高中物理人教版 (2019)必修 第一册第二章 匀变速直线运动的研究4 自由落体运动课文配套ppt课件

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基础落实·必备知识全过关
重难探究·能力素养全提升
学以致用·随堂检测全达标
一、自由落体运动1.定义:物体只在　　　　作用下从　　　　开始下落的运动。   　　　 两个条件必须同时满足3.实际落体运动的处理(1)一般情况下,物体下落时所受　 　　　不能忽略,物体由静止下落的运动不能看成自由落体运动; (2)当　　 　　可以忽略时,物体由静止下落的运动可以近似看成_______　　　　运动。 
二、自由落体加速度1.定义:在同一地点,一切物体自由下落的加速度都　　　,这个加速度叫作自由落体加速度,也叫　　　 　,符号为　　。 　　　 与重力同向 2.方向:总是　　　 　。 3.重力加速度与地球纬度的关系 两极大,赤道小(1)地球上越靠近赤道的地方重力加速度　 　,越靠近两极的地方重力加速度　 　。 (2)一般的计算中,g取　　 m/s2或　　 m/s2。  
三、自由落体运动的规律1.规律:初速度v0=　　　、加速度a=　　　的　 　　　　运动。 2.基本公式: 可看成匀加速直线运动公式的特例(1)速度与时间关系式v=　　　　　。  (2)位移与时间关系式x=　　　　　　。  (3)位移与速度关系式v2=　　　　　　。  
情境链接 人类成功登月后,航天员在月球表面做了一个实验,从相同高度同时释放一片羽毛和一柄锤子,结果两者同时着地。这一实验现象证明了什么?
提示 在没有空气阻力的条件下,物体下落的快慢与轻重无关。
教材拓展 阅读教材P47,回顾伽利略研究落体运动的过程,他创造了一套对近代科学发展极为有益的科学方法,这种方法的核心是什么?
提示 推理与实验相结合。
易错辨析(1)物体从静止开始下落的运动就是自由落体运动。(　　)(2)物体在真空中一定做自由落体运动。(　　)(3)做自由落体运动的物体在1 s内速度增加约9.8 m/s。(　　)(4)在同一地点,轻重不同的物体的g值一样大。(　　)(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。(　　)
自由落体运动必须同时满足从静止开始、只受重力作用两个条件。
如果物体在真空中运动的初速度不为零或运动中除受重力外还受其他力作用,物体在真空中的运动就不是自由落体运动。
探究点一　对自由落体运动的理解
羽毛和硬币下落得一样快吗?(1)如图所示,把羽毛与硬币放入有空气的玻璃管中,将玻璃管倒立过来,观察羽毛和硬币下落的快慢。观察结果是　　　　　　　　　　　　。 
(2)抽去玻璃管内的部分空气,再将玻璃管倒立过来,观察羽毛和硬币下落的快慢。观察结果是　　　　　　　　　　。 (3)继续抽去玻璃管内的空气,使其逐渐接近真空,再将玻璃管倒立过来,观察羽毛和硬币下落的快慢。观察结果是　　　　　　 　　。 (4)根据这个实验,你得到的结论是 　　 　　　　　　。
羽毛比硬币下落稍慢。
羽毛与硬币几乎以相同的速度下落,且几乎同时到达玻璃管的底端。
在忽略空气阻力的情况下,尽管羽毛与硬币的质量不同,但下落的快慢相同。
1.自由落体运动的理解
2.自由落体加速度——重力加速度
特别提示　物体在其他星球上也可以做自由落体运动,但同一物体在不同的星球上所受重力一般不同,所以下落时的加速度一般不同。
【例1】 (多选)下列关于自由落体运动的说法正确的是(　　)A.物体从静止开始下落的运动叫自由落体运动B.物体只在重力作用下从静止开始下落的运动叫作自由落体运动C.从静止开始下落的小钢球,因受空气阻力作用,不能看成自由落体运动D.从静止开始下落的小钢球,所受空气阻力对其运动的影响很小,可以忽略,可以看成自由落体运动
解析 物体做自由落体运动的条件是初速度为零,除重力之外不受其他力的作用,所以A错误,B正确;在实际中,物体由静止开始下落时,当空气阻力远小于重力时,物体的下落才能看作自由落体运动,所以C错误,D正确。
方法技巧　对自由落体运动条件的理解(1)自由落体运动的两个条件,一是初速度v0=0,二是仅受重力作用,二者缺一不可。(2)物体仅在重力作用下的运动,或者物体从静止开始下落的运动都不一定是自由落体运动。
对点演练1.关于自由落体运动,下列说法正确的是(　　)A.做自由落体运动的物体不受任何外力B.加速度a=9.8 m/s2的运动一定是自由落体运动C.自由落体运动是初速度为零的匀加速运动D.做自由落体运动的物体,质量越大,下落得越快
解析 做自由落体运动的物体受重力作用,选项A错误;物体只在重力作用下运动的加速度均为9.8 m/s2,但加速度为a=9.8 m/s2的运动不一定是自由落体运动,选项B错误;自由落体运动是初速度为零的匀加速运动,选项C正确;做自由落体运动的物体加速度是恒定不变的,与物体的质量无关,选项D错误。
探究点二　自由落体运动的规律
如图所示,漫画中的人用石块估测水井的深度。你认为有道理吗?为什么?
