2.4 自由落体运动(教学课件)(共46张PPT)-高中物理人教版(2019)必修第一册

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2.4 自由落体运动(教学课件)(共46张PPT)-高中物理人教版(2019)必修第一册

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(共46张PPT)
4. 自由落体运动
人教版(2019)物理(必修第一册)
第二章 匀变速直线运动的研究
目录
素养目标
01
课程导入
02
新课讲解
03
总结归纳
04
课堂练习
05
正确教育
素养目标
1.理解自由落体运动的定义和特征,掌握重力加速度的概念及其在不同地点的差异
2.通过伽利略的逻辑推理和实验验证,培养运用逻辑分析和实验证据推翻错误观点的能力
3.能够设计并实施自由落体运动实验,通过数据分析验证自由落体运动的规律和重力加速度的测量方法
4.认识到科学探究需要严谨的实验设计和数据分析,培养尊重事实、勇于质疑的科学精神
站在高层建筑物上,让轻重不同的两个物体从同一高度同时落下,你认为哪个下落得快?
平常人们观察到的事实是,一块石头比一片树叶落得快些……亚里士多德认为物体下落的快慢跟它的轻重有关,重的物体下落得快。他的这一论断符合人们的常识,以至于其后两千年的时间里,大家都奉为经典。
正确教育
自由落体运动
代表人物
代表观点
研究方法
亚里士多德
伽利略
重的物体比轻的物体下落得快
重轻物体下落得一样快
平常观察法
逻辑推理法
伽利略通过逻辑推理认为亚里士多德“重的物体下落快”的论断,会推出矛盾的结论。
假设重的物体下落快
v1=4
结论:重的物体反而下落得慢了
矛盾
v2=8
v3<8
那么是什么因素影响物体下落的快慢呢?
重量大的硬币和轻薄纸片谁下落得快
相同的两张纸,将一张纸捏成纸团后,同一高度同时释放,谁下落得快?
重量大的硬币,下落得快
纸团下落得快
空气阻力影响下落快慢
如果没有空气阻力只在重力作用下呢?
轻重不同的物体下落快慢的研究(牛顿管实验)
(1)实验器材:牛顿管(一个两端封闭的玻璃管,其中一端有一个开关,玻璃管可以与外界相通)、真空泵、质量不相同的铁片和羽毛等。
甲:有空气 乙:真空
④把牛顿管里的空气几乎全部抽出,重复步骤③,观察物体下落的情况。
(2)实验步骤
①在有空气阻力时,把质量不相同的铁片和羽毛放到玻璃管中;
②把玻璃管竖直放置,让铁片和羽毛从玻璃管上方同时开始下落,观察物体下落的情况;
③启动真空泵,把牛顿管里的空气抽出一些,把玻璃管竖直放置,让铁片和羽毛从玻璃管上方同时开始下落,观察物体下落的情况;
视频演示:牛顿管实验
结论:
(1)当玻璃管内有空气时,纸片比铁片下落___得多。
(2)抽去玻璃管内部分空气,纸片比铁片下落得还是___,但落地时间相差_____。
(3)继续抽取玻璃管内的空气,使其接近真空,纸片与铁片下落的快慢_________。
变小
几乎一样


1.定义:物体只有在重力作用下从静止开始下落的运动,叫作 自由落体运动。
2.条件:①只受重力作用;②从静止开始
3.如果实际问题中,空气阻力与其重力相比很小,可以忽略,则物体的下落也可近似看作自由落体运动。
自由落体运动
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的运动叫作自由落体运动
C.从静止开始下落的钢球,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
D
打点计时器、纸带、复写纸、带铁夹的铁架台、几个质量不同的重物、夹子、交流电源、毫米刻度尺.
