2021-2022学年高中物理 第3章 匀变速直线运动的研究 第3节 匀变速直线运动实例——自由落体运动教案 鲁科版必修1

1、2021-2022学年高中物理 第3章 匀变速直线运动的研究 第3节 匀变速直线运动实例自由落体运动教案 鲁科版必修12021-2022学年高中物理 第3章 匀变速直线运动的研究 第3节 匀变速直线运动实例自由落体运动教案 鲁科版必修1年级：姓名：- 12 -第3节匀变速直线运动实例自由落体运动学习目标1物理观念理解什么是自由落体运动，知道它是初速度为零的匀加速直线运动2物理观念知道自由落体运动的产生条件、特点3物理观念知道什么是自由落体运动的加速度，知道它的方向4科学思维熟练运用自由落体运动规律解决简单问题5科学态度与责任体会自由落体运动模型与生活实际一、自由落体运动的特点1实验探究牛顿管实

2、验(1)当玻璃管内有空气时，纸片比硬币下落慢得多(2)抽去玻璃管内部分空气，纸片比硬币下落得还是慢，但落地时间相差变小(3)继续抽取玻璃管内的空气，使其接近真空，纸片与硬币下落的快慢几乎一样2自由落体运动定义物体只在重力作用下从静止开始下落的运动特点(1)初速度为零；(2)只受重力作用性质自由落体运动是初速度为零的匀加速直线运动二、自由落体运动的加速度1自由落体加速度(1)定义：物体自由下落时的加速度来自地球和物体之间的万有引力，也称为重力加速度，用字母g表示(2)大小在地球上同一地点，一切物体自由下落的加速度都相同随着纬度升高，重力加速度增大，而同一地区高度越大，重力加速度越小，但变化都不大

3、一般的计算中，通常g取9.8_m/s2，在估算时，g还可以取10_m/s2(3)方向：地球上重力加速度的方向总是竖直向下2自由落体运动的公式(1)自由落体的特点：v00，ag(2)速度公式：vtgt(3)位移公式：hgt2(4)速度位移关系式：v2gh三、自由落体运动规律探索的回眸1伽利略的贡献(1)从逻辑推理上否定了亚里士多德关于重物体下落得快、轻物体下落得慢的论断(2)提出了“自由落体运动是一种最简单的变速运动匀变速直线运动”的假说(3)在当时的实验条件下测量短时间是有困难的，伽利略采用了间接验证的方法：运用数学推导的方法得出初速度为零的匀变速直线运动应有st22斜面实验3伽利略研究自然规

4、律的科学方法数学推理和实验研究相结合1思考判断(正确的打“”，错误的打“”)(1)从静止开始下落的运动都可看成自由落体运动()(2)钢球在空中由静止开始自由下落可看成自由落体运动()(3)质量大的物体下落时一定能看成自由落体运动()(4)物体只在重力作用下的下落运动就是自由落体运动()(5)自由落体运动是匀加速直线运动()(6)在同一地点，质量不同的物体，重力加速度不相同()217世纪意大利科学家伽利略在研究落体运动的规律时，提出了著名的斜面实验，其中应用到的物理思想方法属于()a等效替代b实验归纳c理想实验d控制变量c伽利略的斜面实验是在实验基础上进行“合理外推”得到自由落体运动规律的，属于

5、理想实验，选项c正确3甲、乙两物体从同一地点同一高度处同时自由下落，甲所受的重力是乙的3倍，则下列说法正确的是()a甲比乙先着地b甲比乙的加速度大c甲、乙同时着地d无法确定谁先着地c在同一地点，做自由落体运动的物体下落的快慢与重力无关，只要高度相同，落地时间就相同自由落体运动的特点1自由落体运动是一种理想化模型自由落体运动的物体仅受重力，实际物体在空气中的运动都要受到阻力的作用，但当自由下落的物体所受的空气阻力远小于物体的重力时，物体的运动可视为自由落体运动2自由落体运动的加速度(1)在同一地方，一切物体在自由落体运动中的加速度都相同(2)在地球表面上各处的重力加速度不同 (3)在地球表面上同

