高中物理人教版 (2019)必修 第一册第二章 匀变速直线运动的研究4 自由落体运动教课内容课件ppt

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自主预习·新知导学
一、自由落体运动1.定义:物体只在重力作用下从静止开始下落的运动。2.物体做自由落体运动的条件:(1)只受重力;(2)初速度v0=0。3.在空气中自由释放的物体所做的运动是自由落体运动吗?提示:在空气中自由下落的物体受空气阻力作用,所做运动不是自由落体运动。
二、自由落体加速度1.定义:在同一地点,一切物体自由下落的加速度都相同,这个加速度叫自由落体加速度,也叫重力加速度,通常用g表示。2.方向:竖直向下。3.大小:(1)在地球上不同的地方,g的大小一般是不同(选填“不同”或“相同”)的;(2)一般取值:g取9.8 m/s2或10 m/s2。
4.自由落体加速度的方向总是竖直向下,是否可以理解为自由落体加速度方向总是垂直地面向下?提示:不可以。竖直向下不等同于垂直地面向下。当地面水平时,两者等同;当地面不水平时,两者不等同。
三、自由落体运动的规律1.自由落体运动的实质:自由落体运动是初速度为0的匀加速直线运动。2.速度公式:v= gt 。
4.速度位移公式:v2= 2gx 。
四、伽利略对自由落体运动的研究1.亚里士多德的观点物体下落的快慢跟它的轻重有关,重的物体比轻的物体下落得快。2.伽利略的科学猜想与假说落体运动应该是一种最简单的变速运动,速度应该是均匀变化的。3.伽利略的实验和逻辑推理实验和逻辑推理的和谐结合,发展了人类的科学思维方式和研究方法。
【思考讨论】 1.判断下列说法的正误。(1)物体在真空中一定做自由落体运动。(　　)(2)自由释放的物体只在重力作用下一定做自由落体运动。(　　)(3)质量越大的物体自由落体加速度越大。(　　)(4)物体在月球上做自由落体运动的重力加速度也是9.8 m/s2。(　　)提示:(1)×　(2)√　(3)×　(4)×
2.“自由落体”演示实验装置如图所示,当牛顿管被抽成真空后,将其迅速倒置,管内轻重不同的物体从顶部下落到底端的过程中, 运动时间和加速度是否相同?为什么?提示:时间相同,加速度相同。轻重不同的物体在真空管中,不受阻力,做自由落体运动,所以加速度相同,都为g,高度相同,根据x= gt2知运动时间相同。
3.根据伽利略的猜想s∝t2可知,自由下落的物体,它下落一半路程所用的时间和下落全程所用的时间之比是多少?提示:设物体下落的全程高度为h,所用的时间为t1,下落一半路程所用的时间为t2,由伽利略的猜想s∝t2得
合作探究·释疑解惑
知识点一 自由落体运动和自由落体加速度
问题引领如图所示,在空气中,将一张纸片和一石块从同一高度同时释放,哪个下落得快?若把这张纸片团紧成一团,再与石块从同一高度释放,情况会怎样?提示:石块下落得快;纸团和石块几乎同时落地。
归纳提升1.自由落体运动(1)自由落体运动实质上是初速度v0=0、加速度a=g的匀加速直线运动,是匀变速直线运动的一个特例。(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k=g,如图所示。
2.自由落体加速度(重力加速度)(1)产生原因:是由于地球上的物体受到地球的吸引力而产生的。(2)大小:与在地球上的位置及距地面的高度有关,在地球表面上,重力加速度随纬度的增加而增大,在赤道处重力加速度最小,在两极处重力加速度最大,但差别很小。在地面上的同一地点,随高度的增加,重力加速度减小,在地面附近,可认为重力加速度的大小不变。(3)方向:竖直向下。
地球上各处的重力加速度的方向是不同的。
典型例题【例题1】 关于自由落体运动及重力加速度的说法正确的是(　　)A.竖直向下的运动一定是自由落体运动B.熟透的苹果从树枝开始自由下落的运动可被视为自由落体运动C.同一地点,轻重物体的g值可能不一样大D.g值在两极处小于在赤道处
答案:B解析:物体做自由落体运动的条件是初速度为零且只受重力作用,A错;熟透的苹果在下落过程中虽受空气阻力作用,但该阻力远小于它的重力,可以忽略该阻力,故该过程可被视为自由落体运动,B对;同一地点,重力加速度都相同,与质量无关,C错;赤道处g值小于两极处,D错。
自由落体运动是一种理想化的运动模型。只有当空气阻力比重力小得多,可以忽略时,物体的下落才可以当作自由落体运动来处理。
【变式训练1】 (多选)关于自由落体运动,下列说法正确的是(　　)A.物体从静止开始下落的运动就是自由落体运动B.如果空气阻力比重力小得多,空气阻力可以忽略不计,这时由静止开始下落的运动是自由落体运动C.蹦床运动员跳跃达到最高点后直至落回蹦床的过程可看为自由落体运动D.雨滴经过窗子的这段运动可以看作是自由落体运动
答案:BC解析:通过对自由落体运动的认识和理解,形成自由落体运动的物理观念。自由落体运动是从静止开始、只在重力作用下的运动,A选项中没有明确物体只受重力作用,故错误;D选项中雨滴经过窗子的这段运动的初速度不为零,因而不是自由落体运动,D错误;如果空气阻力可以忽略不计,从静止下落的物体的运动可以看作自由落体运动,B、C正确。
知识点二 自由落体运动的规律
问题引领试写出做自由落体运动的物体自开始下落经过时间t时的速度v和下落高度h的表达式。匀变速直线运动的推论对于自由落体运动是否适用?提示:由匀变速直线运动规律得v=gt,h= gt2,都适用。
