新教材2023年秋高中物理第2章勻變速直線運動的研究第4節(jié)自由落體運動學生用書無答案新人教版必修第一冊

第4節(jié)自由落體運動學習任務1．知道物體做自由落體運動的條件，知道自由落體運動是初速度為零的勻加速直線運動。2．會探究自由落體運動規(guī)律和測定自由落體運動的加速度，知道重力加速度的大小和方向。3．會運用自由落體運動的規(guī)律和特點解決有關問題。4．了解伽利略研究自由落體運動的科學方法和探究過程。自由落體運動1．亞里士多德的觀點：物體下落的快慢跟它的________有關，________的物體下落得快。2．伽利略的研究(1)歸謬：伽利略從____________的論斷出發(fā)，通過邏輯推理，否定了他的論斷。(2)猜想：重的物體與輕的物體應該下落得________快。3．自由落體運動(1)定義：物體只在________作用下從________開始下落的運動。(2)條件初速度(3)實際運動：物體下落時由于受____________的作用，物體的下落不是自由落體運動；只有當空氣阻力比較小，可以忽略時，物體的下落可以近似看作____________運動。觀察下列兩幅圖片，思考有關問題：問題1伽利略的“比薩斜塔實驗”：讓重的鐵球和輕的鐵球同時下落，結果發(fā)現(xiàn)了什么現(xiàn)象？問題2上述現(xiàn)象說明什么？問題3小球的運動性質是什么？問題4航天員在月球上的實驗：鐵球與羽毛同時由靜止釋放，同時落地。簡單解釋為什么。1．物體做自由落體運動的兩個條件(1)初速度為零；(2)除重力之外不受其他力的作用。2．自由落體運動是一種理想化模型(1)這種模型忽略了次要因素——空氣阻力，突出了主要因素——重力。實際上，物體下落時由于受空氣阻力的作用，并不做自由落體運動。(2)當空氣阻力遠小于重力時，物體由靜止開始的下落可看作自由落體運動。如在空氣中自由下落的石塊可看作自由落體運動，空氣中羽毛的下落不能看作自由落體運動。3．運動特點：初速度為零，加速度為重力加速度g的勻加速直線運動。是勻變速直線運動的特例?！镜淅?】(多選)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作自由落體運動C．物體只在重力作用下從靜止開始下落的運動叫作自由落體運動D．當空氣阻力可以忽略不計時，物體由靜止開始自由下落的運動可視為自由落體運動[聽課記錄][跟進訓練]1．關于自由落體運動，下列說法中正確的是()A．質量大的物體自由下落時的加速度大B．從水平飛行的飛機上釋放的物體將做自由落體運動C．雨滴下落的運動是自由落體運動D．從水龍頭上滴落的水滴的下落運動，可以近似看成自由落體運動自由落體加速度1．定義：在同一地點，一切物體自由下落的加速度都________，這個加速度叫作自由落體加速度，也叫作____________，通常用g表示。2．方向：總是________。3．大小：在地球上不同的地方，g的大小是不同的。一般的計算中，g取________m/s2，近似計算時，g取________m/s2。跳傘運動是指跳傘員乘飛機、氣球等航空器或其他器械升至高空后跳下，或者從陡峭的山頂、高地上跳下，并借助空氣動力和降落傘在張開降落傘之前和開傘后完成各種規(guī)定動作。跳傘過程主要包括離機、自由墜落、開傘、降落和著陸的一項體育運動。問題1兩質量不同的跳傘運動員，做自由落體運動的加速度一樣嗎？問題2重力加速度的方向如何確定？問題3在地球上的不同位置，自由落體加速度一定相同嗎？1．自由落體加速度——重力加速度產生原因由于地球上的物體受到地球的吸引而產生大小與物體質量無關，與所處于地球上的位置及距地面的高度有關，在一般的計算中，可以取g＝9.8m/s2或g＝10m/s2與緯度關系在地球表面上，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，但差別很小與高度關系在地面上的同一地點，隨高度的增加，重力加速度減小，在一般的高度內，可認為重力加速度的大小不變方向豎直向下，由于地球是一個球體，所以各處的重力加速度的方向是不同的2．兩點提醒(1)重力加速度的方向既不能說是“垂直向下”，也不能說是“指向地心”，只有在赤道或兩極時重力加速度的方向才指向地心。(2)物體在其他星球上也可以做自由落體運動，但不同天體表面的重力加速度不同?！镜淅?】(多選)關于重力加速度的說法正確的是()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值的大小不同，但它們相差不是很大C．在地球上同一地點，一切物體在自由落體運動中的加速度都相同D．在地球上的同一地方，離地面高度越大重力加速度g越小[聽課記錄][跟進訓練]2．關于重力加速度，以下說法正確的是()A．輕重不同的物體的重力加速度不同B．重力加速度表示自由下落的物體運動的快慢C．重力加速度表示自由下落的物體運動速度變化的大小D．重力加速度表示自由下落的物體運動速度變化的快慢自由落體運動規(guī)律的應用1．自由落體運動的性質：自由落體運動是初速度為0的____________運動。2．勻變速直線運動的基本公式及其推論都適用于________________。