高一物理必修一公式及習(xí)題
物理學(xué)習(xí)要以理解為主,把最主要的公式記住,掌握好,學(xué)會舉一反三,把例題看懂了、理解透徹了,這樣才能夠更好地去做更難的題目。今天小編在這給大家整理了高一物理必修一公式,接下來隨著小編一起來看看吧!
高一物理必修一公式
重力G(N)G=mg;m:質(zhì)量;g:9.8N/kg或者10N/kg
密度ρ(kg/m3)ρ=m/Vm:質(zhì)量;V:體積
合力F合(N)方向相同:F合=F1+F2[6]
方向相反:F合=F1-F2方向相反時,F(xiàn)1>F2
浮力F浮(N)F浮=G物-G視;G視:物體在液體的視重(測量值)
浮力F浮(N)F浮=G物;此公式只適用物體漂浮或懸浮
浮力F浮(N)F浮=G排=m排g=ρ液gV排;G排:排開液體的重力,m排:排開液體的質(zhì)量,ρ液:液體的密度,V排:排開液體的體積(即浸入液體中的體積)
杠桿的平衡條件F1L1=F2L2;F1:動力,L1:動力臂,F(xiàn)2:阻力,L2:阻力臂
定滑輪F=G物,S=h,F:繩子自由端受到的拉力,G物:物體的重力,S:繩子自由端移動的距離,h:物體升高的距離
動滑輪F=(G物+G輪)/2,S=2h,G物:物體的重力,G輪:動滑輪的重力
滑輪組F=(G物+G輪)/n,S=nh,n:承擔(dān)物重的段數(shù)
機械功W(J)W=FsF:力S:在力的方向上移動的距離
有用功:W有,總功:W總,W有=G物h,W總=Fs,適用滑輪組豎直放置時機械效率η=W有/W總×100%
功W=Fs=Pt;1J=1N·m=1W·s
功率P=W/t=Fv(勻速直線)1kW=103W,1MW=103kW
有用功W有用=Gh=W總–W額=ηW總
額外功W額=W總–W有=G動h(忽略輪軸間摩擦)=fL(斜面)
總功W總=W有用+W額=Fs=W有用/η
機械效率η=G/(nF)=G物/(G物+G動)定義式適用于動滑輪、滑輪組
功率P(w)P=W/t;W:功;t:時間
壓強p(Pa)P=F/SF:壓力/S:受力面積
液體壓強p(Pa)P=ρghP:液體的密度h:深度(從液面到所求點的豎直距離)
熱量Q(J)Q=cm△tc:物質(zhì)的比熱容m:質(zhì)量,△t:溫度的變化值
燃料燃燒放出的熱量Q(J)Q=mq;m:質(zhì)量,q:熱值
線速度V=s/t=2πR/T2.角速度ω=Φ/t=2π/T=2πf
向心加速度a=V^2/R=ω^2R=(2π/T)^2R4.向心力F心=Mv^2/R=mω^2xR=m(2π/T)^2xR
周期與頻率T=1/f6.角速度與線速度的關(guān)系V=ωR
角速度與轉(zhuǎn)速的關(guān)系ω=2πn(此處頻率與轉(zhuǎn)速意義相同)
主要物理量及單位:弧長(S):米(m)角度(Φ):弧度(rad)頻率(f):赫(Hz)
周期(T):秒(s)轉(zhuǎn)速(n):r/s半徑(R):米(m)線速度(V):m/s
角速度(ω):rad/s向心加速度:m/s2
注:(1)向心力可以由具體某個力提供,也可以由合力提供,還可以由分力提供,方向始終與速度方向垂直。
(2)做勻速度圓周運動的物體,其向心力等于合力,并且向心力只改變速度的方向,不改變速度的大小,因此物體的動能保持不變,但動量不斷改變。
速度Vt=Vo+at
位移s=Vot+at2/2=V平t=Vt/2t
有用推論Vt2-Vo2=2as
平均速度V平=s/t(定義式)
中間時刻速度Vt/2=V平=(Vt+Vo)/2
中間位置速度Vs/2=√[(Vo2+Vt2)/2]
加速度a=(Vt-Vo)/t{以Vo為正方向,a與Vo同向(加速)a>0;反向則aF2)
互成角度力的合成:
F=(F12+F22+2F1F2cosα)1/2(余弦定理)F1⊥F2時:F=(F12+F22)1/2
合力大小范圍:|F1-F2|≤F≤|F1+F2|
力的正交分Fx=Fcosβ,Fy=Fsinβ(β為合力與x軸之間的夾角tgβ=Fy/Fx)
注:(1)力(矢量)的合成與分解遵循平行四邊形定則;
(2)合力與分力的關(guān)系是等效替代關(guān)系,可用合力替代分力的共同作用,反之也成立;
(3)除公式法外,也可用作圖法求解,此時要選擇標(biāo)度,嚴(yán)格作圖;
(4)F1與F2的值一定時,F1與F2的夾角(α角)越大,合力越小;
(5)同一直線上力的合成,可沿直線取正方向,用正負號表示力的方向,化簡為代數(shù)運算.
