2018-2019学年高中物理第二章匀变速直线运动的研究2.5自由落体运动2.6伽利略对自由落体运动的研究课件1新人教版必修1 .ppt

5自由落体运动6伽利略对自由落体运动的研究,1.自由落体运动:(1)定义:物体只在_作用下从_开始下落的运动。,重力,静止,(2)物体做自由落体运动的条件:只受_作用。_等于0。(3)运动性质:初速度为0的_运动。,重力,初速度,匀加速直线,2.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_,这个加速度叫自由落体加速度,也叫_加速度。(2)方向:_。,相同,重力,竖直向下,(3)大小:在地球上其大小随地理纬度的增加而_,在赤道上_,两极处_,一般计算中,常取g=_或g=_。,增大,最小,最大,9.8m/s2,10m/s2,3.自由落体运动规律:(1)自由落体运动的实质:初速度v0=_,加速度a=_的_运动。,0,匀加速直线,gt,2gh,g,4.伽利略对自由落体运动的研究:(1)伽利略的观点:重物与轻物下落得_。(2)猜想:自由落体运动一定是一种最简单的变速运动,它的速度应该是相对时间_变化的。(3)假设:落体运动的速度v与时间t成_。,同样快,均匀,正比,(4)实验验证:让铜球沿阻力很小的斜面滚下,测出小球从不同起点滚动的_和_。斜面倾角一定时,小球做_运动。改变小球的质量,只要倾角一定,小球的加速度都是_的。增大斜面倾角,小球的加速度_。,位移x,所用的时间t,匀加速直线,相同,增大,将斜面倾角外推到=90时的情况小球自由下落,认为小球仍会做_运动,从而得到了自由落体运动的规律。(5)科学方法:伽利略科学思想方法的核心是把_和_合理地结合起来。,匀变速直线,实验,逻辑推理,【预习自测】1.(多选)在忽略空气阻力的情况下,让石块和木块从同一高度同时从静止开始下落,下列说法中正确的是()A.重的石块先着地B.轻的木块先着地C.在着地前的任一时刻,二者具有相同的速度和位移D.二者在下落这段时间内的平均速度相等,【解析】选C、D。在忽略空气阻力的情况下,只在重力作用下由静止释放的物体的运动可以看作自由落体运动,快慢程度与质量无关,运动情况是一样的,同时落地,初、末位置相同,位移相同,A、B错,C对;由平均速度的定义可知,D对。,2.(多选)下述关于重力加速度g的说法中,正确的是()A.g的方向总是竖直向下B.g的大小和物体的质量有关C.g的大小和地理位置有关D.g的大小和物体的形状有关,【解析】选A、C。重力加速度的方向总是竖直向下,大小与所处的地理位置有关,与物体的大小、形状无关,故A、C正确;B、D错误。,【补偿训练】一物体从H高处自由下落,经时间t落地,则当它下落时,离地的高度为()【解析】选C。根据h=gt2,下落高度与时间的平方成正比,所以下落时,下落高度为,离地高度为。,主题一自由落体运动、自由落体加速度【问题探究】探究点1自由落体运动的特点,(1)将一张纸片和一个金属球同时在同一高度释放,如图甲。纸片和金属球哪个先落地?为什么?提示:金属球先落地,因为空气阻力对纸片下落快慢的影响比对金属球下落快慢的影响大。,(2)将纸片揉成团和金属球同时在同一高度释放,如图乙。纸团和金属球哪个先落地?为什么?提示:纸团和金属球几乎同时落地,因为空气阻力对二者下落快慢的影响差别不是很大。,(3)将牛顿管(又叫毛钱管)管内空气几乎全部抽出后,管内放置形状、质量不同的金属片、鸡毛,在管直立过来时,如图丙。牛顿管内接近真空时,金属片、鸡毛哪一个先落地?为什么?提示:金属片和鸡毛同时落地,因为二者下落过程中不受空气阻力的影响了。,(4)结合上述实验探究,考虑物体下落有什么规律?提示: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。,探究点2自由落体加速度(1)重力加速度的大小与距地面的高度有关吗?提示:重力加速度的大小与距地面的高度有关。(2)在地面上同一地点,随高度的增加重力加速度如何变化?提示:在地面上同一地点,随高度的增加,重力加速度减小。,(3)在一定的高度内重力加速度的大小变化明显吗?提示:在一定的高度内,重力加速度的大小变化不明显,可认为重力加速度的大小不变。,【探究总结】1.对自由落体运动的理解:(1)物体下落过程的运动情况与物体质量无关。物体在空气中下落的运动快慢不同是由于空气阻力作用的影响不同。,(2)自由落体运动是一种理想化的运动,实际物体在下落时只要受到的空气阻力远小于重力,即可忽略不计,可近似看成自由落体运动。(3)“自由”的含义是只受重力、初速度为零。,(4)自由落体运动是人们由地面上方自由下落的物体抽象出来的一种理想化模型。它忽略了空气阻力的影响,是一种初速度为零的匀加速直线运动,其原因是物体受到了重力作用。,2.自由落体运动的特点:(1)物体下落的快慢与物体质量的大小无关。