2019_2020学年高中物理第2章探究匀变速直线运动规律第2节自由落体运动规律学案（含解析）粤教版.docx

第二节自由落体运动规律学 习 目 标知 识 脉 络1.了解自由落体运动的概念2.知道在地球上不同地方，重力加速度大小不同3.理解自由落体运动的规律，能应用它解决实际问题. (重点)4.了解实验探究求自由落体运动加速度的方法(难点) 一、猜想与验证测量重力加速度1猜想自由落体运动是一种简单的加速运动，即匀加速直线运动2验证(1)根据vtat，可得sat2由打点计时器打出的纸带，测得物体下落的位移和时间，求出自由落体运动在各段的加速度，看是否相等来验证(2)从(1)中的知识可得到自由落体运动的物体在某一时刻的速度为vt.利用测量得到的位移和时间数据，求出自由落体运动在某一时刻的速度，看在相等的时间内速度增加量是否相等来验证二、自由落体运动规律1重力加速度：自由落体运动的加速度称为自由落体加速度，也叫作重力加速度，常用g表示，在地球上不同的地方，g的大小是不同的，一般计算中，通常取g9.8 m/s2，粗略计算时，g取10 m/s2.重力加速度的方向总是竖直向下的2速度公式：vtgt；位移公式：sgt21思考判断(正确的打“”，错误的打“”)(1)在自由落体运动过程中，不同质量的物体运动规律相同()(2)根据猜想可知，无论什么物体，只要做自由落体运动，若时间相等则速度的增加量也相等()(3)自由落体运动是竖直向下的匀加速直线运动()(4)自由落体加速度的方向都是竖直向下()(5)重力加速度在任何地点都是9.8 m/s2()2关于自由落体运动的加速度g，下列说法中正确的是()A重的物体的g值大B同一地点，轻重物体的g值一样大Cg值在地球上任何地方都一样大Dg值在赤道处大于在北极处B自由落体加速度又叫作重力加速度在同一地点，所有物体的重力加速度都是相等的，与物体的质量，运动状态均无关，A错误，B正确；在不同地点，重力加速度是不同的，两极处大于赤道处，C、D错误3某人估测一竖直枯井深度，从井口静止释放一石头并开始计时，经2 s听到石头落地声，由此可知井深约为(不计声音传播时间，重力加速度g取10 m/s2)()A10 mB20 mC30 m D40 mB已知初速度0、加速度ag10 m/s2、时间t2 s这三个量，所以直接应用位移公式sgt21022 m20 m，由此可知井深约为20 m重力加速度的测量方法1.利用打点计时器测重力加速度(1)按图示连接好线路，并用手托重物将纸带拉到最上端(2)安装打点计时器时要使两限位孔在同一竖直线上，以减小摩擦阻力(3)应选用质量和密度较大的重物增大重力可使阻力的影响相对减小；增大密度可以减小体积，可使空气阻力减小(4)先接通电路再放开纸带打完一条纸带后立刻断开电源(5)对纸带上计数点间的距离h进行测量利用hnhn1gT2求出重力加速度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(2)根据匀变速运动的推论hgT2可求出重力加速度g.也可以根据v，求出物体在某两个时刻的速度，由g求出重力加速度g.3滴水法(1)让水滴一滴一滴地落到正下方的盘子里，调节阀门，直到清晰听到每一滴水滴撞击盘子的声音(2)记录下N滴水滴下落的总时间为T，则一滴水滴下落时间t.(3)用米尺量出水龙头滴水处到盘子的距离h，利用hgt2计算出重力加速度的值【例1】如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，根据这张照片，试求：(1)小球在1、2、3、4各点的速度(2)作出小球下落的vt图象并求出加速度(3)试根据题目所给数据验证st2.解析：由题意知相邻闪光时刻的时间间隔T s0.05 s.(1)用短时间内的平均速度代替中间时刻的瞬时速度，可得v1 m/s0.48 m/sv2 m/s0.96 m/s同理v31.44 m/s，v41.92 m/s.(2)vt图象如图所示，由vt图象斜率含义，可求得自由下落的加速度a9.6 m/s2.(3)由题意可设小球到1、2、3、4、5各点下落时间分别为t1T，t22T，t33T，t44T，t55T，又1、2、3、4、5各点到0点的距离分别为s1，s2，s5，代入数据可得，即st2.答案：(1)0.48 m/s0.96 m/s1.44 m/s1.92 m/s(2)vt图象见解析9.6 m/s2(3)见解析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)1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，重物在接通打点计时器电源前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)乙纸带和打点计时器间的摩擦力自由落体运动规律1.基本规律(1)速度公式：vtgt.(2)位移公式：sgt2.2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123n；(2)前1 s内，前2 s内，前3 s内，前n s内的位移之比为149n2；(3)连续相等时间内的位移之比为135(2n1)；(4)连续相等位移段所用时间之比为1(1)()()；(5)连续相等时间内的位移之差是一个常数sgT2(T为时间间隔)推论：，sgT2.(6)速度位移关系式：v2gs【例2】从离地面80 m的空中自由下落一个小球，g取10 m/s2，求：(1)经过多长时间小球落地；(2)自开始下落时计时，在第1 s内和最后1 s内的位移；(3)下落时间为总时间一半时的位移思路点拨：小球自由下落的总高度为80 m.小球在最后1 s内的位移为总位移与前(t1)s内的位移之差解析：(1)由sgt2得，下落总时间为t s4 s.(2)小球第1 s内的位移为s1gt1012 m5 m小球前3 s内的位移为s3gt1032 m45 m小球从第3 s末到第4 s末的位移，即最后1 s内的位移为s4ss380 m45 m35 m.(3)小球下落时间的一半为t2 s这段时间内的位移为sgt21022 m20 m.答案：(1)4 s(2)5 m35 m(3)20 m2一位同学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 mD设该星球表面的重力加速度为a，则小球在第5 s内的位移是s5s5s4a(5242)a，即18 ma，所以a4 m/s2.小球在2 s末的速度v2at28 m/s，选项A错误；小球在第5 s内的位移大小是18 m，运动时间是1 s，所以平均速度是18 m/s，选项B错误；小球在第2 s内的位移s2s2s1422 m412 m6 m，选项C错误；小球在5 s内的位移s5452 m50 m，选项D正确1下列v-t图象，能反映自由落体运动的是()D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vgt，D项正确2(多选)甲物体的质量是乙物体质量的3倍，它们在同一高度同时自由下落，则下列说法中正确的是()A甲比乙先着地B甲比乙的加速度大C甲与乙同时着地D甲与乙的加速度一样大CD由于甲、乙在同一地方，它们下落的加速度均为当地的重力加速度g，故B错，D对又由于甲、乙从同一高度同时落下，据hgt2得两物体同时落地，A错，C对3将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()A13B24C37 D416C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vgtt可知，v1.5v3.51.53.537，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37，故选项C正确4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，乙在尺的下部作握尺的准备(但不与尺接触)，当看到甲放开手时，乙立即握住尺，若乙作握尺准备时，手指位置如图(2)所示，而握住尺