高一物理必修一第一章練習(xí)題
一、選擇題(共10小題,每小題4分,共40分,在每小題給出的四個選項中,第1~6小題只有一個選項符合題目要求,第7~10小題有多個選項符合題目要求,全部選對的得4分,選不全的得2分,有選錯或不答的得0分)
1.(杭州二中2015~2016學(xué)年高一上學(xué)期期中)我國《道路交通安全法》第六十七條規(guī)定:高速公路限速標(biāo)志標(biāo)明的時速不得超過一百二十公里。圖示為高速公路上的限速標(biāo)志,下列說法中正確的是導(dǎo)學(xué)號96930613()
A.限速值是指汽車行駛的平均速度
B.該限速值約為12m/s
C.汽車限速是因為汽車速度越大,慣性越大,難以剎車
D.汽車限速是因為汽車速度越大,剎車距離越大,容易發(fā)生交通事故
答案:D
解析:限速值指的是瞬時速度,A錯;該限速值約為33m/s,B錯;質(zhì)量是慣性大小的量度,與汽車速度無關(guān),C錯;汽車速度越大,剎車距離越大,D正確。
2.(南京市2014~2015學(xué)年高一上學(xué)期五校聯(lián)考)一根輕繩的上端懸掛在天花板上,下端掛一燈泡,則導(dǎo)學(xué)號96930614()
A.燈泡受的重力和燈泡對繩的拉力是一對平衡力
B.燈泡受的重力和繩對燈泡的拉力是一對作用力和反作用力
C.燈泡對繩的拉力和繩對燈泡的拉力是一對作用力和反作用力
D.繩對天花板的拉力和天花板對繩的拉力是一對平衡力
答案:C
解析:燈泡受的重力和繩對燈泡的拉力是一對平衡力,選項A、B錯誤;燈泡對繩的拉力和繩對燈泡的拉力是一對作用力和反作用力,繩對天花板的拉力和天花板對繩的拉力是一對作用力和反作用力,選項C正確,選項D錯誤。
3.(河南周口市2015~2016學(xué)年高一上學(xué)期期末)一串小燈籠(五只)彼此用輕繩連接,并懸掛在空中,在穩(wěn)定水平風(fēng)力作用下發(fā)生傾斜,懸繩與豎直方向的夾角為30°,如圖所示,設(shè)每個紅燈籠的質(zhì)量均為m,則自上往下第二只燈籠對第三只燈籠的拉力大小為導(dǎo)學(xué)號96930615()
A.23mgB.233mg
C.833mgD.8mg
答案:A
解析:以下面三個燈籠作為整體為研究對象,進行受力分析,如圖:
豎直方向:Tcos30°=3mg
得:T=3mgcos30°=23mg
故選A。
4.幾位同學(xué)為了探究電梯啟動和制動時的運動狀態(tài)變化情況,他們將體重計放在電梯中,一位同學(xué)站在體重計上,然后乘坐電梯從1層直接到10層,之后又從10層直接回到1層。用照相機進行了相關(guān)記錄,如圖所示。圖1為電梯靜止時體重計的照片,圖2、圖3、圖4和圖5分別為電梯運動過程中體重計的照片。根據(jù)照片推斷正確的是導(dǎo)學(xué)號96930616()
A.根據(jù)圖2推斷電梯一定處于加速上升過程,電梯內(nèi)同學(xué)可能處于超重狀態(tài)
B.根據(jù)圖3推斷電梯一定處于減速下降過程,電梯內(nèi)同學(xué)可能處于失重狀態(tài)
C.根據(jù)圖4推斷電梯可能處于減速上升過程,電梯內(nèi)同學(xué)一定處于失重狀態(tài)
D.根據(jù)圖5推斷電梯可能處于加速下降過程,電梯內(nèi)同學(xué)一定處于超重狀態(tài)
答案:C
解析:由圖可知,圖2、圖5示數(shù)大于重力為超重,電梯可能加速上升或減速下降,圖3、圖4示數(shù)小于重力,失重可能向下加速,也可能向上減速,C正確。