(2)不同物体从同一高度做自由落体运动,它们的运动情况是相同的。(3)在同一地点,不同物体做自由落体运动的加速度是相同的。,【拓展延伸】1.自由落体加速度的特点:(1)在同一地点,一切物体做自由落体运动的加速度都相同。(2)重力加速度随距离地面高度的增加而减小。,2.自由落体加速度的变化规律:(1)随纬度的变化: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。,(2)随高度的变化:在地面上的同一地点,随高度的增加重力加速度减小,在一定的高度内,可认为重力加速度的大小不变。在一般的计算中,可以取g=9.8m/s2或g=10m/s2。,【典例示范】(多选)(2017济南高一检测)关于自由落体运动,下列说法正确的是()A.初速度为零、竖直向下的匀加速直线运动是自由落体运动B.仅在重力作用下的运动叫自由落体运动,C.物体只在重力作用下从静止开始下落的运动叫自由落体运动D.当空气阻力的作用较小,可以忽略不计时,物体由静止开始自由下落的运动可视为自由落体运动,【解题指南】判断物体是否做自由落体运动时应从定义进行判断:(1)初速度为零。(2)物体只受重力。,【解析】选C、D。自由落体运动是物体只在重力作用下由静止开始下落的运动,它的初速度为零。若空气阻力比较小,可以忽略不计时,物体由静止开始自由下落可视为自由落体运动。故正确答案为C、D。,【规律方法】自由落体运动的判断方法(1)根据条件来判断:物体做自由落体运动的条件是物体的初速度为零且物体只受重力作用(或物体除受重力外也受其他力,但其他力远小于物体的重力,可以忽略),两者缺一不可。,(2)根据题目中一些暗示语言来判断:有些题目直接给出诸如“物体由静止开始自由下落”“忽略空气阻力”或“空气阻力远小于重力”等提示语时,可将物体的下落看成自由落体运动。,【探究训练】(多选)关于重力加速度的下列说法中,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.在地球上不同的地方,g的大小不同,但它们相差不是很大,C.在地球上同一地点,一切物体做自由落体运动的加速度都相同D.在地球上的同一地点,离地面高度越大,重力加速度g越小,【解题指南】解答本题把握以下三点:(1)g与物体的质量无关。(2)在同一地点,重力加速度相同。(3)g随纬度的增加而增大,随高度的增加而减小。,【解析】选B、C、D。自由落体加速度的大小和方向均与物体所处的地球表面的位置有关。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,故A错误,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的值逐渐减小,故C、D正确。,【补偿训练】1.(多选)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。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,铅球将加速下降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,【解析】选B、D。羽毛和铅球在月球表面时都只受到重力作用,故它们均做自由落体运动,它们将同时落地,所以选项A、C错误,选项B、D正确。,2.踢毽子是我国民间的一项体育活动,被人们誉为“生命的蝴蝶”。毽子由羽毛和铜钱组成,在下落时总是铜钱在下羽毛在上,如图所示,对此分析正确的是(),A.铜钱重,所以总是铜钱在下羽毛在上B.如果没有空气阻力,也总是出现铜钱在下羽毛在上的现象C.因为空气阻力的存在,所以总是铜钱在下羽毛在上D.毽子的下落是自由落体运动,【解析】选C。毽子在下落时总是铜钱在下羽毛在上,是由于空气阻力的影响,毽子的下落不能看作自由落体运动,A、D错,C对;如果没有空气阻力,就不一定出现铜钱在下羽毛在上的现象,B错。,3.关于自由落体运动,下列说法正确的是()A.自由落体运动是一种匀速直线运动B.物体刚下落时,速度和加速度都为零C.物体的质量越大,下落时加速度就越大D.当地重力加速度为9.8m/s2,则物体在该处自由下落的过程中,每秒速度都增加9.8m/s,【解析】选D。自由落体运动是一种初速度为零的匀加速直线运动,故A错误。物体刚下落时,初速度为零,加速度为重力加速度g,故B错误。自由落体运动是忽略空气阻力的运动,无论质量大小,下落时加速度都是g,故C错误。加速度等于单位时间内速度的变化量,当地重力加速度为9.8m/s2,则物体在该处自由下落的过程中,每秒速度都增加9.8m/s,故D正确。,4.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,【解析】选D。