自由落体运动_课件

1、思考：思考：（1 1）硬币与纸片同时下落）硬币与纸片同时下落（3 3）取两张相同纸片，其中一张截去一半并揉成）取两张相同纸片，其中一张截去一半并揉成团同时下落团同时下落（2 2）取两张相同纸片，其中一张揉成团同时下落）取两张相同纸片，其中一张揉成团同时下落（4 4）如果把轻重物体连在一起，然后静止）如果把轻重物体连在一起，然后静止释放，这时物体下落是变快了还是变慢了？释放，这时物体下落是变快了还是变慢了？自由落体运动定律的发现自由落体运动定律的发现1600年年2月月17日，罗马宗教裁判所咬牙切齿地将布鲁诺烧死在日，罗马宗教裁判所咬牙切齿地将布鲁诺烧死在鲜花广场之后，正庆幸他们制服异端的胜利，却

2、不知，这时鲜花广场之后，正庆幸他们制服异端的胜利，却不知，这时在意大利的比萨城里，一个比布鲁诺更可怕的叛逆者已经成在意大利的比萨城里，一个比布鲁诺更可怕的叛逆者已经成长起来，他便是近代物理学的鼻祖伽利略长起来，他便是近代物理学的鼻祖伽利略(15641642)。 原来，在伽利略之前，一切科学、哲学问题，全部包括原来，在伽利略之前，一切科学、哲学问题，全部包括在亚里士多德在亚里士多德(前前384前前322)的学说里。后者可是一位古圣的学说里。后者可是一位古圣人，他的思想被奉为金科玉律。当时，要是有学生提出一个人，他的思想被奉为金科玉律。当时，要是有学生提出一个问题，老师只消一句话：问题，老师只消一

3、句话：“这是亚里士多德说的这是亚里士多德说的”，问者便，问者便不敢再生怀疑。而伽利略却与众不同，凡事，不但喜欢多想不敢再生怀疑。而伽利略却与众不同，凡事，不但喜欢多想一想，还要去试一试。他的父亲是一位数学家和音乐家，因一想，还要去试一试。他的父亲是一位数学家和音乐家，因家境贫寒，不让他再学不能赚钱的音乐和数学，而送他到比家境贫寒，不让他再学不能赚钱的音乐和数学，而送他到比萨大学去学医。可是，他学医不用功，却对数学、物理格外萨大学去学医。可是，他学医不用功，却对数学、物理格外有心。有心。21岁那年，父亲见他这样不听话，一生气，再不给他岁那年，父亲见他这样不听话，一生气，再不给他学费，他只好退学。

4、但是，四年之后，因他的数学、物理方学费，他只好退学。但是，四年之后，因他的数学、物理方面自学的成就，伽利略被母校聘请回去任数学教授。他一登面自学的成就，伽利略被母校聘请回去任数学教授。他一登上大学讲台，可不是像其他人那样照宣亚里士多德的教条，上大学讲台，可不是像其他人那样照宣亚里士多德的教条，而是大力提倡观察和实验。这在当时的学者看来，简直是一而是大力提倡观察和实验。这在当时的学者看来，简直是一个不知天高地厚的疯子。个不知天高地厚的疯子。1590年，年，25岁的伽利略，对亚里士岁的伽利略，对亚里士多德的一个经典理论提出怀疑。亚氏说，如果把两件东西从多德的一个经典理论提出怀疑。亚氏说，如果把两件

5、东西从空中扔下，必定是重的先落地，轻的后落地。伽利略却认为空中扔下，必定是重的先落地，轻的后落地。伽利略却认为是同时落是同时落 地。这自然没有人信他的，于是他决心搞一次实验，地。这自然没有人信他的，于是他决心搞一次实验，让人们亲自看看。让人们亲自看看。 说也奇怪，这比萨城里有一座斜塔，拔地之后，却向一边斜去。说也奇怪，这比萨城里有一座斜塔，拔地之后，却向一边斜去。这塔建于这塔建于1174年，开始还是直的，但建到三层时开始偏斜，只好年，开始还是直的，但建到三层时开始偏斜，只好停工。过了停工。过了94年后人们终不死心，又继续施工。最后共修了八层，年后人们终不死心，又继续施工。最后共修了八层，高高5