5.質(zhì)量為m的金屬盒獲得大小為v0的初速度后在水平面上最多能滑行s距離,如果在盒中填滿油泥,使它的總質(zhì)量變?yōu)?m,再使其以v0初速度沿同一水平面滑行,則它滑行的距離為導(dǎo)學(xué)號96930617()
A.s2B.2s
C.s4D.s
答案:D
解析:設(shè)金屬盒與水平面間的動摩擦因數(shù)為μ,未裝油泥有-μmg=ma①
-v20=2as②
裝滿油泥后有:-μ2mg=2m?a′③
-v20=2a′?s′④
解①②③④可得:s′=s
6.(河北衡水中學(xué)2015~2016學(xué)年高一上學(xué)期期末)放在水平地面上的一物塊,受到方向不變的水平推力F的作用,F(xiàn)的大小與時間t的關(guān)系如圖甲所示,物塊速度v與時間t的關(guān)系如圖乙所示。取重力加速度g=10m/s2。由此兩圖象可以求得物塊的質(zhì)量m和物塊與地面之間的動摩擦因數(shù)μ分別為導(dǎo)學(xué)號96930618()
A.m=1.5kg,μ=0.4B.m=0.5kg,μ=0.4
C.m=0.5kg,μ=0.2D.m=1kg,μ=0.2
答案:B
解析:結(jié)合F-t圖象和v-t圖象,分析物塊在各段內(nèi)的受力和運動情況,利用各段的運動規(guī)律和牛頓第二定律求解。由題中圖象所給的信息可知,當(dāng)外力F等于3N時,物塊做勻加速直線運動,由牛頓第二定律得F1-μmg=ma,由圖象可得F1=3N,a=ΔvΔt=4-04-2m/s2=2m/s2;當(dāng)外力等于2N時,物塊做勻速運動,則F2=μmg,其中F2=2N;將兩式聯(lián)立解得m=0.5kg,μ=0.4。
7.如圖所示,清洗樓房光滑玻璃的工人常用一根繩索將自己懸在空中,工人及其裝備的總重量為G,且視為質(zhì)點。懸繩與豎直墻壁的夾角為α,懸繩對工人的拉力大小為F1,墻壁對工人的彈力大小為F2,則導(dǎo)學(xué)號96930619()
A.F1=Gsinα
B.F2=Gtanα
C.若工人緩慢下移,增加懸繩的長度,但F1與F2的合力不變
D.若工人緩慢下移,增加懸繩的長度,則F1減小,F(xiàn)2增大
答案:BC
解析:作出人的受力圖如圖所示
可得F1=Gcosα
F2=Gtanα
當(dāng)增加懸繩長度,α減小
F1與F2均減小
F1與F2的合力始終等于重力,綜上所述B、C正確。
8.如圖a所示,一輕質(zhì)彈簧的下端固定在水平面上,上端放置一物體(物體與彈簧不連接),初始時物體處于靜止?fàn)顟B(tài)?,F(xiàn)用豎直向上的拉力F作用在物體上,使物體開始向上做勻加速運動,拉力F與物體位移x的關(guān)系如圖b所示(g=10m/s2),則正確的結(jié)論是導(dǎo)學(xué)號96930620()
A.物體與彈簧分離時,彈簧處于壓縮狀態(tài)
B.物體的加速度大小為5m/s2
C.物體的質(zhì)量為2kg
D.彈簧的勁度系數(shù)為7.5N/cm
答案:BC
解析:以物體為研究對象,由牛頓第二定律并結(jié)合圖象得
10+4k-mg=ma
30-mg=ma
又4k=mg
由以上三式解得m=2kg
a=5m/s2k=5N/cm
所以B、C正確,D錯誤。
由題意知,物體與彈簧分離時,彈簧處于自然伸長狀態(tài),A錯誤。
9.(西大附中2015~2016學(xué)年高一上學(xué)期期末)如圖所示,某一纜車沿著坡度為30°的山坡以加速度a上行,在纜車中放一個與山坡表面平行的斜面,斜面上放一個質(zhì)量為m的小物塊,小物塊相對斜面靜止(設(shè)纜車保持豎直狀態(tài)運行),則導(dǎo)學(xué)號96930621()
