必修第一册-第二章匀变速直线运动的研究-第4节自由落体运动

第节4自由落体运动高中物理必修第一册第二章学习目标任务1：暴露前概念，引起认知冲突．任务2：认识影响落体运动的因素．任务3：利用打点计时器探究自由落体运动．任务4：认识自由落体加速度并推导自由落体运动的规律．任务5：运动自由落体运动的规律解决简单问题．问题情境：将纸巾卷成筒状(长约9cm)，手握纸筒放手后要求学生接住(如图1所示);再同样地将相同长度的糖罐放手后，要求学生接住(如图2所示)任务1：暴露前概念，引起认知冲突问题1.为什么能够接住纸巾，而接不住糖罐?2.你认为影响物体下落快慢的因素有哪些？纸巾下落得慢，糖罐下落得快空气阻力的作用问题情境：比较一块较大较重的石头与一块较小较轻石头的下落快慢任务1：暴露前概念，引起认知冲突问题1.按照亚里士多德的观点，你认为一块大石头与一块小石头，谁下落的速度大?2.如果大石头比小石头下落快，那把两块石头捆在一起时，它们下落的速度是否更快?从相互影响(作用)的角度看，还是这个结论吗?一般认识：大石头下落快从相互作用角度，大石头和小石头捆在一起，下落快慢应该介于两者之间问题情境：比较一块较大较重的石头与一块较小较轻石头的下落快慢任务1：暴露前概念，引起认知冲突问题大石头和小石头下落一样快3.要不出现上述矛盾的结论，你认为正确的假设是怎样的?4.为什么生活中有许多人认为重的物体下落快?正常情况下，物体除受重力外，还受到阻力的作用任务2：认识影响落体运动的因素问题情境：未抽气的牛顿管里，羽毛与铁片的下落(图3)，比较下落快慢．演示抽气后的牛顿管里，羽毛与铁片的下落(图4)，比较下落快慢(利用运动相机拍摄慢动作视频，学生可在慢动作视频中观察)。问题1.抽气后，羽毛与铁片不受空气阻力做同样的运动，这个运动称为自由落体运动．自由落体运动是怎样的运动?遵循怎样的规律?2.大家猜想是匀变速运动，如何证明?需要哪些器材?只在重力作用下，初速度为0的运动遵循初速度为0的匀变速直线运动的规律可以通过连接纸带，用打点计时器打出的纸带来分析物体的运动情况例［多选］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做自由落体运动C.物体只在重力作用下从静止开始下落的运动才是自由落体运动D.当空气阻力可以忽略不计时，物体从静止开始自由下落的运动可视为自由落体运动解析：A、B错，C对：自由落体运动的条件：（1）只受重力，（2）初速度v0=0。D对：若空气阻力可以忽略不计，物体由静止自由下落可以当成自由落体运动来处理。CD【误区警示】（1）物体只在重力的作用下、初速度为零的运动才是自由落体运动。（2）自由落体运动在地球上并不存在，是一种理想化模型。当阻力远小于物体重力时，且初速度为零，物体的运动可以当成自由落体运动来处理。任务3：利用打点计时器探究自由落体运动问题情境:如图所示问题1.物体下落过程中受到哪些阻力?2.为减小阻力，实验中如何选择重物?如何安装打点计时器?如何释放重物?3.根据纸带，如何判断重物下落是否做匀变速直线运动?空气阻力、纸带与打点计时器之间的摩擦阻力选择质量较大，体积较小的重物，如重锤竖直安装，释放时重物不要摆动根据相邻时间内的位移差是否为恒量来判定任务3：利用打点计时器探究自由落体运动问题情境:如图所示问题4.如何根据纸带测量重物的瞬时速度?5.作出物体下落的v－t图象，如何通过图象得到物体下落的加速度?6.为什么选择不同重物的小组得到的加速度也基本相同?具有普遍意义的加速度应该给它取个什么名字?

图象的斜率表示加速度空气阻力、纸带与打点计时器之间的摩擦阻力任务4：认识自由落体加速度并推导自由落体运动的规律问题情境：通过大量精确研究发现同一地点自由体的加速度是一个定值，称之为重力加速度，方向竖直向下。观察和比较图10中不同地点重力加速度．问题1.根据图中重力加速度的数据分布，哪个地方最大，哪个地方最小？2.不同地方的重力加速度方向都相同吗？3.重力加速度的大小与哪些因素有关？4.你能写出自由落体运动x－t、v－t、x－v公式吗(重力加速度用g表示)?不同地点，差别不大，赤道处最小，两极最大不相同，方向都是竖直向下与纬度和离地面的高度有关

任务5：运用自由落体运动的规律解决简单问题问题情景：糖罐放手后，你是否能接住呢？树叶下落。问题1.若已知人的反应时间一般为0.15s～0.4s．而罐子的长度为9cm，请通过估算说明:为什么课前做小游戏的同学总是抓不住罐子?2.秋日，树叶纷纷落下枝头，其中有一片梧桐叶从高为5m的枝头自静止落至地面，所用时间可能是A．0.1sB．0.5s C．1s D．3s