纸带在重物的作用下自由下落,根据打出的纸带上的点迹,分析重物的运动规律
实验原理
实验:研究自由落体运动的规律
纸带
夹子
重物
实验装置
(1)将计时器竖直固定在铁架台上
(2)竖直提起纸带,使重物靠近计时器下端
(3)先打开打点计时器,再松开纸带
(4)关闭电源,取下纸带
(5)更换重物,重复几次上面的实验,选取一条点迹清晰的纸带处理
实验步骤
数据处理
自由落体运动的运动性质:
初速度为 0 的匀加速直线运动
X1 = 5.8-1.9 = 3.9mm
X2 = 9.6-5.8 = 3.8mm
X3 = 13.4-9.6 = 3.8mm
X4 = 17.3-13.4 = 3.9mm
在实验误差的范围内, X近似相等!
X1
X4
X4
X4
X4
X1
X4
X1
X2
X3
X4
X5
数据处理
0 0.04
0.5
t/s
v/(m·s-1)
1.5
2.0
1.0
0.12
0.16
0.20
0.24
2.5
v-t 图像为一条倾斜的直线,所以自由有落体运动是匀变速直线运动。
根据 v-t 图像的斜率求加速度,即加速度等于9.81 m/s2
0.08
②加速度恒定(约为9.8 m/s2,与物体的质量无关)。
①自由落体运动是初速度为零的匀加速直线运动。
实验结论
用如图甲的装置研究自由落体运动规律。已知打点计时器的工作频率为50 Hz。
(1)部分实验步骤如下:
A.打点完毕,关闭电源,取出纸带
B.把打点计时器固定在夹板上,让纸带穿过限位孔
C.启动电源,待打点计时器工作稳定后放开重物
D.使重物停靠在打点计时器附近,重物与纸带相连
上述实验步骤的正确顺序是________。
经典例题
BDCA
先安装实验器材,后穿纸带,再连接重物,启动电源后释放纸带,打点完毕后关闭电源,取出纸带,并选择纸带进行数据处理,整理好实验器材。所以上述实验步骤的正确顺序是BDCA。
(2)图乙中标出的A、B、C、D、E中相邻两个计数点之间还有4个点未画出,则计数点C对应的瞬时速度大小为vC=_____ m/s(计算结果保留三位有效数字)。
2.18
打点计时器的工作频率为50 Hz,每隔0.02 s打一次点,每相邻两计数点之间还有4个计时点未画出,故T=0.1 s,在匀变速直线运动中,平均速度大小等于中间时刻的瞬时速度大小,有
(3)根据实验记录的数据计算重物的加速度大小g=_____ m/s2(计算结果保留三位有效数字)。
9.73
根据逐差法,可求出加速度为
正确教育
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相同,这个加速度叫自由落体加速度,也叫作重力加速度。通常用g表示。
地点 纬度 重力加速度
赤道 0° 9.780
广州 23°06' 9.788
武汉 30°33' 9.794
上海 31°12' 9.794
东京 35°43' 9.798
北京 39°56' 9.801
纽约 40°40' 9.803
莫斯科 55°45' 9.816
北极 90° 9.832
你能从表中发现什么规律吗?