A.小物塊受到的摩擦力方向平行斜面向下
B.小物塊受到的滑動摩擦力大小為ma
C.小物塊受到的靜摩擦力大小為12mg+ma
D.小物塊受到斜面的彈力大小為32mg
答案:CD
解析:以木塊為研究對象,分析受力情況:木塊受重力mg、斜面的支持力N和靜摩擦力f,f沿斜面向上,故A錯誤;根據(jù)牛頓第二定律得:f-mgsin30°=ma,解得,f=12mg+ma,方向平行斜面向上,故C正確,B錯誤;小物塊受到的支持力等于重力垂直于斜面的分力;故N=mgcos30°=3mg2;故D正確。
10.如圖所示,傳送帶的水平部分長為L,傳動速率為v,在其左
端無初速度釋放一小木塊,若木塊與傳送帶間的動摩擦因數(shù)為μ,則木塊從左端運動到右端的時間可能是導(dǎo)學(xué)號96930647()
A.Lv+v2μgB.Lv
C.2LμgD.2Lv
答案:ACD
解析:因木塊運動到右端的過程不同,對應(yīng)的時間也不同,若一直勻加速至右端,則L=12μgt2,可得t=2Lμg,C正確;若一直加速到右端的速度恰好與傳送帶速度v相等,則L=0+v2t,可得t=2Lv,D正確;若先勻加速到傳送帶速度v,再勻速到右端,則v22μg+v(t-vμg)=L,可得t=Lv+v2μg,A正確;木塊不可能一直勻速至右端,B錯誤。
第Ⅱ卷(非選擇題共60分)
二、填空題(共3小題,共16分。把答案直接填在橫線上)
11.(4分)在“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”實驗時,已提供了小車,一端附有定滑輪的長木板、紙帶、帶小盤的細線、刻度尺、天平、導(dǎo)線。為了完成實驗,還須從下圖中選取實驗器材,其名稱是____(漏選或全選得零分);并分別寫出所選器材的作用_____。導(dǎo)學(xué)號96930622
答案:學(xué)生電源、電磁打點計時器、鉤碼、砝碼(或電火花計時器、鉤碼、砝碼)學(xué)生電源為電磁打點計時器提供交流電源;電磁打點計時器(電火花計時器)記錄小車運動的位置和時間;鉤碼用以改變小車的質(zhì)量;砝碼用以改變小車受到拉力的大小,還可以用于測量小車質(zhì)量。
解析:電磁打點計時器用來打點計時,以便測定加速度,要配備4~6V學(xué)生電源(交流電源)為其供電,通過改變砝碼個數(shù)來改變拉力大??;鉤碼放在小車上來調(diào)節(jié)小車質(zhì)量。也可用電火花計時器來代替學(xué)生電源和電磁打點計時器,因為電火花計時器使用220V交流電,不使用學(xué)生電源。
12.(6分)(天津市五區(qū)縣2015~2016學(xué)年高一上學(xué)期期末)某實驗小組利用圖1所示的裝置進行“探究加速度與合外力的關(guān)系”的實驗。導(dǎo)學(xué)號96930623
(1)在實驗中必須將長木板右端墊高,目的是,當(dāng)不掛鉤碼時小車能勻速運動時,表明已調(diào)好。
(2)為了減小誤差,每次實驗必須通過改變鉤碼的個數(shù)來改變小車所受合外力,獲取多組數(shù)據(jù)。若小車質(zhì)量為400g,實驗中每次所用的鉤碼總質(zhì)量范圍應(yīng)選_____組會比較合理。(填選項前的字母)
A.10g~40gB.200g~400gC.1000g~2000g
(3)圖2中給出的是實驗中獲取的紙帶的一部分:1、2、3、4、5是計數(shù)點,每相鄰兩計數(shù)點間還有4個打點未標(biāo)出,由該紙帶可求得小車的加速度a=___。(計算結(jié)果保留三位有效數(shù)字)