例一质点从距离地面80m的高度自由下落，不计空气阻力，重力加速度g取10m/s2。求：（1）质点落地时的速度；（2）下落过程中质点的平均速度；（3）最后1s内质点的位移大小。一自由落体运动的推论

小结二竖直上抛运动1.概念将物体以某一初速度v0竖直向上抛出，物体只在重力作用下所做的运动就是竖直上抛运动。竖直上抛运动和自由落体运动一样，都是只在重力作用下的运动，加速度为g，所不同的是竖直上抛运动具有竖直向上的初速度，自由落体运动没有初速度。因此，竖直上抛运动也是匀变速直线运动。2.竖直上抛运动的性质初速度v0≠0、加速度a=-g的匀变速直线运动（通常规定初速度v0的方向为正方向）。3.竖直上抛运动的规律基本公式推论4.竖直上抛运动的基本特点因为在竖直上抛运动中，下落过程的运动是上升过程的逆运动，所以二者具有对称性。（1）物体上升和下降过程中经过同一位置时速度等大、反向，位移相同。（2）物体上升和下降过程中经过相同两点间的距离所用时间相等。5.竖直上抛运动的处理方法（1）分段法：上升阶段是a=-g、v末=0的匀减速直线运动，下落阶段是自由落体运动。（2）整体法：将全过程看成初速度为v0、加速度为-g的匀变速直线运动，可直接应用匀变速直线运动的规律，但必须注意方程的矢量性。习惯上取v0的方向为正方向，则v>0时正在上升，v<0时正在下降，物体在抛出点的上方时位移x为正，物体在抛出点的下方时位移x为负。1.如图所示，某同学拿一个长约1.5m的玻璃筒，一端封闭，另一端有开关，把形状和质量都不相同的金属片和小羽毛放到玻璃筒里。第一次打开开关使管内空气与大气连通，把玻璃筒快速倒置，观察这些物体下落的情况。第二次他把玻璃筒里的空气抽出去，关闭开关，把玻璃筒快速倒置，再次观察物体下落的情况。则以下说法中正确的是（）A.抽气前，金属片和羽毛下落的时间相同B.抽气后，金属片和羽毛下落的时间相同C.抽气前和抽气后，羽毛下落均可近似看作自由落体运动D.抽气后，在赤道和北京分别做该实验，金属片下落的时间相同B当堂检测2.［多选］如图所示，小球从竖直砖墙某位置由静止释放，用频闪照相机在同一底片上多次曝光，得到了图中1、2、3、4、5所示小球运动过程中每次曝光的位置。连续两次曝光的时间间隔均为T，每块砖的厚度为d。根据图中的信息，下列判断正确的是（）A.位置“1”是小球释放的初始位置B.小球做匀加速直线运动C.小球下落的加速度为D.小球在位置“3”的速度为BCD【解析】A错，B对：小球做自由落体运动，从静止开始运动的连续相等时间内的位移之比为1∶3∶5∶7∶…，而题图中位移之比为2∶3∶4∶5∶…，所以位置“1”不是小球释放的初始位置，小球连续相等时间位移差均为d，所以小球做匀加速运动。3.［2013•全国卷］［多选］将甲、乙两小球先后以同样的速度在距地面不同高度处竖直向上抛出，抛出时间相隔2s，它们运动的v-t图像分别如图中直线甲、乙所示。则（）A.t=2s时，两球的高度差一定为40mB.t=4s时，两球相对于各自的抛出点的位移相等C.两球从抛出至落至地面所用的时间间隔相等D.甲球从抛出至到达最高点的时间间隔与乙球的相等BD【方法技巧】竖直上抛运动的处理方法（1）分段法：上升过程是加速度a=-g、末速度v=0的匀减速直线运动，下落过程是自由落体运动。（2）整体法：将全过程看成初速度为v0、加速度为-g的匀变速直线运动。其运动过程符合匀变速直线运动规律，即匀变速直线运动的几个关系式可以直接应用。但要注意矢量性，通常以v0方向为正，则上升阶段v为正，下降阶段v为负；物体在抛出点上方位移为正，在抛出点下方位移为负。4.某实验小组用图甲所示的装置测自由落体运动的加速度。其操作步骤如下：A.按照图甲的装置安装实验器材B.将打点计时器接到学生电源的“直流输出”上C.先释放纸带，之后闭合开关接通电源，打出一条纸带D.重复步骤C几次，从打出的纸带中选取较理想的一条如图乙所示，测出纸带上一些连续点的距离为AB=5.8mmBC=9.7mm，CD=13.6mm，DE=17.5mmE.根据测量的数据算出重力加速度（1）以上步骤中有错误，