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(共33张PPT)
4 自由落体运动
第二章 匀变速直线运动的研究
导入新课
美国宇航员大卫·斯科特在登上月球后，从同一高度同时释放铁锤和羽毛，看到铁锤和羽毛同时落到月球表面。如果在地球上做相同的实验，我们能看到上述现象吗？为什么？若不能，在地球上什么情况下，质量不同的两个物体下落的可能一样快？
导入新课
（2）你听说过有关意大利比萨斜塔的故事吗？据说伽利略曾在比萨斜塔上做过落体实验，如图所示，你知道伽利略是如何探究自由落体运动规律的吗？
交流讨论
硬币先落地
一、自由落体运动
问题1：如图所示，请你动手做一做，让纸片和硬币同时下落，你能观察到什么现象？
揉成团的纸片和硬币的同时下落，你又能观察到什么现象？
纸片与硬币同时落地
试分析影响物体下落快慢的因素是什么？
影响物体下落快慢的因素是空气阻力
问题2：（真空管实验）有一根长约为1m的玻璃管，内装羽毛、小金属片、小纸片,让玻璃管竖直,观察各种物体在管中下落时的现象,再将该玻璃管抽成真空,让玻璃管竖直,观察各种物体在管中下落时的现象。管中物体两次下落的现象有什么不同？
一、自由落体运动
问题2：（真空管实验）如图所示，有一根长约为1m的玻璃管，内装羽毛、小金属片、小纸片等，让玻璃管竖直，观察各种物体在管中下落时的现象。
小金属片下落的最快，小纸片下落的慢一些，羽毛下落的最慢
下落的一样快
再将玻璃管抽成真空，让玻璃管竖直，观察各种物体在管中下落时的现象。管中物体两次下落的现象有什么不同？
一、自由落体运动
问题3：总结什么情况下，所有物体下落的一样快？空气中的落体运动在什么条件下可以看做自由落体运动？
物体只受重力，或所受空气阻力可以忽略不计时，所有物体下落的一样快。
若满足空气阻力远小于重力，则物体的实际运动也可以看做自由落体运动。
一、自由落体运动
1、自由落体运动的定义：物体只在重力作用下从静止开始
下落的运动，叫做自由落体运动。
2、自由落体运动的条件：①只受重力 ②初速度为零
3、自由落体运动是一种理想化的物理模型，这种模型忽略
了次要因素——空气阻力，突出了主要因素——重力。
4、对于生活中的落体运动，若满足空气阻力远小于重力，
则物体的实际运动也可以看做自由落体运动。
梳理深化
一、自由落体运动
例1、（多选）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做自由落体运动
C.物体只在重力作用下从静止开始下落的运动叫做自由落体
运动
D.当空气阻力可以忽略不计时，物体由静止开始自由下落的
运动可视为自由落体运动
巩固提升
CD
一、自由落体运动
【创设情景，提出问题】
初速度为零，速度逐渐增大物体做匀加速直线运动还是做变加速直线运动？
二、自由落体加速度
1.研究自由落体运动的规律
【制订方案，设计实验】
请列出实验器材并说明它们在实验中的作用？如何安装仪器？主要的实验步骤有哪些？
[实验器材]
打点计时器（带导线）、纸带、复写纸、带铁夹的铁架台、几个质量不同的重物、夹子、低压交流电源、毫米刻度尺。
二、自由落体加速度
[实验步骤]
①如图所示，将打点计时器竖直固定在铁架台上，连接好电路。
②把纸带穿过两个限位孔，下端用铁夹夹到
重物上，让重物靠近打点计时器。
③用夹子夹住纸带上端把纸带拉成竖直状态，
接通电源，松开纸带让重物自由下落，重物
落地后立即关闭电源，打点计时器就在纸带
上打下一系列的点。
④重复几次上面的实验，选取一条点迹清晰的纸带进行分析。
二、自由落体加速度
【分组实验，采集数据】