(4)改變鉤碼的個數(shù)重復(fù)實驗,得到加速度a與合外力F的關(guān)系如圖3所示,分析線段OA,可得出實驗結(jié)論是________。
答案:(1)平衡摩擦力(2)A(3)1.11m/s2(4)在質(zhì)量不變的條件下,加速度與合外力成正比
解析:(1)實驗中將長木板右端墊高,是為了平衡摩擦力。
(2)為減少實驗誤差,應(yīng)滿足M?m,所以應(yīng)選A組鉤碼。
(3)a=x35-x134T2=1.11m/s2
(4)由圖3可知,加速度與合外力成正比。
13.(6分)(廣東省實驗中學(xué)2015~2016學(xué)年高一上學(xué)期期末)在探究加速度與物體所受合外力和質(zhì)量間的關(guān)系時,采用如圖所示的實驗裝置,小車及車中的砝碼質(zhì)量用M`表示,沙桶質(zhì)量用m表示,小車的加速度可由小車后拖動的紙帶由打點計時器打出的點計算出:導(dǎo)學(xué)號96930624
(1)保持小車受力不變,測量不同質(zhì)量的小車在這個力作用下的加速度。某次實驗中打出如圖乙所示的紙帶(打點計時器電源的頻率為50Hz),則這個加速度值a=_____m/s2。
(2)一組同學(xué)在先保持沙桶質(zhì)量一定,探究加速度與質(zhì)量的關(guān)系,以下做法錯誤的是()
A.平衡摩擦力時,應(yīng)將沙桶用細繩通過定滑輪系在小車上
B.每次改變小車的質(zhì)量時,不需要重新平衡摩擦力
C.實驗時,先放開小車,再接通打點計時器電源
D.小車運動的加速度可用天平測出m以及小車質(zhì)量M,直接用公式a=mg/M求出
(3)在保持小車及車中的砝碼質(zhì)量M一定,探究加速度與所受合外力的關(guān)系時,詹詹和彭彭二位同學(xué)得到的a―F關(guān)系分別如下圖丙、丁所示(a是小車的加速度,F(xiàn)是細線作用于小車的拉力)。其原因分別是:
丙圖:__________________________________
丁圖:__________________________________
答案:(1)0.8(2)ACD(3)平衡摩擦力時傾角過大;傾角過小或沒有平衡摩擦
解析:(1)a=Δs2T2=?3.53-1.93?×10-22×0.12m/s2
=0.8m/s2
(2)根據(jù)實驗原理及操作步驟可知選項B正確,A、C、D錯誤。
(3)由丙圖可知,F(xiàn)=0時,a不為零,說明平衡摩擦力時傾角過大。由丁圖可知,F(xiàn)增大到一定值時才產(chǎn)生加速度a,說明沒有平衡摩擦力或平衡摩擦力不夠。
三、論述、計算題(本題共4小題,共44分。解答應(yīng)寫出必要的文字說明、方程式和重要演算步驟,只寫出最后答案不能得分,有數(shù)值計算的題,答案中必須明確寫出數(shù)值和單位)
14.(10分)(黑龍江省實驗中學(xué)2015~2016學(xué)年高一上學(xué)期期末)如圖所示,傾角為θ=37°的光滑斜面體固定在一個小車上,小車與斜面體的總質(zhì)量為M=2kg,斜面體上有一個質(zhì)量m=0.5kg的小物塊,小車放在光滑的水平桌面上,小車與一平行于桌面的細繩相連,繩的另一端跨過一不計摩擦的輕質(zhì)定滑輪掛一個物塊質(zhì)量為m0,桌子固定于水平地面上。若把物塊m0由靜止釋放(已知sin37°=0.6,cos37°=0.8,g=10m/s2)求:m0質(zhì)量為多大時,物塊m與斜面體恰好相對靜止?導(dǎo)學(xué)號96930625
答案:m0=7.5kg
解析:根據(jù)牛頓第二定律,對m0有:m0g-T=m0a
對m和M整體:T=(m+M)a
對m:mgtanθ=ma
