伽利略對自由落體運動的研究-課件

自由落體運動伽利略對自由落體運動的研究1.自由落體運動:(1)定義:物體只在_____作用下從_____開始下落的運動。重力靜止(2)物體做自由落體運動的條件:①只受_____作用。②_______等于0。(3)運動性質:初速度為0的___________運動。重力初速度勻加速直線2.自由落體加速度:(1)定義:在同一地點,一切物體自由下落的加速度都_____,這個加速度叫自由落體加速度,也叫_____加速度。(2)方向:_________。相同重力豎直向下(3)大小:在地球上其大小隨地理緯度的增加而_____,在赤道上_____,兩極處_____,一般計算中,常取g=_______或g=______。增大最小最大9.8m/s210m/s23.自由落體運動規(guī)律:(1)自由落體運動的實質:初速度v0=__,加速度a=__的___________運動。0勻加速直線gt2ghg4.伽利略對自由落體運動的研究:(1)伽利略的觀點:重物與輕物下落得_______。(2)猜想:自由落體運動一定是一種最簡單的變速運動,它的速度應該是相對時間_____變化的。(3)假設:落體運動的速度v與時間t成_____。同樣快均勻正比(4)實驗驗證:讓銅球沿阻力很小的斜面滾下,測出小球從不同起點滾動的______和____________。①斜面傾角一定時,小球做___________運動。②改變小球的質量,只要傾角一定,小球的加速度都是_____的。③增大斜面傾角,小球的加速度_____。位移x所用的時間t勻加速直線相同增大④將斜面傾角外推到θ=90°時的情況——小球自由下落,認為小球仍會做___________運動,從而得到了自由落體運動的規(guī)律。(5)科學方法:伽利略科學思想方法的核心是把_____和_________合理地結合起來。勻變速直線實驗邏輯推理主題一自由落體運動、自由落體加速度【問題探究】探究點1自由落體運動的特點(1)將一張紙片和一個金屬球同時在同一高度釋放,如圖甲。紙片和金屬球哪個先落地?為什么?提示:金屬球先落地,因為空氣阻力對紙片下落快慢的影響比對金屬球下落快慢的影響大。(2)將紙片揉成團和金屬球同時在同一高度釋放,如圖乙。紙團和金屬球哪個先落地?為什么?提示:紙團和金屬球幾乎同時落地,因為空氣阻力對二者下落快慢的影響差別不是很大。(3)將牛頓管(又叫毛錢管)管內空氣幾乎全部抽出后,管內放置形狀、質量不同的金屬片、雞毛,在管直立過來時,如圖丙。牛頓管內接近真空時,金屬片、雞毛哪一個先落地?為什么?提示:金屬片和雞毛同時落地,因為二者下落過程中不受空氣阻力的影響了。(4)結合上述實驗探究,考慮物體下落有什么規(guī)律?提示:沒有空氣阻力時,輕重不同的物體下落快慢都相同,即物體下落的快慢與物體重力的大小無關。探究點2自由落體加速度(1)重力加速度的大小與距地面的高度有關嗎?提示:重力加速度的大小與距地面的高度有關。(2)在地面上同一地點,隨高度的增加重力加速度如何變化?提示:在地面上同一地點,隨高度的增加,重力加速度減小。(3)在一定的高度內重力加速度的大小變化明顯嗎?提示:在一定的高度內,重力加速度的大小變化不明顯,可認為重力加速度的大小不變?！咎骄靠偨Y】1.對自由落體運動的理解:(1)物體下落過程的運動情況與物體質量無關。物體在空氣中下落的運動快慢不同是由于空氣阻力作用的影響不同。(2)自由落體運動是一種理想化的運動,實際物體在下落時只要受到的空氣阻力遠小于重力,即可忽略不計,可近似看成自由落體運動。(3)“自由”的含義是只受重力、初速度為零。(4)自由落體運動是人們由地面上方自由下落的物體抽象出來的一種理想化模型。它忽略了空氣阻力的影響,是一種初速度為零的勻加速直線運動,其原因是物體受到了重力作用。2.自由落體運動的特點:(1)物體下落的快慢與物體質量的大小無關。(2)不同物體從同一高度做自由落體運動,它們的運動情況是相同的。(3)在同一地點,不同物體做自由落體運動的加速度是相同的?！就卣寡由臁?.自由落體加速度的特點:(1)在同一地點,一切物體做自由落體運動的加速度都相同。(2)重力加速度隨距離地面高度的增加而減小。2.自由落體加速度的變化規(guī)律:(1)隨緯度的變化:在地球表面上,重力加速度隨緯度的增加而增大,在赤道處重力加速度最小,在兩極處重力加速度最大,但差別很小。(2)隨高度的變化:在地面上的同一地點,隨高度的增加重力加速度減小,在一定的高度內,可認為重力加速度的大小不變。在一般的計算中,可以取g=9.8m/s2或g=10m/s2。【典例示范】關于自由落體運動,下列說法正確的是(

