2021学年5 自由落体运动图文ppt课件

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　　课前导航　　雨滴、飘落的树叶、失手掉落的物体等，都是落体．大家由经验知道，若树叶和砖头从相同的高度同时落下，砖头会先到达地面，这类事件不免让人们认为重量越大的物体下落越快．　　但是，科学之所以为科学，在于它并不满足于经验．把硬币和羽毛放在一根玻璃管的底部，并抽去管里的空气，然后把它倒竖起来，你会看到它们同时到达管的另一端，而并
非物体越重下落得越快．美国阿波罗飞船登上几乎没有大气的月球后，宇航员特地做了使羽毛和重锤从同一高度同时下落的实验，无数观众从电视机屏幕上看到，它们并排下降，且同时落到月球表面．　　请你思考：　　1．物体只在重力作用下下落的快慢与其重力有关系吗？　　2．空气阻力对重的物体与轻的物体下落造成的影响有何不同？　　
　　知识精析　　一、探究自由落体运　动及其加速度　　1.理想模型：自由落体运动是一种理想化模型，只有当自由下落物体所受空气阻力可以忽略时才可看做自由落体．　　2．产生条件：v0＝0，a＝g.　　3．相关图象　　(1)v－t图象：因为v＝gt，所以是一条过原点的倾斜直线；斜率表示加速度，面积表示位移，如图10－1所示．　　　　　　　　　　　　图10－1
　　(2)x－t图象：因为x＝gt2，所以是一条抛物线，斜率表示该时刻的速度，如图10－2所示．　　　　图10－2　　4．加速度　　(1)在同一地点，所有做自由落体运动的物体的加速度相同，均为g.　　(2)任意时间内速度变化量Δv＝gt，方向竖直向下．
　 二、重力加速度的测量　　1．用频闪照相研究自由落体运动　　频闪照相机可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时刻的位置．利用照片，可以研究自由落体是否为匀变速运动(Δx是否为恒量)，可以测量重力加速度(若T已知，利用Δx＝gT2求解)，可以测量物体在某一位置的瞬时速度　　2．应用电磁打点计时器或电火花计时器，研究自由落体运动，通过对纸带的分析和计算，测得当地的重力加速度值，这是测定重力加速度的一种方法．
　　三、探讨伽利略的科学方法　　1．伽利略第一次把实验和逻辑推理(包括数学推演)和谐地结合了起来，打开了近代科学的大门，从前的学者只注重思辨不重视实验．尊重事实，敢于质疑权威是创新的必备素质．伽利略把自己的科学方法付诸应用，成功地解决了自由落体运动的运动性质问题，其中有观察，有猜想，有实验，有逻辑(包括数学推演)．他的研究方法为后人所采用，创造了科学的奇迹．
　　2．伽利略的研究方法　　从教材内容我们能感受到伽利略敢于向旧观念挑战的精神、高超的推理能力、运用数学工具的能力和利用实验不断探索的精神．　　(1)伽利略运用“归谬法”否定了亚里士多德关于重的物体下落快、轻的物体下落慢的论断．　　(2)伽利略有克服困难的勇气．当时只有“快慢”之分，而他竟然在没有“速度”概念的条件下，想到速度的均匀增加，并建立速度的概念，再继续研究加速度．　　(3)伽利略提出自由落体运动是一种最简单的变速运动——匀变速运动的假说．(并考虑到是相对时间，还是相对位移均匀变化的问题)　　(4)伽利略用间接验证的方法得出自由落体运动是匀变速运动．
　　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理想斜面实验　　a．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．　　b．不同质量的小球沿同一倾角的斜面运动，的值不变，说明它们运动的情况相同．　　c．不断增大斜面倾角，得出的值随之增大，说明小球做匀变速直线运动的加速度随倾角的增大而增大．　　d．伽利略将斜面实验结果外推到斜面倾角增大到90°的情况——小球自由下落，认为小球仍会保持匀变速直线运动的性质．
　　③自由落体太快，当时用滴水计时无法解决，他想到利用斜面上物体的运动来“冲淡”重力．　　伽利略对自由落体运动的研究，创造了研究自然规律的科学方法——抽象思维、数学推导和科学实验相结合．这种方法到现在仍然一直是物理学乃至整个自然科学最基本的研究方法，不但标志着物理学的真正开端，也有力地推进了人类科学认识的发展，近代科学研究的大门从此打开．　　3．伽利略对自由落体运动的研究给我们的启示　　(1)要善于观察，勤于思考，勇于发现问题和提出问题．　　(2)要合理地进行猜想与假设．　　(3)要科学地制定实验计划．
　　方法指导　　一、自由落体运动规律的应用　　例1 从离地500 m的空中由静止开始自由落下一个小球，取g＝10 m/s2，求：　　(1)小球经过多少时间落到地面．　　(2)从开始落下的时刻起，小球在第1 s内的位移和最后1 s内的位移．　　(3)小球落下一半时间的位移．　　解析 由h＝500 m和运动时间，根据位移公式可直接算出落地时间、第1 s内位移和落下一半时间的位移．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．
　　(3)落下一半时间即t′＝5 s，其位移为：　　　答案 (1)10 s　(2)5 m　95 m　(3)125 m　　点评 　匀变速直线运动规律公式较多，解题时要注意灵活应用，如对某段时间内的位移，可用总时间内的位移与前段时间内位移的差表示．
　　变式训练1　　一质点从h高处自由下落，经过最后196 m所用的时间是4 s，若空气阻力不计，求物体下落的总时间t和下落的总高度h.(取g＝9.8 m/s2)　　答案 7 s　240.1 m　　二、分阶段处理落体运动问题　　例2 从160 m高空静止的气球上自由落下一物体，此物体下落2 s后张开降落伞匀速下落，问物体共经历多长时间落到地面？(取g＝10 m/s2)　　解析 先求出自由落体运动阶段的末速度及下落的高度，再根据匀速运动阶段的速度及下落高度求出运动时间，最后将两段时间加起来即为总的运动时间．
　　前2 s内物体做自由落体运动，这段时间内的位移x1和末速度v1分别为：　　　　v1＝gt1＝10 m/s2×2 s＝20 m/s　　以后做匀速直线运动，由x＝vt知，所用时间为：　　　　所用总时间t＝t1＋t2＝2 s＋7 s＝9 s.　　答案 9 s
　变式训练2　　从160 m高空静止的气球上自由落下一物体，此物体下落2 s后张开降落伞匀减速下落，且到达地面时物体速度恰好为零．　　(1)求物体共经历多长时间落到地面．　　(2)作出v－t图象，并在图中指明已知量．　　解析 　　
　　(1)前2 s内物体仍做自由落体运动，以后物体做匀减速直线运动，则x2=v1t2，解得t2=14 s　　总时间t=t1+t2=16 s.　　(2)已知三角形的面积x=160，三角形的高v=2×10 m/s=20 m/s，所以三角形的底边t=16 s.　　答案 (1)16 s　(2)见解析图