解得:m0=?M+m?gtan37°g-a
代數(shù)解得:m0=7.5kg
15.(10分)如圖所示,固定光滑細桿與地面成一定傾角,在桿上套有一個光滑小環(huán),小環(huán)在沿桿方向的推力F作用下向上運動,推力F與小環(huán)速度v隨時間變化規(guī)律如圖所示,取重力加速度g=10m/s2。求:導(dǎo)學(xué)號96930626
(1)小環(huán)的質(zhì)量m;
(2)細桿與地面間的傾角α。
答案:(1)1kg(2)30°
解析:由v-t圖象可解得:a=vt=12m/s2,前2s內(nèi),由牛頓第二定律得:F1-mgsinα=ma
2s后滿足:F2=mgsinα代入數(shù)據(jù)解得:m=1kg,α=30°。
16.(11分)如圖所示,一小轎車從高為10m、傾角為37°的斜坡頂端從靜止開始向下行駛,當(dāng)小轎車到達底端時進入一水平面,在距斜坡底端115m的地方有一池塘,發(fā)動機在斜坡上產(chǎn)生的牽引力為2×103N,在水平地面上調(diào)節(jié)油門后,發(fā)動機產(chǎn)生的牽引力為1.4×104N,小轎車的質(zhì)量為2t,小轎車與斜坡及水平地面間的動摩擦因數(shù)均為0.5(g取10m/s2)。求:導(dǎo)學(xué)號96930627
(1)小轎車行駛至斜坡底端時的速度;
(2)為使小轎車在水平地面上行駛而不掉入池塘,在水平地面上加速的時間不能超過多少?(轎車在行駛過程中不采用剎車裝置)
答案:(1)10m/s(2)5s
解析:(1)小轎車在斜坡上行駛時,由牛頓第二定律得
F1+mgsin37°-μmgcos37°=ma1
代入數(shù)據(jù)得斜坡上小轎車的加速度a1=3m/s2
由v21=2a1x1=2a1h/sin37°
得行駛至斜坡底端時的速度v1=10m/s。
(2)在水平地面上加速時F2-μmg=ma2
代入數(shù)據(jù)得a2=2m/s2
關(guān)閉油門后減速μmg=ma3,代入數(shù)據(jù)得a3=5m/s2
關(guān)閉油門時轎車的速度為v2,
v22-v212a2+v222a3=x2
得v2=20m/s,t=v2-v1a2=5s
即在水平地面上加速的時間不能超過5s。
17.(13分)(石家莊市高一上學(xué)期期末)如圖甲所示,質(zhì)量為M=4kg的木板靜止在水平面上,質(zhì)量m=1kg的小滑塊靜止在木板的右端,可看成質(zhì)點。已知木板與水平面間的動摩擦因數(shù)為μ1=0.1,小滑塊與木板之間的動摩擦因數(shù)為μ2=0.4,重力加速度g=10m/s2?,F(xiàn)用力F作用在木板M上,F(xiàn)隨時間t變化的關(guān)系如圖乙所示,求:導(dǎo)學(xué)號96930628
(1)t=1s時,小滑塊和木板的速度大小;
(2)為使小滑塊不從木板上滑落下來,木板的最小長度。
答案:(1)4m/s5m/s(2)0.75m
解析:(1)對小滑塊:a1=μ2g=4m/s2
對木板:第1s內(nèi),
a2=F1-μ2mg-μ1?M+m?gM=5m/s2
第2s內(nèi),a3=F2-μ2mg-μ1?M+m?gM=2m/s2
t=1s時,小滑塊的速度vm=a1t=4m/s
木板的速度vM=a2t=5m/s
(2)由于a3<a1當(dāng)滑塊與木板速度相等時,滑塊與木板將保持相對靜止,一起運動,得:< style="PADDING-BOTTOM: 0px; PADDING-TOP: 0px; PADDING-LEFT: 0px; MARGIN: 0px; PADDING-RIGHT: 0px" p="">