)A.初速度為零、豎直向下的勻加速直線運動是自由落體運動B.僅在重力作用下的運動叫自由落體運動C.物體只在重力作用下從靜止開始下落的運動叫自由落體運動D.當空氣阻力的作用較小,可以忽略不計時,物體由靜止開始自由下落的運動可視為自由落體運動【解題指南】判斷物體是否做自由落體運動時應從定義進行判斷:(1)初速度為零。(2)物體只受重力?！窘馕觥窟xC、D。自由落體運動是物體只在重力作用下由靜止開始下落的運動,它的初速度為零。若空氣阻力比較小,可以忽略不計時,物體由靜止開始自由下落可視為自由落體運動。故正確答案為C、D?！疽?guī)律方法】自由落體運動的判斷方法(1)根據條件來判斷:物體做自由落體運動的條件是物體的初速度為零且物體只受重力作用(或物體除受重力外也受其他力,但其他力遠小于物體的重力,可以忽略),兩者缺一不可。(2)根據題目中一些暗示語言來判斷:有些題目直接給出諸如“物體由靜止開始自由下落”“忽略空氣阻力”或“空氣阻力遠小于重力”等提示語時,可將物體的下落看成自由落體運動?！咎骄坑柧殹?多選)關于重力加速度的下列說法中,正確的是(

)A.重力加速度g是標量,只有大小,沒有方向,通常計算中g取9.8m/s2B.在地球上不同的地方,g的大小不同,但它們相差不是很大C.在地球上同一地點,一切物體做自由落體運動的加速度都相同D.在地球上的同一地點,離地面高度越大,重力加速度g越小【解題指南】解答本題把握以下三點:(1)g與物體的質量無關。(2)在同一地點,重力加速度相同。(3)g隨緯度的增加而增大,隨高度的增加而減小。【解析】選B、C、D。自由落體加速度的大小和方向均與物體所處的地球表面的位置有關。重力加速度是矢量,方向豎直向下,與重力的方向相同。在地球表面,不同的地方,g的大小略有不同,但都在9.8m/s2左右,故A錯誤,B正確。在地球表面同一地點,g的值都相同,但隨著高度的增大,g的值逐漸減小,故C、D正確。主題二自由落體運動的規(guī)律及應用【問題探究】如圖所示,一個小金屬球從離地h高處由靜止釋放,小球下落一段時間落地。(1)小球的運動性質是什么?提示:小球做自由落體運動,是初速度為零的勻加速直線運動:v0=0,a=g。(2)怎樣確定小球的落地時間?提示:由位移公式:h=

