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粤教版 (2019)必修 第一册第四节 自由落体运动图文ppt课件
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这是一份粤教版 (2019)必修 第一册第四节 自由落体运动图文ppt课件，共49页。PPT课件主要包含了课前篇自主预习，必备知识，自我检测，答案AD，课堂篇探究学习，情境探究，知识点拨，实例引导，初速度为零，理想化物理模型等内容，欢迎下载使用。
1.知道自由落体运动及自由落体加速度的概念.(物理观念)2.掌握自由落体运动的规律,并能分析推理解决相关的物理问题,理解其理想化模型.(科学思维)3.体验近代物理学家对自由落体的探究,能用小实验探究规律,学会交流与合作,认识实验的科学作用.(科学探究)
一、影响物体下落快慢的因素1.亚里士多德认为,重的物体下落快,轻的物体下落慢,并断言物体下落快慢由它们的重量决定.2.伽利略推断出,重的物体不会比轻的物体下落得快.我们通过实验可以初步看出:物体下落快慢与物体的轻重无关.
3.牛顿管内物体的下落运动实验结果表明:牛顿管内有空气时,金属片和羽毛下落的快慢不同;被抽去部分空气时,它们下落的快慢就比较接近,被抽去的空气越多,它们下落的快慢就越接近;当把牛顿管中空气全部抽去后,它们下落的快慢就完全相同了.
想一想(1)伽利略用什么方法证实了自己的结论?(2)“轻重不同的物体下落的快慢相同”的条件是什么?要点提示 (1)逻辑推理—实验验证—合理外推.伽利略这种推理与实验相结合的方法,为物理学的研究奠定了基础.(2)真空中,没有空气阻力时,轻重不同的物体下落的快慢相同.
二、自由落体运动及其规律1.自由落体运动:物体只在重力作用下从静止开始下落的运动.2.重力加速度:(1)在同一地点,一切物体自由下落的加速度都相同,方向总是竖直向下的,这个加速度叫作自由落体加速度,也叫重力加速度.(2)在地球不同的纬度,g的大小是不同的.通常的计算可以把g取作9.8 m/s2,粗略计算可以取作10 m/s2.
3.自由落体运动的速度公式:vt= gt .4.自由落体运动的位移公式:s= gt2.
1.正误判断,判断结果为错误的小题请说明原因.(1)影响物体下落快慢的因素是空气阻力的作用.( )答案 √(2)自由落体运动是竖直向下的匀加速直线运动.( )答案 √
(3)自由落体加速度的方向总是竖直向下的.( )答案 √(4)重力加速度在任何地点都是9.8 m/s2.( )解析 在地球不同的纬度,g的大小是不同的.答案 ×
2.伽利略以前的学者认为,物体越重,下落越快.伽利略等一些物理学家否定了这种看法.在一高塔顶端同时释放一片羽毛和一个玻璃球,玻璃球先于羽毛到达地面,这主要是因为( )A.它们的质量不等B.它们的密度不等C.它们的材料不同D.它们所受的空气阻力不同
解析 羽毛下落得比玻璃球慢,是羽毛受到的空气阻力较自身重力而言影响大的缘故,羽毛下落时空气阻力不能忽略;玻璃球受到的空气阻力较自身重力而言很小,下落时空气阻力可以忽略,选项D正确.答案 D
3.(多选)一个小球从某高楼上自由下落,经5 s落地,不计空气阻力,g取10 m/s2.下列说法正确的是( )A.小球下落的高度为125 mB.小球落地前瞬间的速度大小为60 m/sC.小球在落地前一秒内下落的高度为50 mD.小球在下落的最后2 s内平均速度的大小为40 m/s
右图为用牛顿管所做实验的图片,仔细观察图片.思考并探究下面的问题:(1)甲、乙两图中物体下落情况有什么不同?(2)乙图说明了什么?
要点提示 (1)甲图中金属片下落快,小羽毛下落慢;乙图中金属片和小羽毛下落一样快.(2)乙图说明:如果没有空气阻力,物体只受重力,质量不同的物体下落的快慢相同.
