4.自由落体运动-高一上学期物理必修一课件人教版

4.自由落体运动课程标准素养目标1.通过实验,认识自由落体运动规律。2.结合物理学史的相关内容,认识物理实验与科学推理在物理学研究中的作用。1.自由落体运动的规律。(物理观念)2.演示法、实验法、公式法。(科学思维)3.探究自然规律的科学方法,培养获取知识的能力。(科学探究)【教学建议】1.自由落体运动的性质:任务建议自由落体运动的性质通过对航天员在月球上让一把锤子和一根羽毛同时下落的分析,总结出物体做自由落体运动的特点2.自由落体运动的规律应用:3.科学探究——自由落体加速度的测量:任务建议自由落体运动的规律应用通过对具体事例的分析,总结出物体做自由落体运动的规律任务建议科学探究——自由落体加速度的测量通过对测定重力加速度的实验的分析,总结出物体做自由落体运动的加速度的特点【情境导引】

深秋的天气越来越凉,在一阵阵秋雨中,树叶、苹果在风雨中悄然落下。

问题导引:

(1)雨滴、树叶、苹果谁下落得快呢?

(2)影响落体运动快慢的因素有哪些呢?

(3)物体的下落过程中有没有一定的规律可循呢?一、自由落体运动任务驱动:如图所示,雨滴竖直下落的运动是自由落体运动吗?提示:不是。雨滴下落过程中还受阻力作用。1.定义:物体只在_____作用下从_____开始下落的运动。2.特点:(1)运动性质:初速度等于___的匀加速直线运动。(2)受力特点:只受_____作用。(3)物体下落可看作自由落体运动的条件:在实际中物体下落时由于受空气阻力的作用,物体并不是做自由落体运动,只有当空气阻力比重力小得多,可以忽略时,物体的下落才可当作_________运动来处理。重力静止零重力自由落体

gt

2gh

gT2三、自由落体加速度任务驱动:在著名的比萨斜塔实验中,轻重不同的两个小球为什么能同时落地呢?提示:在忽略空气阻力的情况下,两球自由下落的加速度相同。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,又叫作___________,通常用g表示。2.方向:总是_________。相同重力加速度竖直向下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)一般取值:g=________或g=_______。

相同B增大9.8m/s210m/s2【易错辨析】(1)在空气中自由释放的物体做自由落体运动。(

)(2)自由释放的物体只在重力作用下一定做自由落体运动。(

)(3)在同一地点,轻重不同的物体自由落体加速度一样大。(

)(4)自由落体加速度的方向垂直于地面向下。(

)(5)自由落体运动是初速度为零、加速度为g的匀加速直线运动。(

)提示:(1)×。在空气中自由释放的物体会受到空气阻力,做的不是自由落体运动。(2)√

(3)√(4)×。自由落体加速度的方向竖直向下。(5)√

主题一

自由落体运动【天文情境】航天员在月球上让一把锤子和一根羽毛同时下落,观察到它们同时落到月球表面。【问题探究】(1)空气中的落体运动在什么条件下可以看作自由落体运动?提示:空气的阻力作用可以忽略的情况下。(2)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。【结论生成】1.物体做自由落体运动的条件:(1)初速度为零。(2)只受重力。2.运动特点:(1)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。(2)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】自由落体运动是一种理想化模型:只有当空气阻力比重力小得多,可以忽略时,物体的下落才可以当作自由落体运动。【典例示范】如图,一个长约1.5m的玻璃筒,一端封闭,另一端有开关,把金属片和小羽毛放到玻璃筒里。把玻璃筒倒立过来,观察它们下落的情况。然后把玻璃筒里的空气抽出,再把玻璃筒倒立过来,再次观察它们下落的情况。下列说法正确的是(

