士多德,他提出:物體下落的快慢是由物體本身的重量決定的,物體越重,下落得越快;反之,則下落得越慢。亞里士多德的理論影響了其后兩千多年的人。直到物理學家伽利略在提出了相反的意見。伽利略在1636年的《兩種新科學的對話》中寫道:如果依照亞里士多德的理論,假設(shè)有兩塊石頭,大的重量為8,小的為4,則大的下落速度為8,小的下落速度為4,當兩塊石頭被綁在一起的時候,下落快的會因為慢的而被拖慢。所以整個體系和下落速度在4-8之間。但是,兩塊綁在一起的石頭的整體重量為12,下落速度也就應(yīng)該大于8,這就陷入了一個自相矛盾的境界。伽利略由此推斷物體下落的速度應(yīng)該不是由其重量決定的。這看似簡單的推理經(jīng)過了上千年才有人提出來,這是多么了不起的成就。
題目(山東省2020年普通高中學業(yè)水平等級考試12月模擬卷):如圖所示,某人從距水面一定高度的平臺上做蹦極運動。勁度系數(shù)為k的彈性繩一端固定在人身上,另一端固定在平臺上。人從靜止開始豎直跳下,在其到達水面前速度減為零。運動過程中,彈性繩始終處于彈性限度內(nèi)。取與平臺同高度的O點為坐標原點,以豎直向下為y軸正方向,忽略空氣阻力,人可視為質(zhì)點。從跳下至第一次到達最低點的運動過程中,用v、a、t分別表示人的速度、加速度和下落時間。下列描述v與t、a與y的關(guān)系圖像可能正確的是

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