1.两个截然相反的结论伽利略指出:根据亚里士多德的论断,一块大石头的下落速度要比一块小石头的下落速度大,假定大石头的下落速度为8v,小石头的下落速度为4v.由这一观点出发,当我们把两块石头拴在一起时,对于下落快慢就有两种结论:结论一:下落快的会被下落慢的拖着而减慢,下落慢的会被下落快的拖下而加快,结果整个系统的下落速度应该小于8v而大于4v;结论二:两块石头拴在一起,加起来比大石头还要重,其下落的速度比任何一个物体都要快,速度应该大于8v.
2.实验与探究如图所示是课题研究小组进行自由落体运动实验时,用频闪连续拍照的方法获得的两张照片A和B.
图A现象:从同一高度同时由静止释放的纸团和纸片,纸团下落得快,先落地.解释:质量相等的纸团和纸片,纸片受到的空气阻力较大,不能忽略,纸片的运动不是自由落体运动,而纸团受到的空气阻力较小,可以忽略,可以看成是自由落体运动.图B现象:质量不等的铅球和木球,同时从同一高度由静止释放,它们同时落地.解释:铅球和木球受到的空气阻力都可以忽略,它们的运动都可以看成是自由落体运动,所以同时落地.结论:物体下落过程的运动情况与物体质量无关.
例1乙同学从10层楼的楼顶同时由静止释放两个看上去完全相同的铁球(一个为实心球,一个为空心球),甲同学看到两球不是同时落地的.他分析了两球未能同时落地的原因,你认为他的分析正确的是( )A.两球在下落过程中受到的空气阻力不同,先落地的受空气阻力小B.两球在下落过程中受到的空气阻力不同,先落地的受空气阻力大C.两球下落过程中受到的空气阻力相同,先落地的是实心球,重力远大于阻力D.两球下落过程中受到的空气阻力相同,先落地的是空心球,阻力与重力比,差别较小
解析 两球形状完全相同,在下落过程中所受空气阻力相同,下落快慢不同的原因是重力不同,选项C正确.答案 C
规律方法物体下落的两条规律(1)两物体在真空中或阻力可以忽略的空气中下落时,它们下落得同样快.(2)两物体在阻力不能忽略的空气中下落时,空气阻力比其重力更小的物体下落得快.
变式训练1伽利略通过逻辑推理的方法,使亚里士多德统治人们2 000多年的理论陷入困难,伽利略的猜想是( )A.重的物体下落得快B.轻的物体下落得快C.轻、重两物体下落得一样快D.以上都不是解析 伽利略认为物体在下落运动过程中运动情况与物体的质量无关,选项C正确.答案 C
从发现情况到采取相应行动经过的时间叫反应时间.两位同学合作,用刻度尺可以测量人的反应时间:如图(1)所示,甲捏住尺的上端,乙在尺的下部做握尺的准备(但不与尺接触),当看到甲放开手时,乙立即握住尺,若乙做握尺准备时,手指位置如图(2)所示,而握住尺的位置如图(3)所示.思考并探究下面的问题:(1)要测乙同学的反应时间应测量出什么量?(2)应用哪个公式来计算?乙同学的反应时间约为多少?
要点提示 (1)要测量反应时间内尺子下落的高度,也要知道重力加速度g.
1.基本规律(1)速度公式:vt=gt.(2)位移公式:s= gt2.
2.关于自由落体运动的几个比例关系式及推论
(1)第1 s末、第2 s末、第3 s末、……、第n s末速度之比为1∶2∶3∶…∶n.(2)前1 s内、前2 s内、前3 s内、……、前n s内的位移之比为1∶4∶9∶…∶n2.(3)连续相等时间内的位移之比为1∶3∶5∶…∶(2n-1).
例2如图所示,竖直悬挂一根长80 cm的直杆,在杆的正下方距杆下端20 cm处有一观察点A,当杆自由下落时,求杆全部通过A点所需的时间.(g取10 m/s2)
规律方法应用自由落体运动规律解题的思路和方法(1)首先将题目中的日常生活信息进行加工处理,选择有用的已知信息,排除干扰因素.(2)在分析信息的基础上进行科学的模型抽象,建立物理模型,将实际问题转化为理想的物理过程.(3)根据已知条件和自由落体运动模型遵循的物理规律,选择准确的物理公式列方程,代入数值求解.