实验操作过程中有哪些注意事项？在测量和数据处理中可能产生哪些误差？如何减小或者避免这些误差？
[注意事项]
①为了减少空气阻力的影响，重物应选密度大、体积小的物体，如铁锤等。
②打点计时器应竖直固定好。
③重物应靠近打点计时器释放，且要先接通打点计时器的电源，再放手让重物下落。
二、自由落体加速度
[数据处理]
①关于纸带的选取：从几条打下点的纸带中挑选第一、二点间距离接近2mm且点迹清楚的纸带进行测量。
②采集数据的方法：先测量出纸带上连续的计时点A、B、C、D至第1个点O的距离如图所示，再计算出相邻两个计时点间的距离。
xAB= xOB－xOA，xBC= xOC－xOB，xCD= xOD－xOC，xDE= xOE－xOD
二、自由落体加速度
【分组实验，采集数据】
【分析论证、得出结论】
因xBC－xAB=3.9mm，xCD－xBC=3.8mm，xDE－xCD=3.8mm，在误差允许范围内Δ x都相等。根据Δx=aT2知，若Δx相等，则物体运动的a不变，就可知重物做自由落体运动的性质是匀变速直线运动。
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相同，这个加速度叫作自由落体加速度，也叫作重力加速度，通常用g表示。
（2）方向：重力加速度的方向竖直向下。
2.自由落体加速度
二、自由落体加速度
交流讨论
阅读课本47页表格，思考自由落体运动的加速度在地球上的不同地区是否相同？有怎样的规律？一般情况下，我们计算时取多少？在估算时取多少？
纬度升高，重力加速度增大
大小：一般情况下 g=9.8m/s2粗略计算时 g=10m/s2
二、自由落体加速度
赤道：g=9.780m/s2
北极：g=9.832m/s2
莫斯科：g=9.816m/s2
广州：g=9.788m/s2
北京：g=9.801m/s2
巩固提升
例2、某同学用如图甲所示装置测量自由落体
加速度g，得到如图乙所示的一段纸带，他每
两个点取一个计数点（已知交流电频率为50
Hz）,测得AB＝7.65 cm,BC＝9.17 cm。则打
B点时重物的瞬时速度为 m/s，测得
的自由落体加速度g＝ m/s2，它比真实
值偏 （填“大”或“小”）（结果均保留两
位有效数字）
2.1
9.5
小
二、自由落体加速度
练习2、登上月球的宇航员利用频闪仪（频率为每秒20次）给自由下落的小球拍照，所拍的闪光照片如图所示（图上所标数据为小球到达各位置时总的下落高度），则月球表面的重力加速度为 m/s2（保留两位有效数字）
1.6
二、自由落体加速度
根据自由落体运动特点与性质及匀变速直线运动的规律，推导物体自由落体运动经时间t时的速度v？时间t时的下落高度h？以及落地速度v与下落的高度h之间的关系？
交流讨论
匀变速
直线运动
自由落体运动
g
g
g
h
h
三、自由落体运动的规律
1、自由落体运动的规律
①速度时间公式（已知t求v，已知v求t）
②位移时间公式（已知t求h，已知h求t）
（注意：h为下落高度，不是距离地面的高度）
③速度位移公式（已知v求h，已知h求v）
梳理深化
t、v、h
自由落体运动v0=0，加速度a=g
知一求二
三、自由落体运动的规律
2、自由落体运动的推论
①连续相等时间t内高度差Δh =aT2
②若自由落体运动的末速度为v，
则下落过程的平均速度
③自下落起第一个T内、第二个T内、第三个T内、…、第n个T内的位移之比
x1︰x2︰x3︰…︰xn=1︰3︰5︰…︰(2n-1)
三、自由落体运动的规律
巩固提升
例3、如果把雨滴下落的运动看做自由落体运动，那么当雨滴从离地面500m的空中落下时，取g=10m/s2，求：