gt2,則t=

。(3)怎樣確定小球的落地速度?提示:由速度—位移關系式:v2=2gh,則v=

?！咎骄靠偨Y】1.關于自由落體的幾個重要公式:自由落體運動是勻變速直線運動的特例,因此勻變速直線運動規(guī)律也適用于自由落體運動。只要將勻變速直線運動公式中的v0換成0,a換成g,x換成h,勻變速直線運動公式就變?yōu)樽杂陕潴w運動公式。2.關于自由落體運動的幾個比例關系式:(1)第1T末,第2T末,第3T末,…,第nT末速度之比v1∶v2∶v3∶…∶vn=1∶2∶3∶…∶n。(2)前1T內,前2T內,前3T內,…,前nT內的位移之比h1∶h2∶h3∶…∶hn=1∶4∶9∶…∶n2。(3)第1T內,第2T內,第3T內,…,第nT內的位移之比hⅠ∶hⅡ∶hⅢ∶…∶hN=1∶3∶5∶…∶(2n-1)。(4)通過第1個h,第2個h,第3個h,…第n個h所用時間之比t1∶t2∶t3∶…∶tn=3.重力加速度的測量方法:(1)利用自由落體運動測重力加速度。物體做自由落體運動的位移與時間的關系為h=

gt2,可見,只要測出做自由落體運動的物體在某段時間內的位移,就可由g=

求出該地的重力加速度。(2)利用打點計時器(或頻閃攝影法)測重力加速度。①方法:讓重物自由下落,通過打點計時器獲取打點紙帶(或頻閃照片)。②數(shù)據處理。以用打點計時器研究自由落體運動為例,對實驗得到的如圖所示的紙帶進行研究?？衫迷谝欢螘r間t內的平均速度等于這段時間中間時刻的瞬時速度,求出各計數(shù)點的速度,即

作出v-t圖象,圖象的斜率即為重力加速度?！就卣寡由臁?1)自由落體運動是勻變速直線運動的特例,分析勻變速直線運動的各種方法對于自由落體運動同樣適用。(2)若分析自由落體運動的中間一段過程,則該過程是初速度不為零的勻變速直線運動,v=v0+gt,h=v0t+

gt2?！镜淅痉丁繌碾x地面500m的空中自由落下一個小球,g取10m/s2,求小球:(1)落到地面所用的時間。(2)自開始下落計時,在第1s內的位移、最后1s內的位移?！窘馕觥坑蒱=500m和重力加速度,根據位移公式可直接算出落地所用時間,根據運動時間,可算出第1s內的位移。最后1s內的位移是下落總位移和前(n-1)s下落位移之差。(1)由h=

,得落地所用時間:

(2)第1s內的位移:因為從開始運動起前9s內的位移為

所以最后1s內的位移為Δh=h-h9=500m-405m=95m。答案:(1)10s

(2)5m

95m主題三伽利略對自由落體運動的研究【問題探究】1.伽利略對落體運動進行了怎樣的猜想?提示:猜想落體運動是一種最簡單的變速運動,速度應該均勻變化,速度可能與時間成正比,也可能是速度與位移成正比。2.伽利略在從猜想到進行實驗驗證的過程中,遇到了哪些困難?又是如何解決的?分析:困難之一:無法測量_________。解決方案:改測位移與_____的關系(從靜止開始做勻加速直線運動的物體x∝t2)。瞬時速度時間困難之二:沒有準確的計時工具,無法測定像自由落體這樣較短的_____。解決方案:設計了著名的__________。時間斜面實驗3.伽利略是如何進行實驗驗證的?提示:伽利略巧妙地應用斜面實驗及科學推理研究了自由落體運動的特點,(如圖所示)讓小球沿斜面滾下,減小加速度,延長運動時間,便于觀測?！咎骄靠偨Y】1.伽利略對自由落體運動的研究:(2)思想方法:實驗和邏輯推理相結合。2.伽利略的研究方法:(1)運用“歸謬法”否定了亞里士多德關于重的物體下落快、輕的物體下落慢的論斷。(2)提出自由落體運動是一種最簡單的變速運動——勻變速直線運動的假說?！就卣寡由臁抠だ缘拈g接驗證法(1)運用數(shù)學推導的方法得出初速度為零的勻變速直線運動,符合x∝t2。(2)①運用斜面實驗測出小球沿斜面向下的運動符合x∝t2,是勻變速直線運動。②不同質量的小球沿同一傾角的斜面運動,

的值不變,說明它