变式训练2在某星球上完成自由落体运动实验:让一个质量为2 kg的小球从一定的高度自由下落,测得其在第5 s内的位移是18 m,则( )A.小球在2 s末的速度是20 m/sB.小球在第5 s内的平均速度是3.6 m/sC.小球在第2 s内的位移是20 mD.小球在5 s内的位移是50 m
这是拍摄的一个小球做自由落体运动的频闪照片.思考并探究如何利用此图测量重力加速度?
要点提示 根据匀变速直线运动的推论Δs=aT2求出重力加速度
1.打点计时器法(1)按如图所示连接好实验装置,让重锤做自由落体运动,与重锤相连的纸带上便会被打点计时器打出一系列点迹.(2)对纸带上计数点间的距离h进行测量,利用sn-sn-1=gT2,求出重力加速度g的大小.
2.频闪照相法(1)频闪照相机可以间隔相等的时间拍摄一次,利用频闪照相机的这一特点可追踪记录做自由落体运动的物体在各个时刻的位置,如图所示.
(1)让水滴一滴一滴地落到正下方的盘子里,调节阀门,直到听到前一滴水滴落在盘子里的声音的同时,下一滴水刚好开始下落.
例3下图是小球做自由落体运动时的频闪照片示意图,照片中相邻小球的像时间间隔相同,已知闪光频率为每秒钟闪20次,图中标出了各像点到开始下落处的距离.
(1)求小球在1、2、3、4各点的速度;(2)作出小球下落的v-t图像,并求出加速度.
(2)v-t图像如图所示,由v-t图像斜率含义,可求得小球自由下落的加速度
答案 (1)0.48 m/s 0.96 m/s 1.44 m/s 1.92 m/s(2)v-t图像见解析 9.6 m/s2
规律方法测量重力加速度问题的两点提醒(1)用打点计时器测出的重力加速度可能比实际值偏小,因为重物在带动纸带通过打点计时器下落时要受阻力作用.(2)频闪照相法测重力加速度实验中,照片上的距离不是实际距离,应将其还原成小球下落的实际距离(或在照相时在物体旁放一标尺).
变式训练3某同学使用打点计时器测量当地的重力加速度.(1)请完成以下主要实验步骤:按图甲安装实验器材并连接电源;竖直提起连有重物的纸带,使重物 (选填“靠近”或“远离”)计时器下端; , ,使重物自由下落;关闭电源,取出纸带;换新纸带重复实验. (2)图乙和丙是实验获得的两条纸带,应选取 (选填“乙”或“丙”)来计算重力加速度.在实验操作和数据处理都正确的情况下,得到的结果仍小于当地重力加速度,主要原因是空气阻力和 .
解析 (1)为了充分利用纸带,使纸带上有更多的点迹,在接通打点计时器电源前,重物要靠近打点计时器下端;因纸带很快就能通过打点计时器,所以要先接通打点计时器电源,待打点稳定后再释放纸带.(2)重物在重力作用下加速运动,相邻点迹间距应越来越大,故选乙来分析;误差的主要原因是空气阻力、打点计时器限位孔给纸带的摩擦阻力以及振针在纸带上打点给纸带的阻力.答案 (1)靠近 接通电源 释放纸带 (2)乙 纸带与打点计时器间的摩擦力
1.下列v-t图像,能反映自由落体运动的是( )
解析 由于自由落体运动是初速度为零的匀加速直线运动,所以速度v=gt,选项D正确.答案 D
2.一个小球从报废的矿井口由静止释放后做自由落体运动,4 s末落到井底.该小球开始下落后第2 s内和第4 s内的平均速度之比是( )A.1∶3B.2∶4C.3∶7D.4∶16
解析 该小球做自由落体运动,其开始下落后第2 s内和第4 s内的平均速度分别等于1.5 s时刻的瞬时速度和3.5 s时刻的瞬时速度,再根据v=gt∝t可知,v1.5∶v3.5=1.5∶3.5=3∶7,所以该小球开始下落后第2 s内和第4 s内的平均速度之比是3∶7,故选项C正确.答案 C
3.(多选)一个小球做自由落体运动,从开始下落到落地经历了3 s,g取10 m/s2,则( )A.小球下落的第2 s的位移是第1 s位移的2倍B.小球下落的第2 s末的速度是第1 s末速度的2倍C.小球下落最后1 s的位移是20 mD.小球下落最后2 s的位移与前2 s的位移之比是2∶1
1.知道自由落体运动及自由落体加速度的概念.(物理观念)2.掌握自由落体运动的规律,并能分析推理解决相关的物理问题,理解其理想化模型.(科学思维)3.体验近代物理学家对自由落体的探究,能用小实验探究规律,学会交流与合作,认识实验的科学作用.(科学探究)
一、影响物体下落快慢的因素1.亚里士多德认为,重的物体下落快,轻的物体下落慢,并断言物体下落快慢由它们的重量决定.2.伽利略推断出,重的物体不会比轻的物体下落得快.我们通过实验可以初步看出:物体下落快慢与物体的轻重无关.
