教科版高中物理必修第一册第2章匀变速直线运动的规律第5节自由落体运动课件

第5节自由落体运动第二章内容索引010203自主预习·新知导学合作探究·释疑解惑课堂小结04随堂练习课标定位1.了解伽利略对自由落体运动的研究方法。2.知道自由落体运动概念,了解物体做自由落体运动的条件。3.理解自由落体运动的加速度,知道它的大小和方向。4.掌握自由落体运动规律,并能解决相关实际问题。素养阐释1.掌握自由落体运动的规律,形成物理观念。2.掌握演示法、实验法、公式法等科学思维方式。3.根据伽利略对自由落体运动的研究方法,领会伽利略的科学探究方法。4.运用自由落体运动的规律分析解决实际问题,培养科学态度与责任。自主预习·新知导学一、自由落体运动1.对下落物体的认识(1)古希腊哲学家亚里士多德提出了物体越重下落越快的观点。(2)怎样通过实验来验证亚里士多德的观点是错误的?提示:拿两张相同的薄纸,一张捏成一团,另一张展开,同时释放,纸团先落地,说明一样重的物体下落的快慢也不同,就能够推翻亚里士多德的观点。2.自由落体运动(1)定义:物理学中把只在重力作用下,物体由静止开始下落的运动称为自由落体运动。(2)实际物体的下落:生活中的落体是在重力和空气阻力的共同作用下的运动,但在空气阻力的影响很小而可以忽略的情况下,且若下落高度不是很大,则可近似看作自由落体运动。二、伽利略对落体运动规律的探究1.问题提出:推翻亚里士多德的观点,找出落体运动遵循的规律。2.提出猜想:他认为自然界总是习惯于运用最简单和最容易的手段。由此,提出了猜想:物体下落的过程是一个速度随时间逐渐增大的过程,其速度与时间成正比,即v∝t。基于此假设通过推理,得出自由落体运动应满足x∝t2的推论。3.实验验证:伽利略让铜球在近似光滑的斜槽上滚下进行实验,验证了运动距离与时间的二次方成正比,从而间接证实了他的假说。4.合理外推:将斜面倾角外推到90°,此时物体做自由落体运动。三、自由落体运动的规律1.自由落体运动的速度与时间的关系:v=at。2.自由落体运动的位移与时间的关系:__________。四、自由落体加速度1.概念:在同一地点,一切物体做自由落体运动的加速度都相同,这个加速度叫作自由落体加速度,也叫作重力加速度。用g表示。2.方向:竖直向下。3.大小:在地球上其大小随地理纬度的增加而增大,在赤道上最小,两极处最大,一般计算中g取9.8m/s2或g取10m/s2。

4.通过查相关资料回答问题:自由下落物体加速度的大小与物体的质量有关吗?同一物体在月球和地球上做自由落体运动时加速度相同吗?提示:自由下落加速度的大小与物体的质量无关系。同一物体在月球和地球上自由落体的加速度不相同。月球表面的重力加速度约为地球表面的六分之一。【思考讨论】

1.判断下列说法的正误。(1)只在重力作用下的下落运动就是自由落体运动。(

)(2)物体越重,重力加速度越大,下落得越快。(

)(3)理想斜面实验是通过“合理外推”得出自由落体运动的规律的,并没有直接验证自由落体运动的规律。(

)(4)重力加速度的方向总是垂直地面向下。(

)(5)物体在月球上做自由落体运动的重力加速度也是9.8m/s2。(

)××√××2.(多选)下列关于自由落体运动的说法正确的是(

)A.物体从静止开始下落的运动叫自由落体运动B.物体只在重力作用下从静止开始下落的运动叫作自由落体运动C.从静止开始下落的小钢球,因受空气阻力作用,不能看成自由落体运动D.从静止开始下落的小钢球,所受空气的阻力对其运动影响很小,可以忽略,可以看成自由落体运动答案:BD解析:物体只在重力作用下从静止开始下落的运动,叫作自由落体运动。根据定义和特点进行判断。3.关于自由落体运动的加速度g,下列说法正确的是(

)A.重的物体g值大B.同一地点,轻、重不同物体的g值一样大C.g值在地球上任何地方都一样大D.g值在赤道处大于北极处答案:B解析:同一地点的g值一样,但在不同地点的g值可能不一样。g值随着纬度的增加而增加,随着高度的增加而减小。4.(多选)一个铁钉和一团棉花同时从同一高处下落,总是铁钉先落地,这是因为(