a1t+a1Δt=a2t+a3Δt
解得:Δt=0.5s
滑塊與木板在1.5s時,保持相對靜止,0~1.5s內(nèi):
木板的位移s2=12a2t2+a2tΔt+12a3Δt2=5.25m
滑塊的位移為s1=12a1t2+a1tΔt+12a1Δt2=4.5m
木板的最小長度L=s2-s1=0.75m
必修一第二章第五節(jié)知識點
【自由落體運動的定義】
從靜止出發(fā),只在重力作用下而降落的運動模式,叫自由落體運動。
自由落體運動是最典型的勻變速直線運動;是初速度為零,加速度為g的勻加速直線運動。
地球表面附近的上空可看作是恒定的重力場。如不考慮大氣阻力,在該區(qū)域內(nèi)的自由落體運動的方向是豎直向下的(并非指向地心),加速度為重力加速度g的勻加速直線運動。
只有在赤道上或者兩極上,自由落體運動的方向(也就是重力的方向)才是指向地球中心的。
g≈9.8m/s^2(重力加速度在赤道附近較小,在高山處比平地小,方向豎直向下)。
【自由落體運動的基本公式】
(1)Vt=gt
(2)h=1/2gt^2
(3)Vt^2=2gh
這里的h與x同樣都是指位移,一般在自由落體中用h表示數(shù)值方向的位移量。
【自由落體運動的研究先驅(qū)者】
對自由落體最先研究的是古希臘的科學(xué)家亞里士多德,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,前384年4月23日-前322年3月7日,古希臘哲學(xué)家,柏拉圖的學(xué)生、亞歷山大大帝的老師。
他的著作包含許多學(xué)科,包括了物理學(xué)、形而上學(xué)、詩歌(包括戲劇)、生物學(xué)、動物學(xué)、邏輯學(xué)、政治、政府、以及x學(xué)。和柏拉圖、蘇格拉底(柏拉圖的老師)一起被譽為西方哲學(xué)的奠基者。亞里士多德的著作是西方哲學(xué)的第一個廣泛系統(tǒng),包含道德、美學(xué)、邏輯和科學(xué)、政治和玄學(xué)。
伽利略是意大利天文學(xué)家,也是世界物理學(xué)家。他于1564年誕生在意大利北部的比薩市,1642年1月8日去世,終年78歲。他畢生致力于科學(xué)事業(yè),不僅為我們留下了時鐘、望遠鏡和眾多的科學(xué)專著,而且還為破除宗教迷信、科學(xué)偏見作出了杰出的貢獻。
伽利略在1638年寫的《兩種新科學(xué)的對話》一書中指出:根據(jù)亞里士多德的論斷,一塊大石頭的下落速度要比一塊小石頭的下落速度大。假定大石頭的下落速度為8,小石頭的下落速度為4,當(dāng)我們把兩塊石頭拴在一起時,下落快的會被下落慢的拖著而減慢,下落慢的會被下落快的拖著而加快,結(jié)果整個系統(tǒng)的下落速度應(yīng)該小于8。但是兩塊石頭拴在一起,加起來比大石頭還要重,因此重物體比輕物體的下落速度要小。這樣,就從重物體比輕物體下落得快的假設(shè),推出了重物體比輕物體下落得慢的結(jié)論。亞里士多德的理論陷入了自相矛盾的境地。伽利略由此推斷重物體不會比輕物體下落得快。伽利略的假設(shè)推導(dǎo)法,對物理思維方法起到了非常重要的作用。
伽利略曾在的比薩斜塔做了的自由落體試驗,讓兩個體積相同,質(zhì)量不同的球從塔頂同時下落,結(jié)果兩球同時落地,以實踐駁倒了亞里士多德的結(jié)論。但是后來經(jīng)過歷史的嚴(yán)格考證,伽利略并沒有在比薩斜塔做實驗,人們卻還是把比薩斜塔當(dāng)作對伽利略的紀(jì)念碑。
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