高中物理人教版必修第一册2.4 自由落体运动 课件PPT

成才之路·物理路漫漫其修远兮吾将上下而求索人教版·必修1 匀变速直线运动的研究第二章 5 自由落体运动6 伽利略对自由落体运动的研究第二章 课堂情景切入2知识自主梳理3重点难点突破4考点题型设计5易错案例剖析6课时作业7学习目标定位1 学习目标定位 ※知道物体做自由落体运动的条件※知道自由落体加速度的大小和方向※※掌握自由落体运动的规律，并能解决相关实际问题※学习伽利略研究自由落体运动的科学思维方法和巧妙的实验构思 课堂情景切入 请一位同学与你合作，让他用两个手指捏住长尺上端，你的拇指与食指弯曲成环状放在尺下端的零刻度周围(手的任何部位都不要碰到尺，见下图)。当他一松手、尺子开始下落时，你立刻把尺握住。记下握住尺的位置，读出尺下落的高度，就能算出你的反应时间，你想知道这样做的道理吗？ 知识自主梳理 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 自由落体运动规律0g匀加速直线gt2gh 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：①小球沿斜面滚下的运动是______________运动。②只要斜面的倾角一定，小球的加速度都是________的。③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 重点难点突破 一、对自由落体运动的理解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。 解析：下落高度h＝1000m，由v2＝2gh得v＝140m/s，B项正确。 二、自由落体加速度1．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．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。 三、重力加速度的三种测量方法1．打点计时器法(1)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。(2)对纸带上计数点间的距离h进行测量，利用hn－hn－1＝gT2，求出重力加速度的大小。 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：(1)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。(2)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。(3)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。(4)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。 A．其中的丙图是实验现象，丁图是经过合理的外推得到的结论B．其中的丁图是实验现象，甲图是经过合理的外推得到的结论C．运用甲图的实验，可“冲淡”重力的作用，使实验现象更明显D．运用丁图的实验，可“放大”重力的作用，使实验现象更明显答案：AC 解析：伽利略研究自由落体运动时，由于当时的条件所限，不能直接对自由落体运动进行研究，而是采取通过斜面实验，来“冲淡”重力的作用，使实验现象更明显，然后外推的方法得到的，选项BD错误，选项AC正确。 考点题型设计 对自由落体概念的理解 解析：自由落体运动是指物体只在重力作用下从静止开始的下落运动。而选项A中没有说明是什么样的受力物体，因而不能确定所受空气阻力能否忽略，也不能确定它是否只受重力，A错误；B选项也不正确，例如设想有一大捆棉花和一个小钢球，这一大捆棉花的重量大于小钢球的重量，在高处将它们同时释放，谁下落得快呢？显然是小钢球下落得快，B错误；自由落体加速度的方向是竖直向下的，C正确；自由落体运动的速度与时间成正比，比例常数为重力加速度g；但初速度为零的匀加速直线运动的速度都与时间成正比，D错误。答案：C点评：要准确把握自由落体运动的概念、条件和性质。 答案：D解析：因为月球上没有空气，所以铁锤和羽毛的运动情况完全相同都做自由落体运动，但重力加速度小于9.8m/s2，故只有选项D正确。 自由落体运动规律的应用 解析：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，据此可作出解答。 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。 实验：测量自由落体加速度 (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”)。(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______。 答案：(1)BA(2)左(3)1.17m/s9.75m/s2(4)纸带与打点计时器的摩擦；空气阻力 (1)在实验中，下列做法正确的有_______。A．电路中的电源只能选用交流电源B．实验前应将M调整到电磁铁的正下方C．用直尺测量电磁铁下端到M的竖直距离作为小球下落的高度D．手动敲击M的同时按下秒表开始计时(2)实验测得小球下落的高度H＝1.980m,10个小球下落的总时间T＝6.5s。可求出重力加速度g＝_______m/s2。(结果保留两位有效数字)(3)在不增加实验器材的情况下，请提出减小实验误差的两个办法。 答案：(1)BD(2)9.4(3)增加小球下落的高度；多次重复实验，结果取平均值。(其他答案只要合理即可) 开放·探究 (1)他们依据_______规律，估算洞的深度。(2)他们估算洞的深度的方法是(写出主要方程式、计算过程)：__________________________________。(3)请你对该方法进行评估：该方法的优点：________________________________；该方法的不足：________________________________。 该方法的不足：①测量方法粗略，误差较大；②石块下落的初速度不为零，不是真正的自由落体运动；③石块下落有空气阻力，会造成一定的误差；④未考虑声音传播需要的时间。答案：见解析 (1)这个实验可以测出哪个同学的反应时间？计算该同学的反应时间。(2)若甲同学用此实验左手放，右手捏，是否可测出自己的反应时间？ 易错案例剖析 易错点：对两物体下落的运动关系不清导致错解 易错分析：本题易错选项及错误原因具体分析如下：易错选项错误原因A项误认为两球均做自由落体运动，运动状态相同，两球的距离始终不变。应根据自由落体运动的位移公式，寻找两球的距离与时间的关系，然后进行判断。D项只考虑到先下落的小球速度大于后下落的小球的速度，误认为两球的速度差越来越大。应从自由落体运动的速度公式入手，找出速度差与时间的关系，最后做出判断。 课时作业