)A.玻璃筒充满空气时,金属片和小羽毛下落得一样快B.玻璃筒充满空气时,金属片和小羽毛均做自由落体运动C.玻璃筒抽出空气后,金属片和小羽毛下落得一样快D.玻璃筒抽出空气后,金属片比小羽毛下落得快√【解析】选C。玻璃筒充满空气时,有空气阻力作用,金属片和小羽毛均不做自由落体运动,下落得也不一样快,A、B错误;玻璃筒抽出空气之后,小羽毛和金属片下落时仅受重力作用,加速度一样大,所以下落得一样快,D错误,C正确。【探究训练】小明摇动苹果树,从同一高度有一个苹果和一片树叶同时从静止下落,发现苹果先落地,则以下说法正确的是(

)A.苹果和树叶的运动都是自由落体运动B.苹果和树叶的运动都能看成自由落体运动C.苹果的运动可以近似看成自由落体运动,树叶的运动则不能看成自由落体运动D.假如地球上没有空气,苹果和树叶也不会同时落地√【解析】选C。苹果和树叶都受重力和空气阻力,但空气阻力相对苹果的重力来说很小,可以忽略不计,所以苹果的运动可以近似看作自由落体运动,而树叶的运动不能看作自由落体运动,A、B错误,C正确;假如地球上没有空气,苹果和树叶都只受重力,都做自由落体运动,同时落地,D错误。主题二

自由落体运动规律的应用【生活情境】熟透的苹果从树上落下来,若不计空气阻力,苹果只受重力作用,苹果的运动可以看作是自由落体运动。【问题探究】(1)自由落体运动与匀变速直线运动两者是什么关系?(2)前面所学的匀变速直线运动的基本公式及推论,有哪些适用于自由落体运动?哪些不适用?提示:(1)自由落体运动属于匀变速直线运动,自由落体运动是匀变速直线运动中的一个特例。(2)前面所学的匀变速直线运动的基本公式及推论对自由落体运动都适用。

【特别提醒】(1)自由落体运动的时间由下落的高度决定。(2)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,处理问题时要注意区分。【典例示范】屋檐每隔一定时间滴下一滴水,当第5滴正欲滴下时,第1滴刚好落到地面,而第3滴与第2滴分别位于高1m的窗子的上、下沿,如图所示。问:(g取10m/s2)(1)此屋檐离地面多高?(2)滴水的时间间隔是多少?

√

主题三

重力加速度的测量方法实验情境利用如图所示的实验装置测定重力加速度。用手捏住纸带上端把纸带拉成竖直状态,并使重物停在靠近打点计时器处。先接通电源,再松开纸带让重物自由下落,打点计时器在纸带上打下一系列的点。

【特别提醒】(1)为尽量减小空气阻力的影响,重物应选密度大的,如铁锤等。(2)打点计时器应竖直固定好。(3)重物应靠近打点计时器释放,且要先打开打点计时器的电源再放开重物。(4)改变重物的质量,重复打出几条纸带。(5)选点迹清晰,且1、2两点间距离小于或接近2mm的纸带分析探究。

【典例示范】(2025·青岛高一检测)某实验小组用光电计时器测量重力加速度,实验装置如图所示。实验步骤如下:①测量小钢球的直径D;②让钢球吸附器通电吸附小钢球,用刻度尺测量小钢球球心到光电门的高度h;③断开钢球吸附器的开关,让小钢球由静止释放,记录小钢球通过光电门所用的时间t;④改变光电门的位置,重复步骤②和③,记录多组关于h、t的数据。请回答下列问题:(1)根据步骤①②③可知,小钢球通过光电门时的速度为

(结果用题中所给的字母表示);

(2)以h为纵坐标,以tn(n=±1,±2)为横坐标,根据实验测得的数据在坐标纸上描点,拟合图线,得到的图像最合理的是

;

(3)根据上述最合理的图像计算出图线的斜率k,则重力加速度的表达式为g=

。

【探究训练】某同学用如图甲所示的装置测定重力加速度。(电火花计时器的工作频率为50Hz)(1)电火花计时器的工作电压为

。

(2)打出的纸带如图乙所示