高一物理自由落体运动知识讲解

高一物理自由落体运动知识讲解

高一物理自由落体运动知识讲解学习目标：1.理解自由落体运动是初速度为零的匀加速直线运动，重点掌握其运动规律。2.知道自由落体运动加速度的大小和方向，知道地球上不同地方重力加速度大小的差异。3.理解用频闪摄影研究运动的基本原理，会根据照片分析自由落体运动。4.熟练运用自由落体运动规律解决简单问题。5.理解伽利略利用斜面研究自由落体运动所蕴含的思想方法，领会“提出假设、数学推理、实验检验和合理外推”的科学研究方法。要点梳理：要点一、自由落体运动要点诠释：1.自由落体运动的定义：物体只在重力作用下，从静止开始下落的运动叫做自由落体运动。2.自由落体运动的两个基本特征：初速度为零，只受重力作用。3.自由落体运动的运动性质：初速度为零的竖直向下的匀加速直线运动。4.自由落体运动的加速度：在同一地点，一切物体做自由落体运动的加速度都相同，这个加速度叫自由落体加速度，也叫做重力加速度。通常用符号“g”来表示。g的方向竖直向下，大小随不同地点而略有变化。要点二、自由落体运动的规律要点诠释：1.自由落体运动的规律可以用以下四个公式来概括。2.以下几个比例式对自由落体运动也成立：①物体在1T末、2T末、3T末……nT末的速度之比为v1:v2:v3:……:vn=1:2:3:……:n②物体在1T内、2T内、3T内……nT内的位移之比为h1:h2:h3:……:hn=1:4:9:……:n2③物体在第1T内、第2T内、第3T内……第nT内的位移之比为H1:H2:H3:……:Hn=1:3:5……(2n-1)④通过相邻的相等的位移所用时间之比为t1:t2:t3:……:tn=1:():():……:()要点三、伽利略对自由落体运动的研究伽利略的科学研究过程的基本要素为：对现象的一般观察、提出假设、运用逻辑（包括数学）得出结论、通过实验对推论进行检验、对假设进行修正和推广等。伽利略的科学思想方法核心在于将实验和逻辑推理（包括数学推演）结合起来。下面是一个关于自由落体运动的典型例题。例1：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、从水平飞行着的飞机上释放的物体将作自由落体C、雨滴下落的过程是自由落体运动D、从水龙头上滴落的水滴的下落过程，可近似看做自由落体运动思路点拨：理解自由落体运动的定义。答案：D解析：所有物体在同一地点的加速度相等，与物体质量大小无关，因此A错误。从水平飞行着的飞机上释放的物体由于惯性具有水平初速度，不是自由落体运动，因此B错误。雨滴下落的过程所受空气阻力与速度大小有关，速度增大时阻力增大，当雨滴速度增大到一定值时，阻力与重力相比不可忽略，不能认为是自由落体运动，因此C错误。从水龙头上滴落的水滴在下落过程中所受阻力与重力相比可忽略不计，可认为只受重力作用，因此D正确。点评：1.自由落体运动有两个基本特征：①初速度为零；②只受重力。自由落体运动是在没有空气阻力的空间里才能发生的一种理想化的运动模型。落体运动是自然界中很普遍的一种运动形式。任何一个物体在重力作用下下落时都会受到空气阻力的作用，从而使运动情况变得复杂。但是，如果空气阻力对所研究的问题的影响可以忽略不计，那么物体的下落运动就可以看做是自由落体运动。2.在同一地点，一切物体在自由落体运动中的加速度都相同。我们平时看到轻重不同、密度不同的物体下落时的快慢不同，加速度也不同，那是因为它们受到的阻力不同的缘故。举一反三：（2015滕州三中期末考）关于自由落体运动，下列说法正确的是（）A．同一地点不同物体做自由落体运动时的加速度相同B．只要物体只受重力作用就一定做自由落体运动C．自由落体运动是匀加速直线运动D．在地球上同一地点，从同一高度做自由落体的物体，落地时间与物体的质量有关答案：AC解析：A，因为物体做自由落体运动的条件是：①只在重力作用下②从静止开始。只在重力作用下保证了物体的加速度为g，则同一地点，加速度相同；从静止开始保证了物体初速度等于零。所以只受重力作用不一定是做自由落体，因此A正确，B错误。C，自由落体运动是初速度为零的匀加速直线运动，因此C正确。D、同一高度下做自由落体运动的物体，其加速度为重力加速度g，与物体质量无关。因此，D是错误的。例2、一个物体从高度为44.1米的静止位置开始竖直匀加速落下，经过4秒钟到达地面。求物体到达地面时的瞬时速度。【思路点拨】熟悉自由落体运动的基本公式。【答案】22.0m/s【解析】首先需要判断该物体是否是自由落体运动。我们可以使用自由落体运动的位移公式计算物体从44.1米高处下落到地面所需的时间：h=1/2*g*t^2t=sqrt(2h/g)≈3s由此可知，如果该物体是自由落体运动，只需要3秒钟就可以到达地面。但是题目中给出的信息是物体经过了4秒钟才到达地面，因此该物体不是自由落体运动。既然该物体不是自由落体运动，其加速度也不是重力加速度。然而，该物体仍然是初速为零的匀加速直线运动，可以使用以下公式计算其加速度：h=1/2*a*t^2a=2h/t^2≈5.51m/s^2然后，根据v=at可以计算出物体到达地面时的瞬时速度：v=at≈22.04m/s取三位有效数字，物体到达地面时的瞬时速度为22.0m/s。【点评】在计算问题时，需要分析物体的运动特点，不要盲目使用公式，同时需要注意公式的适用条件。例3、一个小球从离地500米的位置自由落下，取重力加速度g=10m/s^2。求：（1）小球落到地面需要多长时间；（2）小球在第1秒内的位移和最后1秒内的位移；（3）小球下落一半时间时的位移。【思路点拨】熟悉自由落体运动的基本规律。【答案】(1)10s(2)5m,95m(3)125m【解析】根据小球的初始高度和重力加速度，可以直接使用位移公式计算小球落地所需的时间、第1秒内的位移以及下落一半时间的位移。最后1秒内的位移可以通过总位移和前n-1秒内的位移之差计算。解法一：（1）根据公式h=1/2*g*t^2，可以得到小球落地所需的时间：t=sqrt(2h/g)=sqrt(1000)≈10s（2）第1秒内的位移可以通过h=1/2*g*t^2计算得到：h1=1/2*g*(1s)^2=5m最后1秒内的位移可以通过总位移和前9秒内的位移之差计算得到：h10=h-(h1+h2+...+h9)=500-(5+15+...+455)≈95m（3）小球下落一半时间的位移可以通过h=1/2*g*t^2计算得到：h5=1/2*g*(5s)^2=125m删除明显有问题的段落后，改写如下：例7、如图所示，已知每块砖的平均厚度约为6cm。拍摄到的石子位置A距石子起落点竖直距离约为2m。如何估算这个照相机的曝光时间？根据石子自由落体运动的规律，下落的距离可以表示为：h=1/2*g*t^2其中，h为下落距离，g为重力加速度，t为下落时间。因为石子下落的距离为2m，所以可以求出下落时间为：t=sqrt(2h/g)≈sqrt(2*2/10)≈0.63s根据相机的曝光公式，曝光时间可以表示为：T=I*t/N其中，I为感光度，t为曝光时间，N为光圈值。因为问题中没有给出感光度和光圈值，所以无法具体计算曝光时间。但可以根据照片中砖的厚度和石子的位置，估算出曝光