6、一地点，重力加速度随高度的增加而减小，在一般的高度内，可认为重力加速度的大小不变【例1】(多选)下列说法正确的是()a初速度为零、竖直向下的匀加速直线运动是自由落体运动b仅在重力作用下的运动叫做自由落体运动c物体只在重力作用下从静止开始下落的运动才是自由落体运动d当空气阻力可以忽略不计时，物体从静止开始自由下落的运动可视为自由落体运动思路点拨：自由落体运动是只受重力，初速度为零的理想化模型cd自由落体的条件是只受重力且初速度v00若空气阻力可以忽略不计，物体由静止自由下落可以看成自由落体运动，故a、b错误，c、d正确自由落体运动的判断方法(1)根据条件判定(2)根据题目中的一些暗示语来判定，例

7、如根据“忽略阻力”“阻力远小于重力”“月球上”等暗示语来判定跟进训练1在真空中，将苹果和羽毛同时从同一高度由静止释放，下列频闪照片中符合事实的是()a b c dc由于苹果和羽毛从同一高度同时下落，故任意时刻都在同一高度，且是加速运动，故频闪间距不断变大，故c正确2(多选)关于重力加速度的说法中，正确的是()a重力加速度g是标量，只有大小没有方向，通常计算中g取9.8 m/s2b在地面上不同的地方，g的大小不同，但它们相差不是很大c在地球上同一地点，一切物体在自由落体运动中的加速度都相同d在地球上的同一地方，离地面高度越大重力加速度g越小bcd重力加速度是矢量，方向竖直向下，与重力的方向相同在

8、地球表面不同的地方，g的大小略有不同，但都在9.8 m/s2左右，所以选项a错误，选项b正确；在地球表面的同一地点，g的值都相同，但随着高度的增大，g的值逐渐变小，所以选项c、d正确自由落体运动的规律及应用1自由落体运动的基本规律匀变速直线运动自由落体运动速度公式vtv0atvtgt位移公式sv0tat2hgt2速度位移关系式vv2asv2gh2自由落体运动的几个推论匀变速直线运动自由落体运动中间时刻的速度vv中间位置的速度vvgt位移差公式sat2hgt23自由落体运动的几个比例(初速度为零的匀加速直线运动均适用)(1)第1 s末，第2 s末，第3 s末，第n s末速度之比为123n(2)连

9、续相等时间内的位移之比为135(2n1)(3)连续相等位移所用时间之比为1(1)()()【例2】有一矿井深125 m，在井口每隔一定时间自由下落一个小球，g取10 m/s2当第11个小球刚从井口下落时，第1个小球恰好落到井底，则相邻两个小球下落的时间间隔为多少？此时第3个小球和第5个小球相隔几米？思路点拨：本题中小球下落的特点是在同一位置间隔相等的时间下落，可先画出运动示意图，再用hgt2求解解析：如图所示，11个小球将125 m分成10段，此状态可认为是一个小球从零时刻开始每隔一个t时间所处的位置设总下落时间为t，由hgt2，有t s5 s则t0.5 s这时第3个小球与第5个小球的距离hg(

10、8t)2g(6t)235 m答案：0.5 s35 m应用自由落体运动规律解题的思路和方法(1)首先将题目中的日常生活信息进行加工处理，选择有用的已知信息，排除干扰因素(2)在分析信息的基础之上进行科学的模型抽象，建立物理模型，将实际问题转化为理想的物理过程(3)根据已知条件和自由落体运动模型遵循的物理规律，选择准确的物理公式列方程，代入数值求解跟进训练3如图甲所示，两位同学根据课本提示的方法，利用自由落体运动做反应时间的测量如图乙所示，a点是开始时受测人手指的位置，b点是结束时受测人手指的位置，则受测人的反应时间大致为()甲乙a0.6 s b0.5 s c0.4 s d0.3 sd尺子在人反应

11、时间内做自由落体运动，从图中可得在人反应时间内尺子下落的高度为h(55.010.0) cm45.0 cm0.45 m，根据公式hgt2可得t0.3 s，故d正确4每隔一定时间就有一滴水从屋檐滴下，当第5滴正欲滴下时，第1滴刚好落到地面，而第3滴与第2滴分别位于高1 m的窗子的上下沿，如图所示(取g10 m/s2)试问：(1)滴水的时间间隔是多少？(2)此屋檐离地面多高？解析：方法一：利用基本规律求解(1)设屋檐离地面高为h，滴水的时间间隔为t由hgt2得第2滴水的位移h2g(3t)2第3滴水的位移h3g(2t)2又h2h31 m联立三式，解得t0.2 s(2)屋檐离地高度hg(4t)210(4

