高中物理 第一章 运动的描述 第7节 对自由落体运动的研究课件 教科版必修1.ppt

第7节对自由落体运动的研究 一 对下落物体的认识阅读教材第27页 观察思考 部分 知道亚里士多德对物体运动的认识 1 古希腊哲学家亚里士多德提出了物体 下落越快的观点 2 通过实验说明造成 重快轻慢 的真正原因是 对物体的阻碍作用 二 自由落体运动阅读教材第28页 自由落体运动 部分 知道自由落体运动的概念 1 自由落体运动 只在 的作用下 物体由静止开始下落的运动 2 如果物体下落时所受空气阻力与重力相比 可以 那么也可当做自由落体运动 越重 空气 重力 忽略不计 思维拓展如图所示 在有空气的玻璃管中 金属片比羽毛下落得快 在抽掉空气的玻璃管中 金属片和羽毛下落快慢相同 1 只受重力作用时 物体下落快慢有什么规律 2 空气中的落体运动在什么条件下可看作自由落体运动 答案 1 物体下落快慢相同 2 空气阻力作用可以忽略 三 伽利略对落体运动规律的探究阅读教材第28 30页 了解自由落体运动研究的史实 领会伽利略的科学思维方法 1 亚里士多德的观点 物体下落的快慢是由它们的 决定的 2 伽利略的研究 1 归谬 伽利略从 的论断出发 通过逻辑推理 否定了 的论断 2 猜想 伽利略猜想自由落体运动是一种最简单的变速运动 它的速度应该是 的 即 重力 亚里士多德 亚里士多德 均匀变化 v t 3 数学推理 伽利略通过数学推理得出初速度为零的匀变速直线运动应有 4 实验结果 小球沿斜面滚下的运动是 运动 只要斜面的倾角一定 小球的加速度都是 的 增大斜面的倾角 小球的加速度随斜面倾角的增大而 5 合理外推 伽利略认为当斜面倾角为 时 小球将自由下落 仍会做 运动 h t2 匀加速直线 相同 增大 90 匀变 速直线 思维拓展 以上图画中可以推翻亚里士多德的什么观点 答案亚里士多德认为物体下落的快慢是由它们的重力决定的 四 自由落体加速度阅读教材第30 31页 自由落体加速度 部分 知道自由落体加速度的概念 说出地球上自由落体加速度大小随地理纬度的变化而变化的规律 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 也叫重力加速度 通常用g表示 2 方向 3 大小 1 在地球上的同一地点 一切物体自由下落的加速度都 2 在地球上不同的地点 g的大小一般是 a 相同b 不同 的 g值随纬度的增大而逐渐 3 通常计算中 g取 粗略计算时g可取 相同 竖直向下 相同 b 增大 9 8m s2 10m s2 思维拓展自由下落加速度的大小与物体的质量有关吗 同一物体在月球和地球上做自由落体运动时加速度相同吗 答案自由下落加速度的大小与物体的质量无关 同一物体在月球和地球上自由落体的加速度不相同 预习完成后 请把你疑惑的问题记录在下面的表格中 自由落体运动的理解 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 如空气中石块的下落可以看做自由落体运动 空气中羽毛的下落不能看做自由落体运动 2 物体做自由落体运动的条件 1 初速度为零 2 只受重力 要点归纳 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 是匀变速直线运动的特例 4 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 斜率是k g 特别提醒物体在其他星球上也可以做自由落体运动 但下落的加速度与在地球表面下落的加速度不同 例1 2017 广东清远月考 关于自由落体运动 下列说法中正确的是 a 质量大的物体自由下落时的加速度大b 从水平飞行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 可以近似看成自由落体运动思路探究自由落体运动是一种理想化模型 实际问题中当阻力相对于重力可以忽略时 才可以把物体由静止下落的运动看成自由落体运动 精典示例 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 a错误 从水平飞行的飞机上释放的物体 具有水平初速度 不是自由落体运动 b错误 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 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 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 d正确 答案d 自由落体运动是一种初速度为零的匀加速直线运动 其加速度为g g的大小与重力大小无关 所有的匀变速直线运动的规律都适用于自由落体运动 但要注意 当问题指明 或有暗示 空气阻力不能忽略时 物体从静止开始下落的运动就不再是自由落体运动 针对训练1 2018 昆明高一检测 多选 关于自由落体运动 下列说法正确的是 a 竖直向下的运动一定是自由落体运动b 自由落体运动是初速度为零 加速度为g的竖直向下的匀加速直线运动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 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错误 