典型例题【例题2】 从离地面500 m的空中自由落下一个小球,g取10 m/s2,求:(1)小球落到地面所用的时间;(2)自小球开始下落计时,在第1 s内的位移、最后1 s内的位移。答案:(1)10 s　(2)5 m　95 m
所以最后1 s内的位移为Δx=x-x9=500 m-405 m=95 m。
应用自由落体运动的规律时,应先确定研究对象,选定研究过程,明确物体的运动情况,结合自由落体运动规律进行求解。
【变式训练2】 浙江省长兴县十里银杏长廊景区古银杏众多,成片成林全国罕见。游客小朱看到一片手掌大小的树叶正好从离水平地面高约3 m的树枝上飘落。这片树叶从树枝下落到地面的时间可能是(　　)A.0.4 sB.0.6 sC.0.8 sD.3 s
=0.8 s,而树叶的运动时间大于自由落体运动的时间,可知树叶下落的时间为3 s,故D正确。
知识点三 测定自由落体加速度的方法
问题引领利用如图甲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(如图乙所示)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:
作出v-t图像,v-t图像是一条过原点的倾斜直线,斜率表示加速度。(2)由位移差公式Δx=aT2计算加速度。
归纳提升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g= ,求出重力加速度。
2.频闪照相法频闪照相机可以间隔相等的时间拍摄一次,利用频闪照相机可追踪记录做自由落体运动的物体在各个时刻的位置,根据Δx是否为恒量,可判断自由落体运动是否为匀变速直线运动。并且可以根据匀变速运动的推论Δx=gT2求出重力加速度
则由v=v0+gt,也可求出重力加速度g。
3.滴水法如图所示,让水滴自水龙头滴下,在水龙头正下方放一个盘,调节水龙头,让水一滴一滴地滴下,并调节到使第一滴水碰到盘的瞬间,第二滴水正好从水龙头口开始下落,并且能依次持续下去。用刻度尺测出水龙头口距盘面的高度h,再测出每滴水下落的时间T,其方法是:当听到某一滴水滴落在盘上的同时,开启停表开始计时,之后每落下一滴水依次数1、2、3……,当数到n时按下停表停止计时,读出停表时间t,则每一滴水滴
(1)实验时纸带的　　　　(选填“A”或“B”)端应和重物相连接。 (2)纸带上1至9各点为计时点,由纸带所示数据可算出当地的重力加速度为　　　　 m/s2。 (3)当地的重力加速度为9.8 m/s2,请列出测量值与当地重力加速度值有差异的一个原因  　。 
答案:(1)B(2)9.4(3)纸带与墨粉纸盘及其他接触物间存在摩擦解析:(1)由自由落体运动规律知,在连续相等时间内物体的位移越来越大,故B端应和重物相连接。(2)Δx=ngT2,又Δx=3.92 cm-2.04 cm=1.88×10-2 m,n=5,T=0.02 s,故g=9.4 m/s2。
利用纸带求重力加速度的三种方法。(1)逐差法:依据相等时间间隔内的位移差为定值,即Δx=gT2,
【变式训练3】 某同学用频闪照相法研究小球的自由落体运动,选择一张清晰的频闪照片,剪掉前面小球重叠部分进行研究。已知小球在释放位置时,球心与刻度尺的零刻度线对齐。
(1)根据图中的数据,请你读出小球运动到照片中第5个像点时,下落的高度为　　　　 m; (2)若所用照相机的曝光频率为f,照片上1、3像点距离和1、5像点距离分别为x1、x2,则像点2所对应小球的速度v=　　　　,小球自由下落的加速度a=　　　　。 
解析:通过体会测定自由落体运动加速度的方法,掌握科学思维的方法。(1)根据刻度尺读数规则,下落高度h=21.19 cm=0.211 9 m。
1.(自由落体运动的理解)关于自由落体运动,下列说法正确的是(　　)A.质量大的物体做自由落体运动时的加速度大B.从水平飞行着的飞机上释放的物体将做自由落体运动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,可近似看作自由落体运动
答案:D解析:所有物体在同一地点的重力加速度相等,与物体质量大小无关,故A错;从水平飞行着的飞机上释放的物体,具有水平初速度,不是自由落体运动,故B错;雨滴下落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,故C错;从水龙头上滴落的水滴所受的空气阻力与重力相比可忽略不计,可认为只受重力作用,故D对。
2.(自由落体运动的图像)一个做自由落体运动的物体,下落速度v随时间t变化的图像如图所示,其中正确的是(　　)答案:D解析:自由落体运动的速度v=gt,g是常数,故下落速度v与时间t成正比,D正确。
3.(自由落体运动的加速度)关于重力加速度的说法不正确的是(　　)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9.8 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落至同一高度时的加速度都相同D.在地球上同一地点,离地面高度越大,重力加速度g越小
答案:A解析:重力加速度是矢量,方向竖直向下,在地球的表面,不同的地方重力加速度g的大小略有不同,但都在9.8 m/s2左右。在地球表面同一地点,g的值都相同,但随着高度的增大,g的值逐渐减小。
4.(自由落体运动的规律)一个小球自屋檐自由下落,在Δt=0.25 s内通过了高度Δh=2 m的窗口,求窗口的顶端距屋檐多高?(g取10 m/s2)