竖直上抛运动
一、竖直上抛运动的基本规律
我们把物体以一定的初速度竖直向上抛出,物体在只受重力作用下的运动就叫竖直上抛运动。物体竖直上抛过程中只受重力的影响,加速度为重力加速度。
以竖直向上为正方向,则加速度为。
我们在处理竖直上抛运动问题时,可以分段去处理,也可以直接全程去处理。
二、竖直上抛运动的对称性
假设物体运动到最高点的时间为,这段时间,物体可以看成逆向的自由落体运动;这段时间,物体做自由落体运动。
从全程来看,物体两次经过某点A时的时间和速度会关于最高点呈对称性。
三、竖直上抛运动的典型问题
1、基本规律的运用
例1:(多选)某物体以30m/s的初速度竖直上抛,不计空气阻力,取向上为正方向,g取10m/s2,则5s内物体的( )
解析:
直接以全程运动去处理,
,B正确;
,D正确
,C错误;
路程需要分段去看:
竖直上升阶段
自由下落阶段
自由下落位移
路程,A正确
选ABD。
例2:升降机以速度匀速竖直上升,升降机内的天花板上有一个螺丝帽突然松脱,脱离天花板。已知升降机天花板到其地板的高度为。求:
(1)螺丝帽上升的时间;
(2)螺丝上升至最高点时,螺丝与升降机的地板之间的距离
(3)螺丝帽落到地板上时,升降机的地板上升的位移。(本题)
解析:
螺丝帽突然脱落不会马上做自由落体运动,它会因为惯性继续往上运动一段,等效于竖直上抛运动。
以向上为正方向。
(1)上升时间
(2)螺丝上升至最高点时,对地位移
地板向上位移
此时和螺丝帽和地板距离
(3)假设螺丝落到地板的时间是t,螺丝帽的位移
地板的位移
由题知:
代入解得:
A.路程为65m | B.位移为25m |
C.速度改变量为50m/s | D.平均速度为5m/s |
对于距离抛出点一段距离的问题,注意其多解性。
例3:在一个足够深的井口正上方将一个小球以初速度竖直上抛,不计空气阻力,则经过多长时间小球能够到达距离抛出点的地方(重力加速度g取)( )
解析:
以向上为正,假设经过时间t后在抛出点上方5m处,则有
代入解得:或
若物体在抛出点下方5m,则有
解得或(舍去)
故选ACD。
A.1s | B.3s | C.s | D.2s |
对连续两次经过同一点的,要善于利用竖直上抛运动的对称性。
例4:一个从地面竖直上抛的物体,它两次经过一个较低的点 的时间间隔是,两次经过一个较高点 的时间间隔是,重力加速度为,求、 之间的距离.
解析:
根据时间的对称性,物体从 点到最高点的时间为,从点到最高点的时间为
点到最高点的距离
点到最高点的距离
故、之间的距离为
2、类竖直上抛运动
对于球以一定初速度滚上光滑斜面的问题,其规律和竖直上抛运动类似,只是加速度不为。
例1:(多选)一物体以 的初速度在光滑斜面上向上匀减速运动,其加速度大小为,设斜面足够长,经过 时间物体位移的大小为,则时间可能为( )
A.1s B.3s C.4s D.
解析:
以沿斜面向上为正方向,。
当物体的位移为 时,
解得
当物体的位移为时,
解得
故ACD 正确.
3、竖直上抛运动与自由落体运动的追及相遇
例1:一长为L的金属管从地面以v0的初速度竖直上抛,管口正上方高h处有一小球同时自由下落,金属管落地前小球从管中穿过。已知重力加速度为g,不计空气阻力,不考虑金属管落地后的反弹,问:
(1)若小球在金属管上升阶段穿过管,则v0需要满足什么条件?
(2)若小球在穿过管的过程中,金属管一直处于下降阶段,则v0需要满足什么条件?此时h和L需要满足什么关系?(本题所有结果不必取“=”号)
例2:如图所示,AB为空心圆管、C为可视为质点的小球,AB长度为L=2m,AB与C在同一竖直线上,AC之间距离为h=8m。零时刻,AB做自由落体运动,C从地面以初速度v0开始做竖直上抛运动,g取10m/s2。若圆管、小球落地后均不反弹。则下列说法中正确的是( )
A.若要使小球在AB落地前从A端穿过AB,则v0应至少为2.5m/s |
B.若要使小球在上升过程中从A端穿过AB,则v0应至少为10m/s |
C.若v0=8m/s,则共有三个时刻小球C与圆管A端距离为2m |
D.若v0=12m/s,则稍降低AC之间距离h后,小球C从A端穿过AB的用时将减少 |