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自由落体运动, SPM 物理中四

自由落体运动是 SPM 物理课程中力与运动 I的内容标准 2.3(中四,代码 4531)。以下说明其含义、考核方式,以及如何通过一对一掌握它。

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  • 依据官方 SPM 课程大纲

涵盖内容

在力与运动 I中,本标准常出现在结构题里。专注的一堂课能把"我懂了"变成"我能拿分"。

如何考核

它可能出现在试卷一(客观题)与试卷二(结构题),若涉及实验,也可能出现在试卷三。我们不预测考题,而是为所有情况准备好技巧。

常见错误

注意定义:"陈述"或"定义"题的准确措辞才是得分点。

如何学习

准确记住定义,用完整过程练一两道 SPM 风格的题目,并把它与力与运动 I的其余部分联系起来。

力与运动 I · 公式 · 考试试卷

你需要掌握的要点

自由落体是物体仅在重力作用下的运动,假设空气阻力可以忽略不计。在地球表面附近,无论质量大小,每个自由下落的物体都经历相同的重力加速度g = 9.81 m s⁻²,方向竖直向下。

这意味着在真空中,一枚硬币和一张纸会以相同的速率下落,尽管在普通空气中空气阻力会使纸张下落得更慢。由于g是恒定的,只需代入a = g(向下为正)或a = −g(向上为正),四个运动方程就可以直接用于自由落体。

g的数值可通过实验测定:让一个密度较大的小物体,例如钢珠,从静止释放,下落经过已测量的高度,并用电子计时以减少人为反应误差。打点计时器也可以记录下落纸带的运动,利用点间距离求出不同位置的速度,再从速度-时间图的斜率求出g。

例题解析

题目:一颗钢珠从静止释放,自由下落0.5 s。求它落地前的速度以及下落的高度,取g = 9.81 m s⁻²。

已知:u = 0 m s⁻¹,a = g = 9.81 m s⁻²,t = 0.5 s。利用v = u + at:v = 0 m s⁻¹ + (9.81 m s⁻² × 0.5 s) = 4.9 m s⁻¹(取2位有效数字)。

利用s = ut + ½at²:s = (0 m s⁻¹ × 0.5 s) + ½ × 9.81 m s⁻² × (0.5 s)² = 0 m + (½ × 9.81 × 0.25) m = 1.2 m(取2位有效数字)。钢珠落地时速度约为4.9 m s⁻¹,下落高度约为1.2 m。

此例说明从静止释放的物体u = 0,这一点常被忽略。

考试如何考查

试卷一的客观题可能要求考生说出g的数值和方向,或判断自由落体过程中哪个量保持不变。试卷二的结构题通常要求考生利用a = g的运动方程求出自由下落物体的速度、位移或时间,或解释为什么羽毛和硬币在空气中下落速率不同,但在真空中却相同。

试卷三的实验工作常涉及通过实验测定g,考生须描述方法、指出空气阻力和反应时间等误差来源,并从斜率计算出g。

常见错误包括忘记物体从静止释放时u = 0、方向的正负号约定用错、把g = 9.81 m s⁻²与牛顿单位混淆,以及最终答案漏写单位。由于没有提供公式表,考生必须记住a = g只适用于空气阻力可忽略的情况,并在需要时说明这一假设。

来源: DSKP KSSM Physics Form 4 and 5 (Versi English) (Bahagian Pembangunan Kurikulum (BPK), KPM)

作者 spmphysics.com.my 编辑团队.· 更新于 2026年9月5日

常见问题

自由落体运动难吗?
只要方法对、练习到位就不难。一对一课程确保你理解定义并能在题目中应用。
课程用什么语言?
英语;SPM 试卷为双语(马来文/英文)。
较重的物体下落是否比较轻的物体快?
在自由落体中并非如此。在没有空气阻力的情况下,地球表面附近所有物体的加速度都相同,即g = 9.81 m s⁻²,与质量无关。较重的物体在空气中看起来下落更快,只是因为空气阻力对较轻或表面积较大的物体影响更明显。
g的数值和方向是什么?
地球表面附近的重力加速度为g = 9.81 m s⁻²,方向竖直向下。计算时通常取向下为正方向,因此下落物体的a = +g;但若改取向上为正,则须一致地使用a = −g。
如何通过实验测定g?
一种方法是让密度较大的小物体从静止释放,用电子计时器测量它下落已知高度所需的时间,再用s = ut + ½at²(u = 0)求出g。另一种方法是用打点计时器记录不同位置的速度,再取速度-时间图的斜率求出g。

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