)A.铁钉比棉花团重B.棉花团受到的空气阻力不能忽略C.棉花团的加速度比重力加速度小D.铁钉的重力加速度比棉花团的重力加速度大答案:BC解析:铁钉下落快,原因是棉花团受到的空气阻力相对其重力不能忽略,导致加速度比铁钉的加速度小,与各自的重力无关,故B、C正确,A错误;两者的重力加速度与质量无关,同一地点物体的重力加速度相同,故D错误。合作探究·释疑解惑知识点一对自由落体运动及自由落体加速度的理解【问题引领】

航天员在月球上让一把锤子和一根羽毛同时下落,观察到它们同时落到月球表面。

(1)空气中的落体运动在什么条件下可看作自由落体运动?(2)结合上述实验探究,考虑物体下落有什么规律。提示:(1)初速度为零,空气的阻力作用可以忽略。(2)没有空气阻力时,轻重不同的物体下落快慢都相同,即物体下落的快慢与物体重力的大小无关。【归纳提升】

物体做自由落体运动的条件(1)初速度为零。(2)只受重力。(3)自由落体运动是一种理想化的运动模型。在实际中物体下落时由于受空气阻力的作用,物体并不是做自由落体运动,当空气阻力比重力小得多,可以忽略时,物体的下落可以当作自由落体运动来处理。(1)初速度为零,加速度为重力加速度g的匀加速直线运动,是匀变速直线运动的特例。(2)运动图像:自由落体运动的v-t图像是一条过原点的倾斜直线,斜率是k=g。【典型例题】

【例题1】

(多选)关于自由落体运动,下列说法正确的是(

)A.初速度为零的竖直向下的运动是自由落体运动B.只在重力作用下的竖直向下的运动是自由落体运动C.自由落体运动在任意相等的时间内速度的变化量相等D.自由落体运动是初速度为零、加速度为g的匀加速直线运动答案:CD解析:自由落体运动是初速度为零,且只在重力作用下的运动,所以选项A、B错误;在运动性质上,自由落体运动是初速度为零的匀加速直线运动,加速度为g,所以在任意相等的时间内速度的变化量Δv=gΔt相等,故选项C、D正确。自由落体运动的特点是初速度为零加速度为g的匀变速直线运动。【变式训练1】

下列各种运动中,属于自由落体运动的是(

)A.从沿水平方向运动的飞机上释放的物体B.纸片由静止释放,在空气中下落C.初速度为零、加速度大小恒等于g的运动D.小铁球从空中由静止下落,空气阻力不计答案:D解析:自由落体运动是物体只在重力作用下从静止开始下落的运动,选项A不满足v0=0的条件,选项B不满足只受重力作用的条件。自由落体运动是加速度a=g的匀变速直线运动,但不能认为v0=0,加速度大小等于g的运动都是自由落体运动,如果物体在水平面上以大小等于g的加速度沿水平方向运动,就不满足只受重力作用的条件,故选项C错误。只有选项D正确。知识点二自由落体运动规律的应用【问题引领】

请你根据漫画《洞有多深》提供的情景,探究下列问题:

(1)他们依据什么规律估算洞的深度?(2)他们估算洞的深度的方程式是什么?(3)该方法有哪些不足之处?提示:(1)自由落体运动。(2)。(3)石块下落受空气阻力,会造成一定的误差;未考虑声音传播需要的时间等导致估测结果偏大。【归纳提升】

1.关于自由落体的几个重要公式

2.关于自由落体运动的几个比例关系式(1)第1T末,第2T末,第3T末……第nT末速度之比v1∶v2∶v3∶…∶vn=1∶2∶3∶…∶n。(2)前1T内,前2T内,前3T内……前nT内的位移之比h1∶h2∶h3∶…∶hn=1∶22∶32∶…∶n2。(3)第1T内,第2T内,第3T内……第nT内的位移之比hⅠ∶hⅡ∶hⅢ∶…∶hN=1∶3∶5∶…∶(2n-1)。(4)通过第1个h,第2个h,第3个h……第n个h所用时间之比【例题2】

离地500m的空中自由落下一个小球,不计空气阻力,g取10m/s2,求:(1)小球经过多长时间落到地面;(2)从开始落下的时刻起,小球在第1s内通过的位移;(3)小球落地前最后1s内的位移。答案:(1)10s

