人教版物理必修一2.6伽利略对自由落体运动的研究ppt课件.ppt

第二章 匀变速直线运动的 研究 学案 6 　自由落体运动　伽利略对自由落体运动的研究 目标定位 1. 知道物体做自由落体运动的条件，知道自由落体运动是初速度为零的匀加速直线运动 . 2. 会探究自由落体运动规律和测定自由落体运动的加速度 . 3. 知道自由落体运动加速度的大小、方向，并能理解影响重力加速度的因素 . 4. 运用自由落体运动的规律和特点解决有关问题． 知识探究 自我检测 一 、自由落体运动 问题设计 1. 在空气中，将一张纸片和一石块从同一高度同时释放，哪个下落得快？若把这张纸片团紧成一团，再与石块从同一高度释放，情况会怎样？ 答案　 石块下落得快；纸团和石块几乎同时着地 . 知识探究 2. 牛顿管实验：玻璃管中有羽毛、小软木片、小铁片 …… 玻璃管中抽成了真空，将物体聚于一端，再将玻璃管倒立，让所有物体同时下落 . 看到什么现象？说明什么问题？ 答案　 下落快慢相同 . 在没有空气阻力影响的情况下，所有物体下落快慢是相同的，与质量无关 . 要点提炼 1. 定义：自由落体运动是物体只在 作用下从 开始下落的运动 . 2. 物体做自由落体运动的条件： (1) 只受 ； (2) 初速度 v 0 ＝ . 在实际中，物体下落时由于受空气阻力的作用，并不做自由落体运动，只有当空气阻力 重力时，物体由静止开始的下落才可看做自由落体运动 . 重力 静止 重力 0 远小于 3. 自由落体运动的实质：自由落体运动是初速度为 、加速度为 的 直线运动，它只是匀变速直线运动的特例 . 零 g 匀加速 二、自由落体加速度 问题设计 利用如图 1 甲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 . 图 1 如何根据打上点的纸带 ( 如图乙 ) 求出重物的重力加速度？ 答案　 可用下列两种方法求出重力加速度： (2) 由位移差公式 Δ x ＝ aT 2 计算加速度 . 要点提炼 1. 自由落体加速度 (1) 重力加速度又叫自由落体加速度，通常用 g 来表示 . (2) 重力加速度的方向：总是 的 (3) 重力加速度的大小：在同一地点，一切物体的重力加速度都 . 在不同地理位置处的重力加速度一般不同，赤道上物体的重力加速度 ；南 ( 北 ) 极处重力加速度 ；物体所处地理位置的纬度越大，重力加速度 . 一般的计算中，可以取 g ＝ m/s 2 或 g ＝ m/s 2 . 竖直向下 相同 最小 最大 越大 9.8 10 2. 测量自由落体加速度的方法 (1) 利用打点计时器 (2) 利用频闪照相 频闪照相可以每隔相等的时间拍摄一次 . 利用频闪照相可追踪记录做自由落体运动的物体在各个时刻的位置 ( 如图 2 为一小球做自由落体运动的频闪照片 ). 根据匀变速直线运动的推论 Δ h ＝ gT 2 可求自由落体加速度 . 图 2 三、自由落体运动的规律 问题设计 1. 试写出物体自开始下落经过时间 t 时的速度 v 和下落高度 h 的表达式 . 2. 匀变速直线运动的推论对于自由落体运动是否适用？ 答案　 都适用 . 要点提炼 1. 自由落体运动的基本规律 (1) 速度公式： v ＝ . (2) 位移公式： h ＝ . (3) 速度位移公式： v 2 ＝ . 2. 匀变速直线运动的其他规律，如平均速度公式、位移差公式、初速度为零的比例式同样适用于自由落体运动 . gt 2 gh 注意　 若分析自由落体运动过程中的一段，则该过程是初速度不为零的匀变速直线运动，相应的速度公式和位移公式分别为 v ＝ v 0 ＋ gt 、 h ＝ v 0 t ＋ gt 2 . 四、伽利略对自由落体运动的研究 问题设计 伽利略研究自由落体运动时采用了什么科学方法？ 答案　 采用了研究自然规律的常用方法：抽象思维、数学推理和科学实验相结合 . 要点提炼 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，否定了他的论断 . (2) 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 . 重量 亚里士多德 均匀变化 (3) 数学推理：伽利略通过数学推理得出对于初速度为 0 的匀变速直线运动应有 . (4) 伽利略采用了间接验证的方法，让小球从斜面上的不同位置滚下，测出小球从不同起点滚动的位移 x 和所用时间 t . 结果表明：小球沿斜面滚下的运动的确是 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 . x ∝ t 2 匀加速直线 相同 变大 (5) 合理外推：伽利略将斜面倾角外推到 时的情况，小球的运动就成为自由下落，伽利略认为小球仍会做匀变速直线运动 . 90° 典 例精析 一、对自由落体运动及自由落体加速度的理解 例 1 　关于自由落体运动和自由落体加速度，下列说法正确的是 ( 　　 ) A. 重力加速度 g 是标量，只有大小，没有方向，通常 g 取 9.8 m/s 2 B. 