3．自由落體運動的速度、位移與時間的關系式：v＝________，x＝12gt2一位同學用兩個手指捏住直尺的頂端，你用一只手在直尺下方做握住直尺的準備，但手不能碰到直尺，記下這時手指在直尺上的位置。當看到那位同學放開直尺時，你立即捏住直尺。測出直尺降落的高度，就可以算出你做出反應所用的時間，如圖所示。問題1直尺運動的運動性質是什么？問題2測反應時間的原理是什么？問題3自由落體運動的運動時間由哪些因素決定？1．勻變速直線運動與自由落體運動的規(guī)律比較比較項目勻變速直線運動的一般規(guī)律自由落體運動規(guī)律速度公式v＝v0＋atv＝gt平均速度公式v＝vv＝v位移公式x＝v0t＋12atx＝12gt位移與速度的關系v2-vv2＝2gh推論Δx＝aT2Δx＝gT22．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＝1∶(2－1)∶(3-2)∶…∶(n【典例3】(一題多法)小敏在學過自由落體運動規(guī)律后，對自家房上下落的雨滴產生了興趣，她坐在窗前發(fā)現(xiàn)從屋檐每隔相等時間滴下一滴水，當第5滴正欲滴下時，第1滴剛好落到地面，而第3滴與第2滴分別位于高1m的窗子的上、下沿。小敏同學在自己的作業(yè)本上畫出了如圖所示的雨滴下落同自家房子的關系，其中2點和3點之間的小矩形表示小敏正對的窗子(g取10m/s2)，求：(1)滴水的時間間隔；(2)此屋檐離地面多高。[聽課記錄]應用自由落體規(guī)律應注意兩點(1)自由落體運動是一種特殊的勻變速直線運動，故勻變速直線運動的基本公式、推論對于自由落體運動都是適用的，但加速度為重力加速度g。(2)應用自由落體運動的規(guī)律時，應先確定研究對象，選定研究過程，明確物體的運動情況，結合自由落體運動規(guī)律進行求解。[跟進訓練]3．(多選)物體從離地面高45m處做自由落體運動(g取10m/s2)，則下列說法中正確的是()A．物體運動3s后落地B．物體落地時的速度大小為30m/sC．物體在落地前最后1s內的位移大小為15mD．物體在整個下落過程中的平均速度大小為20m/s4．(2022·黑龍江省大慶市大慶中學高一檢測)一物體自某高度靜止釋放，忽略空氣阻力，落地之前瞬間的速度為v。在運動過程中()A．物體在前一半時間和后一半時間發(fā)生的位移之比為1∶2B．物體在位移中點的速度等于12C．物體通過前一半位移和后半位移所用時間之比為1∶(2－1)D．物體在中間時刻的速度等于22自由落體運動的實驗探究1．實驗儀器——打點計時器(1)按如圖所示連接好實驗裝置，讓重錘做____________運動，與重錘相連的紙帶上便會被____________打出一系列點跡。(2)對紙帶上計數點間的距離h進行測量，利用hn－h(huán)n－1＝gT2求出重力加速度的大小。2．實驗步驟(1)把打點計時器豎直固定在鐵架臺上，連接好電源。(2)把紙帶穿過兩個限位孔，下端通過鐵夾將重物和紙帶連接起來，讓重物________打點計時器。(3)用手捏住紙帶上端，把紙帶拉成豎直狀態(tài)，先________電源，再松開紙帶讓重物自由下落，打點計時器在紙帶上打下一系列的點。(4)重復幾次，選取一條點跡清晰的紙帶分析。1．數據處理方法(1)逐差法雖然用a＝ΔxT2可以根據紙帶求加速度，但只利用一個利用“逐差法”求加速度，若為偶數段，假設為6段，則a1＝x4-x13T2，a2＝x5-x23T2，a3＝x6-x33T2，然后取平均值，即a＝a1+a2+a3(2)v-t圖像法根據紙帶，求出各時刻的瞬時速度，作出v-t圖像，求出該v-t圖像的斜率k，則k＝a.這種方法的優(yōu)點是可以舍掉一些偶然誤差較大的測量值，有效地減少偶然誤差。2．注意事項(1)應選用質量和密度較大的重物。增大重物的重力可使阻力的影響相對減小。(2)打點計時器應豎直放置，以減小阻力。(3)重物應從靠近打點計時器處釋放，要先接通打點計時器的電源，再釋放紙帶?！镜淅?】(2022·西寧實驗中學高一檢測)某同學用如圖所示的裝置測定重力加速度：(1)電火花計時器的工作電壓為________，頻率為________。(2)打出的紙帶如圖所示，實驗時紙帶的______(選填“甲”或“乙”)端應和重物相連接。(3)紙帶上1至9各點為計時點，由紙帶所示數據可算出實驗時的加速度為________m/s2。(4)當地的重力加速度數值為9.8m/s2，請列出測量值與當地重力加速度的值有差異的一個原因___________________________________________________________________________________________________________________________。[聽課記錄][跟進訓練]5．某同學用如圖甲所示裝置測量自由落體加速度g，得到如圖乙所示的一段紙帶，他每兩個點取一個計數點(已知交流電頻率為50Hz)，測得AB＝7.65cm，BC＝9.17cm。則打B點時重物的瞬時速度為________m/s，測得的自由落體加速度g＝________m/s2，它比真實值偏________(選填“大”或“小”)。(結果均保