物理人教版 (新课标)第二章 匀变速直线运动的研究5 自由落体运动图片课件ppt

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第六节 伽利略对自由落体运动的研究
知识与技能1．了解自由落体运动的条件、特点．2．知道自由落体运动实质是v0＝0，a＝g的匀加速直线运动．3．掌握自由落体运动规律并能灵活应用规律来解决实际问题．
过程与方法1．通过实验，体验物体的质量、大小在下落过程中对运动的影响．2．体会如何在物理研究中进行合理地抽象．情感、态度与价值观1．提高观察与推理的能力，养成观察与思考的习惯．2．尝试用多种方法测量自由落体加速度，体验科学规律的探究过程．3．培养参与科技活动的热情，敢于探究自由落体运动与日常生活的联系．
生活中常见到物体从高处下落．树叶从树上飘落下来，雨滴从屋檐上落下来……这类物体下落的运动就是落体运动．物体下落的过程有没有一定的规律可循呢？
1．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．特点(1)自由落体运动是一种理想模型．当自由下落的物体所受的空气阻力远小于重力时，物体的运动才可以视为自由落体运动．(2)物体做自由落体运动的条件：①初速度为零；②只受重力．
(3)运动特点：初速度为零，加速度为重力加速度g的匀加速直线运动．
特别提醒：满足自由落体运动的条件有两个：只受重力作用和从静止开始下落．
1．定义：重力加速度又叫自由落体加速度，通常用g来表示．2．重力加速度的方向总是竖直向下．3．在同一地点，一切物体的重力加速度都相同．4．在不同地理位置处的重力加速度一般不同，赤道上物体的重力加速度最小；南(北)极处重力加速度最大；物体所处地理位置的纬度越大，重力加速度越大．5．一般的计算中，可以取g＝9.8m/s2，或g＝10m/s2.
特别提醒：重力加速度的方向为竖直向下，而非垂直地面向下，它的方向可以用重垂线来确定．
特别提醒：应用自由落体运动的推论和几个比例来解题有时会使问题变得更为快捷、简单．
1．绵延千年的错误：公元前4世纪的希腊哲学家亚里士多德提出：物体下落的快慢是由物体的重量决定的，物体越重，下落得越快．亚里士多德的论断影响深远，在其后两千多年的时间里，人们一直信奉他的学说．
2．逻辑的力量：①16世纪末，意大利比萨大学的青年学者伽利略，对亚里士多德的论断表示了怀疑，他在1638年出版的《两种新科学的对话》一书中对此做出了评论．②伽利略以大石头和小石头为例，用“归谬法”否定了亚里士多德的“重物下落快，轻物下落慢”的论断．③伽利略的观点：重物与轻物应该下落得同样快．
1．伽利略的研究方法(1)运用“归谬法”否定了亚里士多德关于重的物体下落快、轻的物体下落慢的论断；(2)提出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)由于不能用实验直接验证自由落体运动是匀变速运动，伽利略采用了间接验证的方法．
2．伽利略的科学方法对现象一般观察→提出猜想→运用逻辑推理→实验对推理验证→对猜想进行修正(补充)→推广应用这种方法到现在仍然一直是物理学乃至整个自然科学最基本的研究方法，它不但标志着物理学的真正开端，也有力地推进了人类科学认识的发展．伽利略将实验与逻辑思维相联系进行科学研究的思想，开辟了一条科学研究之路．
例1大气层是我们地球生命赖以生存的屏障，每天都有很多小陨石落入地球大气层中，但当它们进入大气层后，由于空气的摩擦生热，绝大部分小陨石还没有到达地面便已经被烧毁．现在人类向太空发射的飞行器、卫星等当超过一定使用年限后，也让它们进入大气层烧毁，那么小陨石等进入大气层后的运动是自由落体运动吗？
答案：不是解析：因为自由落体运动的条件之一是只受重力作用，而小陨石进入大气层后的运动速度很大，受空气阻力很大，故不能看做自由落体运动．
规律总结：判断一个运动是否为自由落体运动的步骤(1)选取研究对象，以下落过程为研究过程．(2)分析是否有空气阻力以及空气阻力的影响能否忽略．(3)若运动可视为v0＝0只受重力作用的运动，则该物体的下落过程为自由落体运动．
变式训练1　科学研究发现：在月球表面没有空气，重力加速度约为地球表面处重力加速度的1/6.若宇航员登上月球后，在空中同一高度处同时由静止释放羽毛和铅球，忽略地球和其他星球对它们的影响，以下说法中正确的是 (　　)A．羽毛将加速上升，铅球将加速下落B．羽毛和铅球都将下落，且同时落到月球表面C．羽毛和铅球都将下落，但铅球先落到月球表面D．羽毛和铅球都将下落，且落到月球表面的速度相同答案：BD
解析：羽毛和铅球在月球表面时只受重力，故它们均做自由落体运动，它们同时落地，落地时的速度为v＝，选项A、C错，B、D对．
例2关于重力加速度的说法中，不正确的是(　　)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9.8m/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越小答案：A