3.牛顿管内物体的下落运动实验结果表明:牛顿管内有空气时,金属片和羽毛下落的快慢不同;被抽去部分空气时,它们下落的快慢就比较接近,被抽去的空气越多,它们下落的快慢就越接近;当把牛顿管中空气全部抽去后,它们下落的快慢就完全相同了.
想一想(1)伽利略用什么方法证实了自己的结论?(2)“轻重不同的物体下落的快慢相同”的条件是什么?要点提示 (1)逻辑推理—实验验证—合理外推.伽利略这种推理与实验相结合的方法,为物理学的研究奠定了基础.(2)真空中,没有空气阻力时,轻重不同的物体下落的快慢相同.
二、自由落体运动及其规律1.自由落体运动:物体只在重力作用下从静止开始下落的运动.2.重力加速度:(1)在同一地点,一切物体自由下落的加速度都相同,方向总是竖直向下的,这个加速度叫作自由落体加速度,也叫重力加速度.(2)在地球不同的纬度,g的大小是不同的.通常的计算可以把g取作9.8 m/s2,粗略计算可以取作10 m/s2.
3.自由落体运动的速度公式:vt= gt .4.自由落体运动的位移公式:s= gt2.
1.正误判断,判断结果为错误的小题请说明原因.(1)影响物体下落快慢的因素是空气阻力的作用.( )答案 √(2)自由落体运动是竖直向下的匀加速直线运动.( )答案 √
(3)自由落体加速度的方向总是竖直向下的.( )答案 √(4)重力加速度在任何地点都是9.8 m/s2.( )解析 在地球不同的纬度,g的大小是不同的.答案 ×
2.伽利略以前的学者认为,物体越重,下落越快.伽利略等一些物理学家否定了这种看法.在一高塔顶端同时释放一片羽毛和一个玻璃球,玻璃球先于羽毛到达地面,这主要是因为( )A.它们的质量不等B.它们的密度不等C.它们的材料不同D.它们所受的空气阻力不同
解析 羽毛下落得比玻璃球慢,是羽毛受到的空气阻力较自身重力而言影响大的缘故,羽毛下落时空气阻力不能忽略;玻璃球受到的空气阻力较自身重力而言很小,下落时空气阻力可以忽略,选项D正确.答案 D
3.(多选)一个小球从某高楼上自由下落,经5 s落地,不计空气阻力,g取10 m/s2.下列说法正确的是( )A.小球下落的高度为125 mB.小球落地前瞬间的速度大小为60 m/sC.小球在落地前一秒内下落的高度为50 mD.小球在下落的最后2 s内平均速度的大小为40 m/s
右图为用牛顿管所做实验的图片,仔细观察图片.思考并探究下面的问题:(1)甲、乙两图中物体下落情况有什么不同?(2)乙图说明了什么?
要点提示 (1)甲图中金属片下落快,小羽毛下落慢;乙图中金属片和小羽毛下落一样快.(2)乙图说明:如果没有空气阻力,物体只受重力,质量不同的物体下落的快慢相同.
1.两个截然相反的结论伽利略指出:根据亚里士多德的论断,一块大石头的下落速度要比一块小石头的下落速度大,假定大石头的下落速度为8v,小石头的下落速度为4v.由这一观点出发,当我们把两块石头拴在一起时,对于下落快慢就有两种结论:结论一:下落快的会被下落慢的拖着而减慢,下落慢的会被下落快的拖下而加快,结果整个系统的下落速度应该小于8v而大于4v;结论二:两块石头拴在一起,加起来比大石头还要重,其下落的速度比任何一个物体都要快,速度应该大于8v.