2.方向:竖直向下
自由落体加速度
地点 纬度 重力加速度
赤道 0° 9.780
广州 23°06' 9.788
武汉 30°33' 9.794
上海 31°12' 9.794
东京 35°43' 9.798
北京 39°56' 9.801
纽约 40°40' 9.803
莫斯科 55°45' 9.816
北极 90° 9.832
(1)地球上不同地方重力加速度的值大小不一样,赤道处重力加速度g值较小,南北极重力加速度g值较大。
(2)一般取值g = 9.8 m/s2,有时有特别说明g = 10 m/s2。
3.重力加速度的不同
例 从空中某处相隔1秒先后让两个小球作自由落体运动,则在空中下落过程中,以下说法正确的是(  )
A.两球间的距离保持不变
B.两球间的距离逐渐增大
C.两球速度之差保持不变
D.两球速度之差逐渐增大
BC
视频演示:用手机测自由落体加速度
自由落体运动是初速度为零的匀加速直线运动,所以匀变速直线运动公式也适用于自由落体运动。
v0=0
a = g
x = h
从离地面500 m的空中自由落下一个小球,取g=10 m/s2,不计空气阻力,求:
(1)小球落到地面所用的时间及落地时的速度大小;
经典例题
10 s 100 m/s
由速度与时间的关系式得v=gt=100 m/s
(2)小球自开始下落计时,在第1 s内的位移大小、最后1 s内的位移大小。
答案 5 m 95 m
=500 m-5×81 m=95 m。
伽利略对自由落体运动的研究
佛罗伦萨伽利略博物馆里收藏装置
伽利略对自由落体运动规律的研究
方案设计
困难一:速度无法直接测量
突破:间接验证
困难二:落体运动时间太快,无法准确测量
突破:利用斜面“冲淡”重力,使其加速度减小
质量不同的小球沿同一斜面下落,加速度相同
>增大斜面倾角,加速度变大
>倾角很大,接近落体运动
>倾角900,就是自由落体运动
做自由落体运动的物体加速度相同
伽利略的研究方法
对现象的一般观察
提出假设
运用逻辑得出结论
推广
实验验证
修正
自由落体运动
定义
自由落体运动
条件
自由落体运动的公式
大小
方向
①只受重力作用;②从静止开始
物体只有在重力作用下从静止开始下落的运动
重力加速度
g=9.8m/s2,不同纬度大小不同,两极最大
竖直向下
(多选)关于自由落体运动,下列说法正确的是( )
A.初速度为零、竖直向下的匀加速直线运动是自由落体运动
B.仅在重力作用下的运动叫自由落体运动
C.物体只在重力作用下从静止开始下落的运动叫自由落体运动
D.当空气阻力的作用较小,可以忽略不计时,物体由静止开始自由下落的运动可视为自由落体运动
CD
答案:CD
解析:自由落体运动是物体只在重力作用下由静止开始下落的运动,它的初速度为零。若空气阻力比较小,可以忽略不计时,物体由静止开始自由下落可视为自由落体运动。故正确答案为C、D
一个物体从 h 高处自由下落(空气阻力不计),所用的时间是3 s,( g 取10 m/s2)
(1)求物体下落的高度h
(2)落地时速度的大小
(3)物体下落最后1 s内的位移
【答案】(1)45m(2)30 m/s(3)25 m
【详解】(1)由题意可知,物体做自由落体运动,所以物体下落高度为
(2)落地时速度为v=gt=10×3=30 m/s
(3)前2s内的位移为 ,所以最后1s内的位移为x=h-h′=45-20=25m
(多选)关于重力加速度的下列说法中正确的是( )
A.重力加速度g是标量,只有大小,没有方向,通常计算中g取9.8m/s2
B.在地球上不同的地方,g的大小不同,但它们相差不是很大
C.在地球上同一地点同一高度,一切物体在自由落体运动中的加速度都相同
D.在地球上的同一地方,离地面高度越大,重力加速度g越小
BCD
答案:BCD
解析:重力加速度是矢量,方向竖直向下,与重力的方向相同。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错误、B正确;在地球表面同一地点同一高度,g的值都相同,但随着高度的增大,g的值逐渐减小,故C、D正确
关于伽利略对自由落体运动的研究,说法不正确的是(  )
A.在同一地点,重的物体和轻的物体下落一样快
B.伽利略猜想运动速度与下落时间成正比,并直接用实验进行了验证
C.伽利略通过数学推演并用小球在斜面上验证了位移与时间的平方成正比
D.伽利略思想方法的核心是把实验和逻辑推理(包括数学推演)和谐地结合起来
B
答案:B
解析:伽利略认为,在同一地点,重的物体和轻的物体应该下落得同样快,故A正确。伽利略猜想自由落体的运动速度与下落时间成正比,并未直接进行验证,而是在斜面实验的基础上进行合理外推得到的,故B错误。伽利略通过数学推演并用小球在斜面上验证了位移与时间的平方成正比,故C正确。伽利略斜面实验的卓越之处不是实验本身,而是实验所使用的独特的方法在实验的基础上,进行理想化推理,伽利略思想方法的核心是把实验和逻辑推理(包括数学推演)和谐地结合起来,故D正确
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