高中物理 第2章 匀变速直线运动的研究 5 自由落体运动 6 伽利略对自由落体运动的研究课件 新人教版必修1.ppt

第二章 5自由落体运动6伽利略对自由落体运动的研究 课前预习 1 定义 物体只在 作用下从 开始下落的运动 2 特点 1 运动特点 初速度等于 的匀加速直线运动 2 受力特点 只受 作用 自由落体运动 重力 静止 零 重力 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 通常用g表示 2 方向 3 大小 在地球上不同的地方 g的大小一般是 一般计算中g取 或10m s2 自由落体加速度 相同 重力加速度 竖直向下 不同的 9 8 1 自由落体运动实质上是初速度v0 加速度a 的 运动 自由落体运动规律 0 g 匀加速直线 gt 2gh 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 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 伽利略对自由落体运动的研究 重量 亚里士多德 亚里士多德 均匀变化 x t2 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 匀加速直线 相同 增大 90 匀变速直线 判一判 1 在空气中自由释放的物体做自由落体运动 2 物体在真空中一定做自由落体运动 3 自由释放的物体只有重力作用下一定做自由落体运动 4 在同一地点 轻重不同的物体自由落体加速度一样大 5 自由落体加速度的方向垂直地面向下 解析 真空中苹果和羽毛都做自由落体 运动情况完全相同 故选项c正确 c 课内探究 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 金属片和羽毛的下落快慢相同 探究一对自由落体运动的理解 1 实验表明 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 3 自由落体运动与匀变速直线运动存在什么关系 提示 1 相同 2 初速度为零 忽略空气阻力 3 自由落体运动是初速度为零的匀加速直线运动 1 物体做自由落体运动的条件 1 运动条件 初速度为零 2 受力条件 除重力之外不受其他力的作用 2 自由落体运动是一种理想化模型 1 这种模型忽略了次要因素 空气阻力 突出了主要因素 重力 在地球上 物体下落时由于受空气阻力的作用 并不做自由落体运动 2 当空气阻力远小于重力时 物体由静止开始的下落可看作自由落体运动 如在空气中自由下落的石块可看作自由落体运动 空气中羽毛的下落不能看作自由落体运动 3 自由落体运动的实质自由落体运动是初速度v0 0 加速度a g的匀加速直线运动 它只是匀变速直线运动的特例 4 自由落体运动的规律 1 自由落体运动是匀变速直线运动在v0 0 a g时的一个特例 所以匀变速直线运动的基本公式以及推论都适用于自由落体运动 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 解题指导 如果将这5滴水的运动等效为一滴水的自由落体 并且将这一滴水运动的全过程分成时间相等的4段 设时间间隔为t 则这一滴水在0时刻 ts末 2ts末 3ts末 4ts末所处的位置 分别对应图示第5滴水 第4滴水 第3滴水 第2滴水 第1滴水所处的位置 据此可用多种方法作出解答 答案 1 3 2m 2 0 2s ac 解析 根据题意 小球先从空中自由下落 与水平地面相碰后再弹到空中某一高度 由速度 时间图象可知小球下落的最大速度为5m s 小球第一次反弹初速度的大小为3m s 由v2 2gh可以计算出 h 0 45m 综上所述 a c正确 b d错误 如图所示 屋檐上水滴下落的过程可以近似地看作是自由落体运动 假定水滴从5m高的屋檐上无初速滴落 水滴下落到地面所用的时间为1s 则当地的重力加速度约为多少呢 答案 10 探究二自由落体加速度 1 自由落体加速度的产生原因由于地球上的物体受到地球的吸引力而产生的 2 自由落体加速度的大小与所处地球上的位置及距地面的高度有关 1 在地球表面会随纬度的增加而增大 在赤道处最小 在两极最大 但差别很小 2 在地面上的同一地点 随高度的增加而减小 但在一定的高度范围内 可认为重力加速度的大小不变 通常情况下取g 9 8m s2或g 10m s2 3 自由落体加速度的方向 1 方向竖直向下 不是垂直向下 也不是指向地球球心 2 由于地球是球体 各处重力加速度的方向并不相同 4 重力加速度的三种测量方法 1 打点计时器法 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 1 实验时下面的步骤先后顺序是 a 释放纸带b 打开打点计时器 2 打出的纸带如下图所示 可以判断实验时重物连接在纸带的 端 选填 左 或 右 ba 左 3 已知纸带上记录的点为打点计时器打的点 打点计时器在打c点时物体的瞬时速度大小为 m s 所测得的重力加速度大小为 m s2 4 若当地的重力加速度数值为9 8m s2 请列出测量值与当地重力加速度的值有差异的一个原因 解题指导 根据用打点计时器测加速度的方法步骤作答 1 17 9 75 纸带与打点计时器的摩擦 空气阻力 解析 取3个瞬时位置为一个计数点 则t 0 12s由图可知相邻计数点间距相差 h 14 2 10 2m根据 h gt2得g 9 86m s2 9 86 落体运动随处可见 从空中释放的小球会落向地面 熟透了的苹果要掉到地上 雨滴从天空中掉落下来 我们会看到 不同的物体下落得不一样快 早在两千多年前 古希腊的哲学家亚里士多德就已经认识到这一现象 并认为物体下落的快慢是由它们的重力决定的 他的观点正确吗 提示 不正确 探究三伽利略对自由落体的研究 3 由于不能用实验直接验证自由落体运动是匀变速运动 伽利略采用了间接验证的方法 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x t2 运用斜面实验测出小球沿光滑斜面向下的运动符合x t2 是匀变速直线运动 伽利略将上述结果合理外推到将斜面倾角增大到90 的情况 成为自由落体 从而得出结论 自由落体运动是初速度为零的匀加速直线运动 c 解题指导 认真阅读教材 领悟伽利略的科学研究方法 注意各研究环节的先 后顺序及联系 解析 伽利略探究物体下落规律的过程是 先对亚里士多德得出的落体运动的结论提出质疑 大小石块捆在一起下落 得出矛盾的结论 猜想 下落的运动是最简单的变速运动 速度与时间成正比 数学推理 如果v t 则有h t2 实验验证 设计出斜面实验并进行研究 得出光滑斜面上滑下的物体的运动规律x t2 合理外推 将光滑斜面上滑下的物体的运动