12、0.2)2 m3.2 m方法二：用比例法求解由于水滴下落的时间间隔相等，则相邻两水滴之间的间距从上到下依次可设为h0、3h0、5h0、7h0，如图所示显然，窗高为5h0，即5h01 m，得h00.2 m，屋檐离地高度hh03h05h07h03.2 m由hgt2知，滴水的时间间隔为ts0.2 s方法三：用平均速度求解(1)设滴水的时间间隔为t，窗高h1 m，则水滴经过窗子过程中的平均速度为，由vtgt知，水滴下落2.5t时的速度为v2.5gt，由于v，故有2.5gt，解得t0.2 s(2)屋檐离地高度hg(4t)23.2 m答案：(1)0.2 s(2)3.2 m伽利略对自由落体运动的研究1伽利略

13、的科学方法2伽利略科学方法的意义伽利略对物体运动的研究，开创了数学推理和实验研究相结合探索自然规律的科学方法这种方法到现在仍然是物理学乃至整个自然科学最基本的研究方法这种方法的使用，不但标志着物理学的真正开始，也有力地推进了人类科学认识的发展，近代科学研究的大门从此打开跟进训练5(多选)伽利略在研究自由落体运动时，设计了如图所示的斜面实验下列哪些方法是他在这个实验中采用过的()a用水钟计时b用打点计时器打出纸带进行数据分析c改变斜面倾角，比较各种倾角得到的的比值的大小d将斜面实验的结果合理“外推”，说明自由落体运动是特殊的匀变速直线运动acd伽利略时代采用的计时方法是水钟计时，选项a正确，选项

14、b错误研究自由落体运动时伽利略利用数学推理得出结论，若速度随时间均匀变化，则位移与时间的二次方成正比，选项c正确伽利略将斜面实验的结果合理“外推”得到自由落体运动规律，选项d正确6在学习物理知识的同时，还应当注意学习物理学中研究问题的思想和方法，从一定意义上说，后一点甚至更重要伟大的物理学家伽利略的研究方法对于后来的科学研究具有重大的启蒙作用，至今仍然具有重要意义请你回顾伽利略探究物体下落规律的过程，判定下列哪个过程是伽利略的探究过程()a猜想问题数学推理实验验证合理外推得出结论b问题猜想实验验证数学推理合理外推得出结论c问题猜想数学推理实验验证合理外推得出结论d猜想问题实验验证数学推理合理外

15、推得出结论c伽利略探究物体下落规律的过程是：先对亚里士多德对落体运动的观察得出的结论提出质疑大小石块捆在一起下落得出矛盾的结论；猜想下落的运动是最简单的运动，速度与时间成正比；数学推理如果vt，则有ht2；实验验证设计出斜面实验并进行研究，得出光滑斜面上滑下的物体的规律ht2；合理外推将光滑斜面上滑下的物体的规律ht2推广到自由落体运动从探究的过程看，答案应是c1物理观念自由落体运动、重力加速度2科学思维应用自由落体运动规律分析问题3科学探究伽利略对自由落体运动的研究1(多选)如图所示，拿一个长约1.5 m的玻璃管，一端封闭，另一端有开关，把金属片和一小羽毛放到玻璃管中，把玻璃管倒过来，观察它

16、们下落的情况；然后把玻璃管中的空气抽出来形成近真空，再把玻璃管倒过来，再次观察它们的下落情况，下列说法正确的是()a未抽气时，金属片和羽毛下落得一样快b未抽气时，金属片比羽毛下落得快c抽气后，金属片和羽毛下落得一样快d抽气后，金属片比羽毛下落得快bc未抽气时，因为金属片和羽毛都受空气阻力，而羽毛自身重力与阻力相当，其下落较慢，故b正确；抽气后，没有空气阻力，两物体下落的加速度相同，都是重力加速度，它们下落得一样快，故c正确2(多选)物体从离地面45 m高处做自由落体运动(g取10 m/s2)，则下列选项中正确的是()a物体运动3 s后落地b物体落地时的速度为20 m/sc物体在落地前最后1 s内的位移为25 md物体在整个下落过程中的平均速度为20 m/sac由hgt2得t3 s，最后1 s内位移hgt2gt25 m，落地速度vgt30 m/s，全程的平均速度 m/s15 m/s，故a、c正确，b、d错误3唐代诗人李白的“飞流直下三千尺，疑是银河落九天”描述了庐山瀑布的美景，如果三尺为1 m，则水落地时的速度约为(设初速度为0)()a100 m/sb100 m/sc200 m/sd200 m/sb水下落高度h1 000 m，g取10 m/s2，由v2gh得v