要点提示 有道理,因为空气阻力在石块下落的过程中对石块的影响很小,所以在忽略空气阻力的情况下,石块做自由落体运动,2 s下落的距离h= gt2=20m,忽略声音传播的时间,则井深约为20 m。
1.自由落体运动的基本公式匀变速直线运动规律 自由落体运动规律
2.匀变速直线运动的一切推论和公式,如速度位移公式、平均速度公式、位移差公式、初速度为零的匀变速直线运动的比例式等,都适用于自由落体运动。特别提示　若分析自由落体运动过程中的中间一段,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=v0+gt、x=v0t+ gt2。
【例2】 有一条竖直悬挂起来的长为4.2 m的细杆AB,在杆的正下方离B端0.8 m的地方有一个水平放置的圆环C,若让杆自由下落,g取10 m/s2。求:
(1)从杆下落开始,上端A和下端B分别到达圆环所经历的时间;(2)AB杆通过圆环所用的时间。
解析 (1)杆做自由落体运动,杆的B端到达圆环的时间为tB,则将hB=0.8 m代入求得tB=0.4 s杆的A点到达圆环的时间为tA,则将hA=5.0 m代入求得tA=1.0 s。(2)杆通过圆环所用的时间t=tA-tB=0.6 s。答案 (1)1.0 s　0.4 s　(2)0.6 s
方法技巧　竖直下落的杆过“环”或过“窗”问题的解答思路在遇到竖直下落的杆过“环”或过“窗”的问题时,求过“环”或过“窗”的速度、时间,要抓住两个要点:一是抓住杆状物的首尾两个端点,看题中用的是哪个端点;二是画出整个过程的情景图,找对空间关系。
对点演练2.如图所示,悬挂的直杆AB长为a,在B端下方距离为h处,有一长为b的无底圆筒CD,若将悬线剪断。求:(1)直杆下端B穿过圆筒的时间;(2)整个直杆AB穿过圆筒的时间。
探究点三　自由落体加速度的测量
如图是小球做自由落体运动的频闪照片,每隔0.04 s闪光一次。请根据照片提供的信息思考下列问题:(1)任意两个连续相等的时间里,小球下落的位移之差是否近似相同?(2)用什么方法可以求出小球做自由落体运动的加速度?
要点提示 (1)通过图像所给数据,计算后可以看出在任意两个连续相等的时间里,小球下落的位移之差近似相同;(2)根据位移差公式Δx=aT2可以求出小球做自由落体运动的加速度。
测量重力加速度的方法1.打点计时器法(1)利用如图所示装置,让物体自由下落打出点迹清晰的纸带。
(2)对纸带上计数点间的距离x进行测量,利用 ,求出重力加速度。
2.频闪照相法频闪照相机可以间隔相等的时间拍摄一次,利用频闪照相机可追踪记录做自由落体运动的物体在各个时刻的位置,根据匀变速直线运动的推论特别提示　(1)用打点计时器测出的重力加速度可能比实际值偏小,因为重物在带动纸带通过计时器下落时要受阻力作用。(2)频闪照相法测重力加速度实验中,照片上的距离不是实际距离,应将其还原成小球下落的实际距离(或在照相时在物体旁放一标尺)。
3.图像法通过分析打点计时器打出的纸带,或频闪相机拍出的照片,求出各点的瞬时速度,作出v-t图像,v-t图像是一条过原点的倾斜直线,斜率表示加速度,从而求得重力加速度g。4.滴水法
(1)如图所示,让水滴自水龙头滴下,在水龙头正下方放一个盘,调节水龙头,让水一滴一滴地滴下,并调节到使第一滴水碰到盘的瞬间,第二滴水正好从水龙头口开始下落,并且能依次持续下去;
(2)用刻度尺测出水龙头口距盘面的高度h;(3)测出每滴水下落的时间T。其方法是:当听到某一滴水滴落在盘上的同时,开启停表开始计时,之后每落下一滴水到盘上依次数1、2、3…,当数到n时按下停表停止计时,则每一滴水滴下落的时间为
【例3】 某研究性学习小组用图示装置测定当地的重力加速度,主要操作如下:①安装实验器材,调节铁夹(小铁球)、光电门和纸杯在同一竖直线上;②打开铁夹,由静止释放小铁球,用数字计时器记录小铁球在两个光电门间的运动时间t,并用刻度尺