在地面上的不同地方， g 的大小不同，但相差不是很大 C. 地球上的同一地点，一切物体做自由落体运动的加速度都相同 D. 自由落体运动的初速度为零 解析　 重力加速度 g 是矢量，方向竖直向下，在一般计算中 g 取 9.8 m/s 2 ， A 错误； 在地面上的不同地点重力加速度一般不同，但相差不大， B 正确； 在地球表面同一地点，重力加速度相同， C 正确； 初速度为零是自由落体运动的一个条件， D 正确 . 答案　 BCD 二、自由落体加速度的测量 例 2 　某同学用如图 3 甲所示装置测量自由落体加速度 g ，得到如图乙所示的一段纸带，他每两个点取一个计数点 ( 已知交流电频率为 50 Hz) ，测得 AB ＝ 7.65 cm ， BC ＝ 9.17 cm. 则打 B 点时重物的瞬时速度为 ________ m/s ，测得的自由落体加速度 g ＝ ________ m/s 2 ，它比真实值偏 ________( 选填 “ 大 ” 或 “ 小 ” ).( 结果均保留两位有效数字 ) 图 3 答案　 2.1 　 9.5 　小 三、自由落体运动的规律 例 3 　从离地面 500 m 的空中自由落下一个小球，取 g ＝ 10 m/s 2 ，求小球： (1) 落到地面所用的时间； (2) 自开始下落计时，在第 1 s 内的位移、最后 1 s 内的位移 . 解析　 由 x ＝ 500 m 和自由落体加速度，根据位移公式可直接算出落地所用时间，根据运动时间，可算出第 1 s 内的位移 . 最后 1 s 内的位移是下落总位移和前 ( n － 1) s 下落位移之差 . (2) 第 1 s 内的位移： 因为从开始运动起前 9 s 内的位移为 所以最后 1 s 内的位移为 Δ x ＝ x － x 9 ＝ 500 m － 405 m ＝ 95 m. 答案　 (1)10 s (2)5 m 　 95 m 针对训练　 一观察者发现，每隔一定时间就有一个水滴自 8 m 高处的屋檐落下，而且当看到第五滴水刚要离开屋檐时，第一滴水正好落到地面，那么这时第二滴水离地面的高度是 ( g 取 10 m/s 2 )( 　　 ) A.2 m B.2.5 m C.2.9 m D.3.5 m D 课堂要点小结 1 2 3 4 1.( 伽利略对自由落体运动的研究 ) 关于伽利略对 自由落体运动的研究，下列说法中正确的是 ( 　　 ) A. 运用 “ 归谬法 ” 否定了亚里士多德的 “ 重的物体下落 快、轻的物体下落慢 ” 的论断 B. 提出 “ 自由落体 ” 是一种最简单的直线运动 —— 匀速 直线运动 自我检测 1 2 3 4 C. 通过斜面上物体的匀加速运动外推出：斜面倾角为 90° 时，物体做自由落体运动，且加速度的大小跟物体的 质量无关 D. 总体的思维过程是：对现象观察研究 → 提出假说 → 逻 辑推理 → 实验检验 → 对假说进行修正和推广 1 2 3 4 解析　 根据伽利略对自由落体运动的研究过程可得选项 A 、 C 、 D 正确； 伽利略提出 “ 自由落体 ” 是一种最简单的变速直线运动 —— 匀变速直线运动，选项 B 错误 . 答案　 ACD 1 2 3 4 2.( 自由落体运动和自由落体加速度 ) 关于自由落体运动，下列说法正确的是 ( 　　 ) A. 自由落体运动是一种匀速直线运动 B. 在同一地点，轻重不同的物体的 g 值一样大 C. 物体的质量越大，下落时加速度就越大 D. 当地重力加速度为 9.8 m /s 2 ，则物体在该处自由下落的 过程中，每秒速度都增加 9.8 m/ s 1 2 3 4 解析　 自由落体运动是一种初速度为零的匀加速直线运动，故 A 错误 . 加速度的大小与物体的重量无关，同一地点加速度相同， B 正确 . 自由落体运动是忽略空气阻力的运动，无论质量是大是小，下落时加速度都是 g ，故 C 错误 . 1 2 3 4 加速度等于单位时间内速度的变化量，当地重力加速度为 9.8 m /s 2 ，则物体在该处自由下落的过程中，每秒速度都增加 9.8 m/ s 2 ，故 D 正确 . 答案　 BD 1 2 3 4 1 2 3 4 答案　 C 1 2 3 4 4.( 自由落体加速度的测量 ) 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 4 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/s 2 ( 保留两位有效数字 ). 图 4 1 2 3 4 解析　 由 O 到 F ，每两个相邻位置间的距离依次记为 x 1 、 x 2 、 x 3 、 x 4 、 x 5 、 x 6 ，根据逐差法有，小球的加速度为 a ＝ ，其中 T ＝ 0.05 s ， x 6 ＋ x 5 ＋ x 4 ＝ 7.20 cm － 1.80 cm ＝ 5.40 cm ， x 1 ＋ x 2 ＋ x 3 ＝ 1.80 cm ，代入数据得 a ＝ 1.6 m/s 2 . 答案　 1.6