c正确 所有物体做自由落体运动的加速度均为g 运动性质是由静止开始的匀加速直线运动 b正确 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 故可将该过程视为自由落体运动 d正确 答案bcd 自由落体加速度 1 对自由落体加速度的理解 1 产生原因 地球上的物体受到地球的吸引力而产生的 2 大小 与在地球上的纬度以及距地面的高度有关 要点归纳 3 方向 竖直向下 由于地球是一个球体 各处的重力加速度的方向是不同的 特别提醒 1 我们在研究自由落体运动时 物体下落的高度不太高 一般认为重力加速度大小不变 2 重力加速度的方向既不能说是 垂直向下 也不能说是 指向地心 只有在赤道或两极时重力加速度才指向地心 2 测定重力加速度的方法 1 实验设计利用频闪照片 或利用打点计时器能够把做自由落体运动的物体的位置和相应的时刻记录下来 根据对匀变速直线运动的研究 测量物体下落的加速度 进而研究自由落体运动是否是匀加速直线运动 以证实猜想 2 实验方法 打点计时器法a 实验装置如图所示 打点计时器固定在铁架台上 纸带一端系着重物 另一端穿过计时器 用夹子夹住纸带 启动计时器 松开夹子后重物自由下落 计时器在纸带上留下一串小点 滴水法a 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 并调节使第一滴水碰到盘的瞬间 第二滴水正好从水龙头开始下落 并且能依次持续下去 例2 图1中 甲 乙 两图都是使用电磁打点计时器测量重力加速度g的装置示意图 已知该打点计时器的打点频率为50hz 精典示例 图1 1 甲 乙 两图相比较 图 所示的装置更合理 2 丙 图是采用较合理的装置并按正确的实验步骤进行实验打出的一条纸带 其中打出的第一个点标为1 后面依次打下的一系列点迹分别标为2 3 4 5 经测量 第15至第17点间的距离为11 70cm 第1至第16点间距离为43 88cm 则打下第16个点时 重锤下落的速度大小为 m s 测出的重力加速度值为g m s2 要求保留三位有效数字 思路探究 1 实验中 对下落物体的初速度和所受摩擦力有什么要求 2 由 第15至第17点间的距离 可求出哪一点的速度 解析 1 甲 图释放时更稳定 既能更有效地减小摩擦力 又能保证释放时初速度的大小为零 所以 甲 图更合理 又根据2gh v2 可得g 9 78m s2 答案 1 甲 2 2 939 78 0 02均可 利用纸带计算重力加速度的方法 1 计算出纸带上一个点或几个点的速度 根据匀变速直线运动的公式求加速度 2 计算出纸带上各点的速度 画出v t图像 由图像的斜率可求得重物下落的加速度即重力加速度 3 根据 h gt2用逐差法求加速度 注意要尽可能多地选用数据 针对训练2 登上月球的宇航员利用频闪仪 频率为每秒20次 给自由下落的小球拍照 所拍的闪光照片如图2所示 图上所标数据为小球到达各位置时总的下落高度 则月球表面的重力加速度为 m s2 保留两位有效数字 答案1 6 图2 1 三个基本公式下面对匀变速直线运动的相关公式和自由落体运动的相关公式进行对比 自由落体运动规律及应用 要点归纳 特别提醒自由落体运动的运动时间由下落的高度决定 自由落体运动中下落的位移与离地高度是两个不同的概念 运算取值时要注意区分 2 v t图像自由落体运动的v t图像是一条过原点的倾斜直线 斜率表示重力加速度g 例3 如图3所示 悬挂的直杆ab长为a 在b端以下h处有一长为b的无底圆柱筒cd 若将悬线剪断 问 精典示例 图3 1 直杆下端b穿过圆柱筒的时间是多少 2 整个直杆ab穿过圆柱筒的时间是多少 思路探究 解析 1 直杆下端b穿过圆柱筒 即从b下落到c点 自由下落h 起到b下落到d点 自由下落h b 止 则直杆下端b穿过圆柱筒的时间是 2 整个直杆ab穿过圆柱筒 从b下落到c点 自由下落h 起到a下落到d点 自由下落h a b 止 则整个直杆ab穿过圆柱筒的时间 针对训练3 一石块从楼房阳台边缘处向下做自由落体运动到达地面 把它在空中运动的时间分为相等的3段 如果它在第1段时间内的位移是1 2m 那么它在第3段时间内的位移为 a 1 2mb 3 6mc 6 0md 10 8m解析利用重要推论x1 x3 1 5 得x3 5x1 1 2 5m 6 0m 故c正确 答案c 1 定义 物体具有竖直向上的初速度 只在重力作用下的运动 2 运动性质 先做竖直向上的匀减速运动 上升到最高点后 又开始做自由落体运动 整个过程中加速度始终为g 竖直上抛运动 选学 要点归纳 3 竖直上抛运动的重要特性作出竖直上抛运动的过程图 如图所示 结合图像分析 可知竖直上抛运动的对称性和多解性 1 对称性 时间对称性 对同一段距离 上升过程和下降过程时间相等 tab tba toc tco 速度对称性 上升过程和下降过程通过同一点时速度大小相等 方向相反 vb vb va va 2 多解性通过某一点对应两个时刻 即 物体可能处于上升阶段 也可能处于下降阶段 例4 一个以40m s匀速竖直上升的氢气球 在某时刻从气球上掉下一个重物 已知重物掉下时距离地面的高度为100m 此重物从氢气球上掉下来后 要经过多长时间返回地面 g 10m s2 解析重物从氢气球上