(2)5m

(3)95m【典型例题】

当下落高度不太大时,我们忽略因高度引起的重力加速度的变化;当下落速度不太大时,我们忽略空气阻力的影响;当满足以上要求时,我们可以将实际运动当作自由落体运动来处理。【变式训练2】

一个物体做自由落体运动,落地时的速度是经过空中P点时速度的2倍,已知P点离地面的高度为15m,求:(g取10m/s2)(1)物体落地时的速度为多大?(2)物体落地过程中总位移多大?(3)物体在空中运动的时间有多长?答案:(1)20m/s

(2)20m

(3)2s知识点三自由落体运动的加速度【问题引领】

利用如图所示的实验装置测定重力加速度。用手捏住纸带上端把纸带拉成竖直状态,并使重物停在靠近打点计时器处。先接通电源,再松开纸带让重物自由下落,打点计时器在纸带上打下一系列的点。如何根据打上点的纸带求出重物的重力加速度?提示:可用下列两种方法求出重力加速度:(1)由

求出各点的瞬时速度,作出v-t图像,

v-t图像是一条过原点的倾斜直线,直线斜率表示加速度。(2)由Δx=aT2计算加速度。【归纳提升】

重力加速度的测量方法(1)打点计时器法:①利用如图所示装置,让物体自由下落打出点迹清晰的纸带。②对纸带上计数点间的距离x进行测量,利用,求出重力加速度。(4)误差来源:①打点计时器法的误差主要来自阻力的影响和测量误差。②频闪照相法和滴水法的误差主要是测量误差。【典型例题】

【例题3】

图(a)、图(b)都是使用电磁打点计时器测量重力加速度g的装置示意图,已知该打点计时器的打点频率为50Hz。(a)(b)(c)(1)图(a)、图(b)相比较,

〔选填“图(a)”或“图(b)”〕所示的装置更合理。

(2)图(c)是采用较合理的装置并按正确的实验步骤进行实验打出的一条纸带,其中打出的第一个点标为1,后面依次打下的一系列点迹分别标为2、3、4、5…经测量,第15至第17点间的距离为11.70cm,第1至第16点间距离为43.88cm,则打下第16个点时,重物下落的速度大小为

m/s,测出的重力加速度值为g=

m/s2。(要求保留3位有效数字)

答案:(1)图(a)

(2)2.93

9.78解析:(1)图(a)释放时更稳定,既能更有效地减小摩擦力,又能保证释放时初速度的大小为零,所以图(a)更合理。(2)自由落体运动是初速度为零的匀加速直线运动,第15与第17点间的平均速度为第16个点的瞬时速度,【变式训练3】

登上月球的宇航员利用频闪仪(频率为20Hz)给自由下落的小球拍照,所拍的闪光照片如图所示(图上所标数据为小球到达各位置时总的下落高度),则月球表面的重力加速度为

m/s2(保留2位有效数字)。

答案:1.6解析:由O到F,每两个相邻位置间的距离依次记为x1、x2、x3、x4、x5、x6,根据逐差法有,小球的加速度为

,其中T=0.05

s,x6+x5+x4=7.20

cm-1.80

cm=5.40

cm,x1+x2+x3=1.80

cm,代入数据得a=1.6

m/s2。课堂小结随堂练习1.(对自由落体运动的理解)小丽同学在探究自由落体运动规律时,从生活情景中选出处于不同状态的四种物体进行探究,你认为哪一个选项中的物体所做运动是自由落体运动(

)A.自由下落的枫叶的运动B.从桌边由静止开始滑落的钢笔的运动C.被运动员推出去的铅球的运动D.从水面自由落到水底的石子的运动答案:B解析:枫叶在自由下落时,所受到的空气阻力并不远小于其重力,阻力不能忽略不计,枫叶的下落不是自由落体运动,选项A错误;钢笔从桌边由静止开始滑落后,钢笔的运动是自由落体运动,因为其初速度为零且下落过程中的阻力远小于钢笔的重力,可忽略不计,选项B正确;被运动员推出去的铅球初速度不为零,不是自由落体运动,选项C错误;从水面自由落到水底的石子,除了自身重力外,还受水的阻力作用,不是自由落体运动,选项D错误。2.(对自由落体加速度的理解)关于自由落体运动的加速度g,下列说法正确的是(

)A.重的物体g值大B.同一纬度的g值一定一样大C.重力加速度都竖直向下,所以方向都相同D