6、45米，重米，重14200多吨。没想到这个偶然的施工错误，倒造多吨。没想到这个偶然的施工错误，倒造成了世界上独一无二的名胜。说起意大利的斜塔，谁人不知，何成了世界上独一无二的名胜。说起意大利的斜塔，谁人不知，何人不晓。人不晓。 再说这天，年轻的伽利略宣布要进行一次试验，一群教授大再说这天，年轻的伽利略宣布要进行一次试验，一群教授大为不满，便一起到校长面前告他的状。校长转念一想，这样也好，为不满，便一起到校长面前告他的状。校长转念一想，这样也好，让他当众出一次丑，也好杀杀他的傲气。这时，早有一群喜欢新让他当众出一次丑，也好杀杀他的傲气。这时，早有一群喜欢新奇的学生，将他们的老师伽利略拥到塔下。一

7、会儿，伽利略便爬奇的学生，将他们的老师伽利略拥到塔下。一会儿，伽利略便爬上斜塔七层的阳台。塔下已是人头攒动，比萨大学的校长、教授、上斜塔七层的阳台。塔下已是人头攒动，比萨大学的校长、教授、学生，还有许多看热闹的市民，将斜塔围了个水泄不通。就在这学生，还有许多看热闹的市民，将斜塔围了个水泄不通。就在这时，也还是没有一个人相信伽利略会是对的。人们正在疑惑，只时，也还是没有一个人相信伽利略会是对的。人们正在疑惑，只见伽利略将身子从阳台上探出，左右双手各拿一个铁球，一个比见伽利略将身子从阳台上探出，左右双手各拿一个铁球，一个比另一个要重十倍。当他两手同时撒开时，只见这两只球从空中落另一个要重十倍。当他

8、两手同时撒开时，只见这两只球从空中落下，齐头并进，眨眼之间，下，齐头并进，眨眼之间，“咣当咣当”一声，同时落地。塔下的人，一声，同时落地。塔下的人，一下子都懵了。先是寂静了片刻，接着便嗡嗡地嚷作一团。这时，一下子都懵了。先是寂静了片刻，接着便嗡嗡地嚷作一团。这时，伽利略从塔上走下来，校长和几个老教授立即将他围住说：伽利略从塔上走下来，校长和几个老教授立即将他围住说：“你你一定是施了什么魔术，让两个球同时落地。亚里士多德是绝对不一定是施了什么魔术，让两个球同时落地。亚里士多德是绝对不会错的。会错的。”伽利略说：伽利略说：“如若不信，我还可以上去重做一遍，这如若不信，我还可以上去重做一遍，这回你们

9、可要注意看着。回你们可要注意看着。”校长说：校长说：“不必做了，亚里士多德全是不必做了，亚里士多德全是靠道理服人的。重东西当然比轻东西落得快，这是公认的道理。靠道理服人的。重东西当然比轻东西落得快，这是公认的道理。就算你的实验是真的，但它不符合道理，也是不能承认的。就算你的实验是真的，但它不符合道理，也是不能承认的。”伽伽利略说：利略说：“好吧，既然你们不相信事实，一定要讲道理，我也可好吧，既然你们不相信事实，一定要讲道理，我也可以来讲一讲。就算重物下落比轻物快吧，我现在把这两个球绑在以来讲一讲。就算重物下落比轻物快吧，我现在把这两个球绑在一起，从空中扔下，按照亚里士多德的道理，你们说说看，它

10、落一起，从空中扔下，按照亚里士多德的道理，你们说说看，它落下时比重球快呢还是比重球慢下时比重球快呢还是比重球慢?” 校长不屑一答地说道：校长不屑一答地说道：“当然比重球要快当然比重球要快!因因为它是重球加轻球，自然更重了。为它是重球加轻球，自然更重了。” 这时一个老教授忙将校长的衣袖扯了一下，挤这时一个老教授忙将校长的衣袖扯了一下，挤上前来说：上前来说：“当然比重球要慢。它是重球加轻球，当然比重球要慢。它是重球加轻球，轻球接拉它，所以下落速度应是两球的平均值，介轻球接拉它，所以下落速度应是两球的平均值，介乎重球和轻球之间。乎重球和轻球之间。” 伽利略这时才不慌不忙地说道：伽利略这时才不慌不忙地