所有物体在同一地点做自由落体运动时,重力加速度相等,与物体的质量大小无关,选项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,物体的运动不是自由落体运动,选项B错误;雨滴下落过程中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,雨滴的运动不是自由落体运动,选项C错误;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,水滴下落的过程可近似看作自由落体运动,选项D正确。,主题二自由落体运动的规律及应用【问题探究】如图所示,一个小金属球从离地h高处由静止释放,小球下落一段时间落地。,(1)小球的运动性质是什么?提示:小球做自由落体运动,是初速度为零的匀加速直线运动:v0=0,a=g。(2)怎样确定小球的落地时间?提示:由位移公式:h=gt2,则t=。,(3)怎样确定小球的落地速度?提示:由速度位移关系式:v2=2gh,则v=。,【探究总结】1.关于自由落体的几个重要公式:自由落体运动是匀变速直线运动的特例,因此匀变速直线运动规律也适用于自由落体运动。只要将匀变速直线运动公式中的v0换成0,a换成g,x换成h,匀变速直线运动公式就变为自由落体运动公式。,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v1v2v3vn=123n。(2)前1T内,前2T内,前3T内,前nT内的位移之比h1h2h3hn=149n2。,(3)第1T内,第2T内,第3T内,第nT内的位移之比hhhhN=135(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t1t2t3tn=,3.重力加速度的测量方法:(1)利用自由落体运动测重力加速度。物体做自由落体运动的位移与时间的关系为h=gt2,可见,只要测出做自由落体运动的物体在某段时间内的位移,就可由g=求出该地的重力加速度。,(2)利用打点计时器(或频闪摄影法)测重力加速度。方法:让重物自由下落,通过打点计时器获取打点纸带(或频闪照片)。,数据处理。以用打点计时器研究自由落体运动为例,对实验得到的如图所示的纸带进行研究。,可利用在一段时间t内的平均速度等于这段时间中间时刻的瞬时速度,求出各计数点的速度,即作出v-t图象,图象的斜率即为重力加速度。,【拓展延伸】(1)自由落体运动是匀变速直线运动的特例,分析匀变速直线运动的各种方法对于自由落体运动同样适用。(2)若分析自由落体运动的中间一段过程,则该过程是初速度不为零的匀变速直线运动,v=v0+gt,h=v0t+gt2。,【典例示范】从离地面500m的空中自由落下一个小球,g取10m/s2,求小球:(1)落到地面所用的时间。(2)自开始下落计时,在第1s内的位移、最后1s内的位移。,【解析】由h=500m和重力加速度,根据位移公式可直接算出落地所用时间,根据运动时间,可算出第1s内的位移。最后1s内的位移是下落总位移和前(n-1)s下落位移之差。(1)由h=,得落地所用时间:,(2)第1s内的位移:因为从开始运动起前9s内的位移为所以最后1s内的位移为h=h-h9=500m-405m=95m。答案:(1)10s(2)5m95m,【探究训练】1.(2017大同高一检测)某物体从某一高度开始做自由落体运动,第1s内通过了全程的一半,则物体还要下落多长时间才会落地()A.1sB.1.5sC.sD.(-1)s,【解析】选D。自由落体运动是初速度为零的匀加速直线运动,通过连续相等的位移所用的时间之比为1(-1)(-),所以,物体下落后半程所用的时间为(-1)s,故选项D正确。,2.用“滴水法”可以测量重力加速度g,具体操作方法是:(1)将一只空铁皮水桶倒置在水龙头的正下方,可以十分清晰地听到水滴滴到桶底上的声音。细心地调整水龙头的阀门或水桶的高度,使得后一个水滴离开水龙头的同时,恰好听到前一个水滴撞击桶底的声音。,(2)听到某次响声时开始用秒表计时,并数“0”,以后每听到1次响声就顺次加1,数到“100”时停止计时。(3)用尺子量出水龙头滴水处到桶底的高度。如果停止计时的时候,秒表上的读数是50s,水龙头滴水处到桶底的高度为122.5cm,请你根据以上实验内容及实验数据,计算当地重力加速度的值。,【解析】水滴的运动可以视为自由落体运动。水滴从水龙头落到桶底的时间t=s=0.5s,由公式h=gt2,得g=m/s2=9.8m/s2。答案:9.8m/s2,【补偿训练】1.一个小石块从空中a点开始做自由落体运动,先后经过b点和c点。已知石块经过b点时的速度为v,经过c点时的速度为3v,则ab段与bc段的位移之比为()A.13B.15C.18D.19,【解析】选C。