2.实验与探究如图所示是课题研究小组进行自由落体运动实验时,用频闪连续拍照的方法获得的两张照片A和B.
图A现象:从同一高度同时由静止释放的纸团和纸片,纸团下落得快,先落地.解释:质量相等的纸团和纸片,纸片受到的空气阻力较大,不能忽略,纸片的运动不是自由落体运动,而纸团受到的空气阻力较小,可以忽略,可以看成是自由落体运动.图B现象:质量不等的铅球和木球,同时从同一高度由静止释放,它们同时落地.解释:铅球和木球受到的空气阻力都可以忽略,它们的运动都可以看成是自由落体运动,所以同时落地.结论:物体下落过程的运动情况与物体质量无关.
例1乙同学从10层楼的楼顶同时由静止释放两个看上去完全相同的铁球(一个为实心球,一个为空心球),甲同学看到两球不是同时落地的.他分析了两球未能同时落地的原因,你认为他的分析正确的是( )A.两球在下落过程中受到的空气阻力不同,先落地的受空气阻力小B.两球在下落过程中受到的空气阻力不同,先落地的受空气阻力大C.两球下落过程中受到的空气阻力相同,先落地的是实心球,重力远大于阻力D.两球下落过程中受到的空气阻力相同,先落地的是空心球,阻力与重力比,差别较小
解析 两球形状完全相同,在下落过程中所受空气阻力相同,下落快慢不同的原因是重力不同,选项C正确.答案 C
规律方法物体下落的两条规律(1)两物体在真空中或阻力可以忽略的空气中下落时,它们下落得同样快.(2)两物体在阻力不能忽略的空气中下落时,空气阻力比其重力更小的物体下落得快.
变式训练1伽利略通过逻辑推理的方法,使亚里士多德统治人们2 000多年的理论陷入困难,伽利略的猜想是( )A.重的物体下落得快B.轻的物体下落得快C.轻、重两物体下落得一样快D.以上都不是解析 伽利略认为物体在下落运动过程中运动情况与物体的质量无关,选项C正确.答案 C
从发现情况到采取相应行动经过的时间叫反应时间.两位同学合作,用刻度尺可以测量人的反应时间:如图(1)所示,甲捏住尺的上端,乙在尺的下部做握尺的准备(但不与尺接触),当看到甲放开手时,乙立即握住尺,若乙做握尺准备时,手指位置如图(2)所示,而握住尺的位置如图(3)所示.思考并探究下面的问题:(1)要测乙同学的反应时间应测量出什么量?(2)应用哪个公式来计算?乙同学的反应时间约为多少?
要点提示 (1)要测量反应时间内尺子下落的高度,也要知道重力加速度g.
1.基本规律(1)速度公式:vt=gt.(2)位移公式:s= gt2.
2.关于自由落体运动的几个比例关系式及推论
(1)第1 s末、第2 s末、第3 s末、……、第n s末速度之比为1∶2∶3∶…∶n.(2)前1 s内、前2 s内、前3 s内、……、前n s内的位移之比为1∶4∶9∶…∶n2.(3)连续相等时间内的位移之比为1∶3∶5∶…∶(2n-1).
例2如图所示,竖直悬挂一根长80 cm的直杆,在杆的正下方距杆下端20 cm处有一观察点A,当杆自由下落时,求杆全部通过A点所需的时间.(g取10 m/s2)
规律方法应用自由落体运动规律解题的思路和方法(1)首先将题目中的日常生活信息进行加工处理,选择有用的已知信息,排除干扰因素.(2)在分析信息的基础上进行科学的模型抽象,建立物理模型,将实际问题转化为理想的物理过程.(3)根据已知条件和自由落体运动模型遵循的物理规律,选择准确的物理公式列方程,代入数值求解.