11、说道：“可是世上只可是世上只有一个亚里士多德啊，按照他的理论，怎么会得出有一个亚里士多德啊，按照他的理论，怎么会得出两个不同的结果呢两个不同的结果呢?” 校长和教授们面面相觑，半校长和教授们面面相觑，半天说不出话来。一会儿才突然醒悟到，他们本是一天说不出话来。一会儿才突然醒悟到，他们本是一起来对付伽利略的，怎么能在伽利略面前互相对立起来对付伽利略的，怎么能在伽利略面前互相对立起来呢起来呢?校长的脸一下红到脖根，气急败坏地喊道：校长的脸一下红到脖根，气急败坏地喊道：“你这是强辩，放肆你这是强辩，放肆!”这时围观的学生轰的一声大这时围观的学生轰的一声大笑起来。伽利略还是不动火，慢条斯理地说：笑起来

12、。伽利略还是不动火，慢条斯理地说：“看看来还是亚里士多德错了来还是亚里士多德错了!物体从空中自由落下时不管物体从空中自由落下时不管轻重，都是同时落地，就是说物体无论轻重，它们轻重，都是同时落地，就是说物体无论轻重，它们的加速度是相同的。的加速度是相同的。”(后来测得是后来测得是98米米/秒秒2)正是正是： 物体从空自由下，轻重没有快慢差。物体从空自由下，轻重没有快慢差。 你我一个加速度，共同享受九点八。你我一个加速度，共同享受九点八。 别看伽利略慢慢地说出这句话来，这却是物理别看伽利略慢慢地说出这句话来，这却是物理学上一条极重要的定律：自由落体定律。它导致了学上一条极重要的定律：自由落体定律。

13、它导致了以后一系列重大的科学发现。请大家记住，以后一系列重大的科学发现。请大家记住，这年是这年是1590年。年。 不同物体从同一高处下落快慢比较不同物体从同一高处下落快慢比较（空气阻力）猜想猜想结论结论在没有空气阻力的情况下物体自由下落的快慢相同定义定义是什么原因使物体的下落变的如此复杂？是什么原因使物体的下落变的如此复杂？自由落体运动：自由落体运动：物体只在重力作用下从物体只在重力作用下从静止开始下落的运动，叫自由落体运动静止开始下落的运动，叫自由落体运动(free-fall motion)。自由落体运动的条件 a.物体只受重力的作用 b.由静止开始释放物体在空气中的运动都要受到空气阻力物体

14、在空气中的运动都要受到空气阻力的作用，严格的说不能看做是自由落体的作用，严格的说不能看做是自由落体运动，但当物体的密度比较大，相对体运动，但当物体的密度比较大，相对体积比较小，下落速度不是太大的时候，积比较小，下落速度不是太大的时候，物体下落的过程所受的空气阻力远小于物体下落的过程所受的空气阻力远小于物体的重力，决定物体下落快慢的主要物体的重力，决定物体下落快慢的主要因素是物体的重力。也就是说，因素是物体的重力。也就是说，当阻力当阻力与重力相比可以忽略不计的时候，物体与重力相比可以忽略不计的时候，物体在空气中的下落可以看成是自由落体运在空气中的下落可以看成是自由落体运动。动。问题：雨滴下落是问

15、题：雨滴下落是 自由落体运动吗？自由落体运动吗？ 气体和流体都具有流动性，统称为流体，气体和流体都具有流动性，统称为流体， 流体的流体的阻力跟物体相对于流体的速度有关，速度越大，阻力越阻力跟物体相对于流体的速度有关，速度越大，阻力越大雨滴在空气中下落，速度越来越大，所受空气阻力大雨滴在空气中下落，速度越来越大，所受空气阻力也越来越大当阻力增大与雨滴所受重力相等时，二力也越来越大当阻力增大与雨滴所受重力相等时，二力平衡，雨滴开始匀速下落平衡，雨滴开始匀速下落流体的阻力跟物体的横截面流体的阻力跟物体的横截面积有关，横截面积越大，阻力越大跳伞运动员在空气积有关，横截面积越大，阻力越大跳伞运动员在空气