ab段的位移为xab=bc段的位移为xbc=所以xabxbc=18,选项C正确。,2.一个物体做自由落体运动,图中的四幅图表示其速度-时间图象,正确的是(),【解析】选C。做自由落体运动的物体初速度为0,且速度随时间变化的规律为v=gt,若规定竖直向上为正方向,则v-t图象正如C项所示,故C正确。A、B、D都有初速度,故都不正确。,3.一个小石子从离地某一高度处由静止自由落下,某摄影爱好者恰好拍到了它下落的一段轨迹AB。该爱好者用直尺量出轨迹的长度,如图所示,已知曝光时间为s,则小石子的出发点离A点约()A.6.5mB.10mC.20mD.45m,【解析】选C。因曝光时间极短,故AB段可看作匀速直线运动,小石子到达A点时的速度为vA=20m/s,h=20m。,4.一架直升机在灾区某地上空做定点空投救灾物资,已知每隔1s释放一包物资,当第一包物资刚着地时,第五包刚好离开机舱开始下落。(g取10m/s2)求:直升机距离地面的高度。,【解析】物资下落做自由落体运动,有h=gt2=1042=80m答案:80m,主题三伽利略对自由落体运动的研究【问题探究】1.伽利略对落体运动进行了怎样的猜想?提示:猜想落体运动是一种最简单的变速运动,速度应该均匀变化,速度可能与时间成正比,也可能是速度与位移成正比。,2.伽利略在从猜想到进行实验验证的过程中,遇到了哪些困难?又是如何解决的?分析:困难之一:无法测量_。解决方案:改测位移与_的关系(从静止开始做匀加速直线运动的物体xt2)。,瞬时速度,时间,困难之二:没有准确的计时工具,无法测定像自由落体这样较短的_。解决方案:设计了著名的_。,时间,斜面实,验,3.伽利略是如何进行实验验证的?提示:伽利略巧妙地应用斜面实验及科学推理研究了自由落体运动的特点,(如图所示)让小球沿斜面滚下,减小加速度,延长运动时间,便于观测。,【探究总结】1.伽利略对自由落体运动的研究:(2)思想方法:实验和逻辑推理相结合。,2.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。,【拓展延伸】伽利略的间接验证法(1)运用数学推导的方法得出初速度为零的匀变速直线运动,符合xt2。(2)运用斜面实验测出小球沿斜面向下的运动符合xt2,是匀变速直线运动。,不同质量的小球沿同一倾角的斜面运动,的值不变,说明它们运动的情况相同。不断增大斜面倾角,得出的值随之增大,说明小球做匀变速直线运动的加速度随倾角的增大而增大。,伽利略将斜面实验结果外推到斜面倾角增大到90的情况小球自由下落,认为小球仍会保持匀变速直线运动的性质,从而得出了自由落体运动的规律。伽利略把斜面实验的结论推广到竖直的情况,是他思维方法上的一种“升华”,这种方法称为“合理外推”。这种从斜面运动到落体运动的外推,是很巧妙的。,【典例示范】(多选)如图所示,大致地表示了伽利略探究自由落体运动的实验和思维过程,对于此过程的分析,以下说法正确的是(),A.其中甲图是实验现象,丁图是经过合理的外推得出的结论B.其中丁图是实验现象,甲图是经过合理的外推得出的结论C.运用甲图的实验,可“冲淡”重力的作用,使实验现象更明显D.运用丁图的实验,可“放大”重力的作用,使实验现象更明显,【解题指南】解答本题时应把握以下两点:(1)理解伽利略设计“冲淡”重力的斜面实验的原因。(2)明确斜面实验的过程及结论是如何获得的。,【解析】选A、C。伽利略探究自由落体运动时,让小球从斜面上滚下,此时可以“冲淡”重力的作用,使实验现象更明显,然后合理外推到斜面竖直的状态,故正确选项为A、C。,【探究训练】(多选)(2017曲靖高一检测)关于伽利略对自由落体运动的研究,下列说法中正确的是()A.在同一地点,重的物体和轻的物体下落快慢不同B.伽利略猜想运动速度与下落时间成正比,但没有直接用实验进行验证,C.伽利略通过数学推演并用小球在斜面上验证了位移与时间的平方成正比D.伽利略思想方法的核心是把实验和逻辑推理(包括数学推演)结合起来,【解析】选B、C、D。伽利略认为在同一地点重的物体和轻的物体下落快慢相同,故A错误;伽利略猜想自由落体的运动速度与下落时间成正比,并未直接进行验证,而是在斜面实验的基础上的理想化推理,故B正确;伽利略通过数学推演并用小球在斜面上验证了位移与时间的平方成正比,故C正确;伽利略思想方法的核心是把实验和逻辑推理(包括数学推演)结合起来,故D正确。,【补偿训练】1.伽利略科学思想的核心是()A.逻辑推理和实验验证相结合B.猜想和假设相结合C.理想模型D.实验验证,【解析】选A。伽利略科学思想的核心是把实验和逻辑推理和谐地结合起来,从而成为一套对近代科学的发展极为有益的科学方法,只有A正确。,2.(多选)关于伽利略对自由落体运动的研究,下列说法中正确的是()A.运用“归谬法”否定了亚里士多德的“重的物体下落快、轻的物体下落慢”的论断B.提出“自由落体”