(图上未画出)测量出两个光电门之间的高度h,计算出小铁球通过两光电门间的平均速度v;③保持光电门1的位置不变,改变光电门2的位置,重复②的操作。测出多组(h,t),计算出对应的平均速度v;④画出v-t图像。
请根据实验,回答下列问题:(1)设小铁球到达光电门1时的速度为v1,当地的重力加速度为g。则小铁球通过两光电门间的平均速度v的表达式为　　 　　。(用v1、g和t表示) (2)实验测得的数据见下表:
请在坐标纸上画出v-t图像。
(3)根据v-t图像,可以求得当地重力加速度g=　　　 m/s2。(结果保留两位有效数字) 
解析 (1)小铁球在光电门2处的速度为v2=v1+gt根据匀变速直线运动平均速度公式有
(2)根据描点法可得v-t图像如图所示。
方法技巧　根据实验求重力加速度的思路(1)应用公式求解①利用相邻相等时间间隔内的位移差相等,且为一定值,即Δh=gT2,则②由位移公式h= gt2求得。③利用速度公式v=gt求得。(2)应用图像求解利用多次求得的瞬时速度,画出v-t图像,根据图线的斜率求得g。
对点演练3.某实验小组用图甲所示的装置测自由落体运动的加速度。其操作步骤如下:
A.按照图甲的装置安装实验器材B.将打点计时器接到学生电源的“直流输出”上C.先释放纸带,之后闭合开关接通电源,打出一条纸带
D.重复步骤C几次,从打出的纸带中选取较理想的一条如图乙所示,测出纸带上一些连续点间的距离为xAB=5.8 mm,xBC=9.7 mm,xCD=13.6 mm, xDE=17.5 mmE.根据测量的数据算出重力加速度(1)以上步骤中有错误,请指出其错误步骤并改正:　 。 (2)分析纸带可以得到B点速度为　　　 m/s,当地重力加速度为　　　　 m/s2(结果均保留三位有效数字)。用这种方法测出的重力加速度总比实际值偏小,其原因是　  　。 
B中应将“直流”改为“交流”,C中应先接通电源,后释放纸带　
1.(自由落体运动的理解)下列关于物体下落的说法正确的是(　　)A.在同一地点,一切物体自由下落的加速度都相同B.重力的方向垂直向下,在不同地方重力加速度大小相等C.自由下落的枫叶与雪花的运动状态一定相同D.一块石头比一片树叶落得快是因为石头质量更大
解析 在同一地点,一切物体自由下落的加速度都相同,A正确;重力的方向竖直向下,在不同地方重力加速度大小不相等,B错误;在不受空气阻力的情况下,自由下落的枫叶与雪花的运动状态才能相同,故C错误;一块石头比一片树叶落得快是因为石头在受重力和空气阻力的作用下产生的加速度大,在不受空气阻力的情况下,一块石头和一片树叶下落得一样快,所以物体下落的快慢与物体质量大小无关,故D错误。
2.(自由落体运动的规律)频闪摄影的照片常用于研究变速运动,在暗室中,照相机的快门处于常开状态,频闪仪每隔时间T发出一次短暂的强烈闪光,照亮运动的物体,胶片上就会记录下物体在几个闪光时刻的位置,如图为小球某次自由下落时的频闪照片,下列说法正确的是(　　)A.在相同的时间内,小球下落的高度相同B.在相同的时间内,小球速度变化相同C.小球的速度大小与下降高度成正比D.小球的下降高度与时间成正比
解析 小球自由下落,相同时间内,小球下落高度逐渐变大,A错误;根据Δv=gt可知,相同的时间内,小球速度变化相同,B正确;根据v2=2gh可知,小球速度的二次方与下降高度成正比,C错误;根据h= gt2可知,小球的下降高度与时间的二次方成正比,D错误。
3.(自由落体运动的规律)悬崖跳水中,运动员从离水面H高处自由下落至水面所用时间为t,则当下落时间为 t时,运动员离水面的高度为(不计空气阻力)(　　)
4.(自由落体加速度的测量)如图所示,某同学调整自来水管的阀门,当第2滴水正欲滴下时,第1滴水刚好到达地面,此后每隔相同的时间间隔滴下一滴水,水下落的高度为H,测出从第1滴水开始下落到第2滴水落地所用的时间为t,则当地重力加速度大小为(　　)