解析：首先，重力加速度是矢量，方向竖直向下，与重力的方向相同．在地球表面，不同的地方，g的大小略有不同，但都在9.8m/s2左右，所以A不正确，B正确；在地球表面同一地点，g的值都相同，但随着高度的增大，g的值逐渐变小，所以C、D正确．
规律总结：在地球的不同地方，g值不同：g值随纬度的升高而增大，因此处理这类问题时需注意物体的位置是否变动．
变式训练2　关于重力加速度下面四种说法正确的是(　　)A．重力加速度表示自由下落的物体运动的快慢B．重力加速度表示自由下落的物体运动速度变化的大小C．重力加速度表示自由下落的物体运动速度变化的快慢D．轻重不同的物体的重力加速度不同答案：C
解析：加速度表示物体运动速度变化的快慢，因此重力加速度表示自由下落物体运动速度变化的快慢，选项C正确．表示物体运动的快慢是速度，而不是加速度，所以A错误．速度变化的大小与时间之比才是加速度，所以B错误．同一地点所有物体的自由下落加速度都相等，所以D错误．
例3一条铁链AB长0.49m，系于A端使它竖直下垂．然后让它自由落下，求整条链条通过悬点下方2.45m处小孔O时所需的时间．答案：7.5×10－2s
规律总结：应用自由落体运动规律解题的步骤(1)确定研究对象，选定研究过程，明确物体做自由落体运动．(2)将v0＝0、a＝g代入到匀变速直线运动的基本公式及推论中，得到对应于自由落体运动的相关形式．(3)取竖直向下为正方向，把各已知量代入所选的方程中求解．
变式训练3　自由下落的物体，在落地前的最后1s内下落了25m，问此物体是从离地面多高的地方开始下落的？(g取10m/s2)答案：45m
例4物理学家于2002年9月评出十个最“美”的物理实验．这种“美”是一种经验概念：最简单的仪器和设备，最根本、最单纯的科学结论．其实，科学美蕴藏于各科的实验之中，有待于我们在学习过程中不断地感悟和发现．伽利略的自由落体实验和加速度实验均被评为最“美”的实验．
在加速度实验中，伽利略将光滑直木板槽倾斜固定，让铜球从木槽顶端沿斜面由静止滑下，并用水钟测量铜球每次下滑的时间，研究铜球运动的路程与时间的关系．亚里士多德曾预言铜球的运动速度是均匀不变的，而伽利略却证明铜球运动的路程与时间的平方成正比．请将亚里士多德的预言和伽利略的结论分别用公式表示(其中路程用s、速度用v、加速度用a、时间用t表示)．亚里士多德的预言：________；伽利略的结论：__________.
伽利略的两个实验之所以成功，主要原因是在自由落体实验中，忽略了空气阻力，抓住了重力这一主要因素．在加速度实验中，伽利略选用光滑直木板槽和铜球进行实验研究，目的是为了减小铜球运动过程中的__________，同时抓住__________这一主要因素．
变式训练4　1961年，美国《科学》杂志刊登了根据伽利略当年描述的实验装置所进行的一项重复性斜面实验．该实验的倾角为3.73°，使用水钟测量时间，其结果见下表：
根据以上数据，简要叙述一下伽利略当年的工作方法．解析：(1)通过逻辑思维，大胆质疑，向权威挑战．(2)科学猜想，提出假说：自由落体运动的速度均匀变化．(3)数学推理，在自由落体运动中，位移x∝t2.(4)实验验证，上面的重复性实验表明：x∝t2.
一、物体只在____________作用下，从____________开始的竖直下落运动，称为自由落体运动．二、同一地点，一切物体在自由落体运动中的加速度都相同，这个加速度叫____________，通常用g表示．实验表明，在地球表面不同地方的g值略有不同，通常g取____________m/s2.
三、自由落体运动属于初速度为____________的____________直线运动．自由落体运动的速度公式为____________．自由落体运动的位移公式为____________．四、伽利略的研究方法：1．运用“____________”否定了亚里士多德关于重的物体下落快、轻的物体下落慢的论断．2．提出自由落体运动是一种最简单的变速运动——____________的假说．3．由于不能用实验直接验证自由落体运动是匀变速运动，伽利略采用了____________的方法．
自主校对：一、重力　静止二、重力加速度　9.8三、零　匀加速　v＝gt　x＝gt2四、1.归谬法　2.匀变速直线运动　3.间接验证
1．下列说法中正确的是(　　)A．从静止开始下落的物体都必做自由落体运动B．从地球表面附近做自由落体运动的物体，重力加速度都是相等的C．自由落体运动加速度的方向总是竖直向下的D．满足速度跟时间成正比的运动一定是自由落体运动答案：C
解析：物体只受重力作用从静止开始下落的运动是自由落体运动，所以A错．自由落体加速度大小是随着纬度变化而变化的，且方向竖直向下，所以B错，C对．运动速度与运动时间成正比的运动，是初速度为零的匀加速直线运动，但它不一定是自由落体运动，所以D错．
3．从屋顶先后落下两滴水A和B，在B落下2s后，A、B之间的距离为24.5m，则A比B早下落多长时间？(不计空气阻力)答案：1s
蹦极起源于太平洋的瓦努阿图群岛，是当地土著人的成年礼：男子满18岁时，必须用藤蔓绑住双脚从20米高的筑台跳下去，才可以成为真正的男人．现在它已成为一种挑战人类意志极限、体验“重生”的现代体育运动，又称“高空弹跳”，风行于欧美及亚太地区，近些年才被引进到中国．