高中物理 勻變速直線運動的研究——豎直上拋運動

這節(jié)講一下豎直方向上的另一種運動——豎直上拋運動。
豎直上拋運動是指,初速度豎直向上,運動過程中只受重力的運動。利用頻閃照相技術(shù)可以得到,豎直上拋運動也是勻變速直線運動,而且加速度也是重力加速度g,只不過豎直上拋運動會先上升后下降。
其中上升過程是一個勻減速直線運動,到達(dá)最高點時速度減小為零;然后開始下降,做自由落體運動。
分析豎直上拋運動時,一般取初速度的方向為正,也就是豎直向上為正方向,拋出點為坐標(biāo)原點,加速度是重力加速度g,方向豎直向下,與正方向相反,表示為。
將勻變速直線運動的三組公式中的位移用h表示,加速度用-g表示,就可以得到豎直上拋運動的運動學(xué)公式,即速度與時間的關(guān)系式為,表示初速度為定值時,末速度大小隨時間發(fā)生變化;位移與時間的關(guān)系式為
,表示初速度為定值時,高度隨時間發(fā)生變化;速度與位移的關(guān)系式為
,表示初末速度與位移之間的關(guān)系。
需要注意的是這些公式里的加速度g僅僅代表加速度的大小。
對于豎直上拋運動,除了基本公式,另一個重點是物體在最高點情況。此時速度為零,由得
,這就是由拋出上升到最高點所用的時間。
同樣的由得
,這就是上拋過程所能達(dá)到的最大高度。由此可以看出,到達(dá)最高點的時間和高度只與初速度的大小有關(guān),時間與初速度成正比,高度與初速度的平方正比。
有了這些公式,就可以方便的解決豎直上拋運動的問題,看一個例題。
一個熱氣球以豎直向上大小為40m/s的初速度勻速上升,在距離地面100m的時候,剪斷吊艙外綁著重物的繩子,求重物離開熱氣球后多久才能落地()。
分析:懸掛著重物的熱氣球勻速向上升,在剪斷繩子的瞬間,重物與熱氣球有著同樣的運動狀態(tài),即相同的初速度,要繼續(xù)向上運動一段后才開始下落,此時重物只受重力,由此判斷出重物接下來做豎直上拋運動,利用豎直上拋運動的知識求解。
解:以重物為研究對象,設(shè)豎直向上為正方向,已知初速度,上升階段的時間為
,上升階段末速度為0,由公式
得
;上升階段的位移為
,由公式
得
;下降階段的高度
,由自由落體公式
得
,所以運動總時間
。
重物離開熱氣球后10s落地。
第二種解法,以重物為研究對象,設(shè)豎直向上為正方向,已知初速度,由公式
帶入數(shù)據(jù)得
。
注意:對比兩種方法,前一種分段計算,物體的運動過程簡單明了,但是計算復(fù)雜;后一種方法更簡單,但要注意物理量的矢量性。方法沒有優(yōu)劣,適合自己的就是最好的。
總結(jié)
初速度豎直向上,過程中只受重力的運動叫做豎直上拋運動。