16、中张开降落伞，凭借着降落伞较大的横截面积取得较大中张开降落伞，凭借着降落伞较大的横截面积取得较大的空气阻力，可以比较缓慢地降落航天飞机着陆后，的空气阻力，可以比较缓慢地降落航天飞机着陆后，在飞机后面张开一面类似降落伞的装置，加大阻力，以在飞机后面张开一面类似降落伞的装置，加大阻力，以便较快地停下来便较快地停下来 流体的阻力还跟物体的形状有关系，头圆尾尖的物流体的阻力还跟物体的形状有关系，头圆尾尖的物体所受的流体阻力较小，这种形状通常叫做流线型鱼体所受的流体阻力较小，这种形状通常叫做流线型鱼的形状就是流线型的为了减小阻力，小轿车、赛车、的形状就是流线型的为了减小阻力，小轿车、赛车、飞机、潜艇以及

17、轮船的水下部分，外形都采用流线型设飞机、潜艇以及轮船的水下部分，外形都采用流线型设计计自由落体的运动性质自由落体的运动性质设计实验验证猜想设计实验验证猜想方法方法用打点计时器用打点计时器实验表明：自由落体运动是初速度为零的匀实验表明：自由落体运动是初速度为零的匀加速直线运动。加速直线运动。 在同一地点，一切物体在做自由落体运动中的加速度都在同一地点，一切物体在做自由落体运动中的加速度都相同，这个加速度叫相同，这个加速度叫自由落体加速度自由落体加速度(free-fall acceleration),也叫也叫重力加速度重力加速度(gravitational acceleration )，用，用g

18、表示。表示。 地球上不同地点，地球上不同地点， g值值 比较比较: :g ( m/s2 )地地 点点 北北 极极 北北 京京上上 海海 广广 州州赤赤 道道纬纬 度度 9. 832 9. 801 9. 794 9. 788 9. 780 39 56 90 31 12 23 06 0 在通常的计算中，在通常的计算中， g = 9.8 m/s 2或或g = 10 m/s 2。随纬度的增加而增大随纬度的增加而增大注：注：重力加重力加 速度方向总是速度方向总是竖直向下竖直向下。自由落体运动的加速度自由落体运动的加速度关于自由落体运动，以下说法正确的是 A.质量大的物体自由落体时的加速度大B.从水平飞行

19、着的飞机上释放的物体将做自由落体运动C.雨滴的下落过程是自由落体D.从水龙头上低落的水滴的下落过程，可以近似的看作是自由落体运动D关于自由落体运动，下列说法正确的是A.物体竖直向下的运动一定是自由落体运动B.自由落体运动是初速度为零，加速度为g的竖直向下的匀加速直线运动C.物体只有在重力的作用下从静止开始下落的运动叫做自由落体运动D.当空气阻力的作用比较小可以忽略不计的时候，物体自由下落可视为自由落体运动BCD关于自由落体运动，下列说法正确的是A.物体竖直向下的运动就是自由落体运动B.加速度等于重力加速度的运动就是自由落体运动C.在自由落体运动过程中，不同质量的物体的运动规律相同D.物体做自由

20、落体运动位移与时间成反比C匀加速直线运动匀加速直线运动自由落体运动自由落体运动vgt221gtx gxv22 自由落体运动的规律与应用 例题：例题： 屋檐每隔一定时间滴下一滴水，当第屋檐每隔一定时间滴下一滴水，当第5滴正欲滴滴正欲滴下时，第下时，第1滴刚好落到地面，而第滴刚好落到地面，而第3滴与第滴与第2滴分滴分别位于高别位于高1m的窗子的上下沿，如图所示，问：的窗子的上下沿，如图所示，问：（g=10m/s2) 1 ) 此屋檐离地面多高？此屋檐离地面多高？ 2）滴水的时间间隔是多少？）滴水的时间间隔是多少？12345如果将这如果将这5滴水的运动等效为一滴水的自由落滴水的运动等效为一滴水的自由落体，并且将这一滴水运动的全过程分成时间体，并且将这一滴水运动的全过程分成时间相等的相等的4段，设每段时间间隔为段，设每段时间间隔为T，那么这一，那么这一滴水在滴水在0时刻，时刻，Ts末，末，2Ts末，末，3Ts末，末，4Ts末末所处的位置，分别对应图中第所处的位置，分别对应图中第5滴水，第滴水，第4滴滴水，第水，第3滴水，第滴水，第2滴水，第滴水，第1滴水所在的位置滴水所在的位置12345解法一解法一第二滴水的位移第二滴水的位移x2=1/2