变式训练2在某星球上完成自由落体运动实验:让一个质量为2 kg的小球从一定的高度自由下落,测得其在第5 s内的位移是18 m,则( )A.小球在2 s末的速度是20 m/sB.小球在第5 s内的平均速度是3.6 m/sC.小球在第2 s内的位移是20 mD.小球在5 s内的位移是50 m
这是拍摄的一个小球做自由落体运动的频闪照片.思考并探究如何利用此图测量重力加速度?
要点提示 根据匀变速直线运动的推论Δs=aT2求出重力加速度
1.打点计时器法(1)按如图所示连接好实验装置,让重锤做自由落体运动,与重锤相连的纸带上便会被打点计时器打出一系列点迹.(2)对纸带上计数点间的距离h进行测量,利用sn-sn-1=gT2,求出重力加速度g的大小.
2.频闪照相法(1)频闪照相机可以间隔相等的时间拍摄一次,利用频闪照相机的这一特点可追踪记录做自由落体运动的物体在各个时刻的位置,如图所示.
(1)让水滴一滴一滴地落到正下方的盘子里,调节阀门,直到听到前一滴水滴落在盘子里的声音的同时,下一滴水刚好开始下落.
例3下图是小球做自由落体运动时的频闪照片示意图,照片中相邻小球的像时间间隔相同,已知闪光频率为每秒钟闪20次,图中标出了各像点到开始下落处的距离.
(1)求小球在1、2、3、4各点的速度;(2)作出小球下落的v-t图像,并求出加速度.
(2)v-t图像如图所示,由v-t图像斜率含义,可求得小球自由下落的加速度
答案 (1)0.48 m/s 0.96 m/s 1.44 m/s 1.92 m/s(2)v-t图像见解析 9.6 m/s2
规律方法测量重力加速度问题的两点提醒(1)用打点计时器测出的重力加速度可能比实际值偏小,因为重物在带动纸带通过打点计时器下落时要受阻力作用.(2)频闪照相法测重力加速度实验中,照片上的距离不是实际距离,应将其还原成小球下落的实际距离(或在照相时在物体旁放一标尺).
变式训练3某同学使用打点计时器测量当地的重力加速度.(1)请完成以下主要实验步骤:按图甲安装实验器材并连接电源;竖直提起连有重物的纸带,使重物 (选填“靠近”或“远离”)计时器下端; , ,使重物自由下落;关闭电源,取出纸带;换新纸带重复实验. (2)图乙和丙是实验获得的两条纸带,应选取 (选填“乙”或“丙”)来计算重力加速度.在实验操作和数据处理都正确的情况下,得到的结果仍小于当地重力加速度,主要原因是空气阻力和 .
解析 (1)为了充分利用纸带,使纸带上有更多的点迹,在接通打点计时器电源前,重物要靠近打点计时器下端;因纸带很快就能通过打点计时器,所以要先接通打点计时器电源,待打点稳定后再释放纸带.(2)重物在重力作用下加速运动,相邻点迹间距应越来越大,故选乙来分析;误差的主要原因是空气阻力、打点计时器限位孔给纸带的摩擦阻力以及振针在纸带上打点给纸带的阻力.答案 (1)靠近 接通电源 释放纸带 (2)乙 纸带与打点计时器间的摩擦力
1.下列v-t图像,能反映自由落体运动的是( )
解析 由于自由落体运动是初速度为零的匀加速直线运动,所以速度v=gt,选项D正确.答案 D
2.一个小球从报废的矿井口由静止释放后做自由落体运动,4 s末落到井底.该小球开始下落后第2 s内和第4 s内的平均速度之比是( )A.1∶3B.2∶4C.3∶7D.4∶16
解析 该小球做自由落体运动,其开始下落后第2 s内和第4 s内的平均速度分别等于1.5 s时刻的瞬时速度和3.5 s时刻的瞬时速度,再根据v=gt∝t可知,v1.5∶v3.5=1.5∶3.5=3∶7,所以该小球开始下落后第2 s内和第4 s内的平均速度之比是3∶7,故选项C正确.答案 C
3.(多选)一个小球做自由落体运动,从开始下落到落地经历了3 s,g取10 m/s2,则( )A.小球下落的第2 s的位移是第1 s位移的2倍B.小球下落的第2 s末的速度是第1 s末速度的2倍C.小球下落最后1 s的位移是20 mD.小球下落最后2 s的位移与前2 s的位移之比是2∶1
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