（1）经过多长时间落到地面？
（2）自开始下落计时，在第1s内的位移和最后1s内的位移各
为多少？
（3）雨滴落至地面的速度为多大？如果雨滴真的以此速度落
向地面，会发生什么现象？
三、自由落体运动的规律
三、自由落体运动的规律
（1）由 得落地时间：
（2）第1s内的位移：
因为从开始运动起前9s内的位移为：
所以最后1s内的位移为：
（3）由 知，雨滴的落地速度 ，若雨滴以此速度落向地面，则地面物体将被雨滴砸坏。
练习3、一名攀岩运动员在登上陡峭的峰顶时不小心碰落了一块石头。
⑴ 经历1s，它下落了多大距离？第1s末的速度多大？
⑵ 在第2秒内，它下落了多少距离？
⑶ 经历8s后他听到石头落到地面，问石头落地时的速度为多大？这个山峰有多高？
⑷ 若考虑到声音传播的时间，讨论一下，石头落地时的速度和山峰的高度值与上面计算出的结果会有怎样的差别？
三、自由落体运动的规律
三、自由落体运动的规律
解析：⑴根据位移时间公式 知，经历1s它下落的距离为
根据速度时间公式 知，第1秒末的速度为
⑵根据位移时间公式 知，经历2s它下落的距离为
故在第2秒内，它下落了
⑶根据速度时间公式 知，第8秒末的速度为
根据位移时间公式 知，经历8s它下落的距离为
所以，这个山峰的高度为320m。
⑷若考虑到声音传播的时间，则石头下落的时间应小于8s，故石头落地时的速度应小于80m/s，山峰的高度值也应小于320m。
练习3、从发现情况到采取相应行动经过的时间叫反应时间，两位同学合作，用刻度尺可测得人的反应时间：如图甲所示，A同学握住尺的上端，B同学在尺的下部做握尺的准备（但不与尺接触），当看到A同学放开手时， B同学立即握住尺，若B同学做握尺准备时，手指位置如图乙所示，而握住尺时的位置如图丙所示，由此测得B同学的反应时间约为（　　）
A. 2.0 s B. 0.3 s C. 0.1 s D. 0.4 s
三、自由落体运动的规律
B
课堂小结
自由落体运动
定义：物体只在重力作用下，由静止开始下落的运动
条件：只受重力，初速度v0=0
性质：初速度v0=0 ，加速度的a=g 匀加速直线运动
重力加速度g：方向竖直向下，随纬度的增大而增大
规律：
课外拓展
1、伽利略的探索之路：知识=观察+实验+思考
①大胆的猜测：下落物体的速度是随时间均匀
增加的，即 ，则测瞬时速度v与时间t成正比。
困难1：瞬时速度无法准确测量。
解决方法1：为了解决测量瞬时速度的困难，伽利略寻求间接验证的途径（思维的作用），因 ， ，故 ，则测下落的高度与时间t2成正比。
困难2：物体下落很快，当时没有准确的计时工具，无法测定物体通过不同位移的时间。
解决方法2：伽利略设计了斜面实验，并用水钟测量时间。
伽利略对自由落体运动的研究
②实验验证：伽利略用铜球从斜槽的不同位置由静止下落，伽利略手稿中记录的一组实验数据如图所示。
结果表示为：
伽利略发现，斜面的倾角不同，上述比例关系同样成立，只是这个常数的值随着θ的增大而增大。
课外拓展
困难3：伽利略用斜面实验验证了后， 怎样说明落体运动也符合这个规律？
解决方法3：（合理外推）随着θ的增大，
比例常数的数值在增大。当θ=90°时，即
物体竖直下落时，这个关系也应该成立，
这时的数值最大。伽利略认为，这时小球
仍然会保持匀变速运动的性质。
③至此，他终于成功地验证了原先的猜想，不但否定了亚里士多德的错误论断，而且得到了物体下落的规律。
④伽利略的成功，不仅在于找到了落体运动的规律，更重要的是开辟了一条研究物理学的研究之路。
课外拓展
2、伽利略科学研究过程的基本过程是：对现象的一般观察→提出假设→运用逻辑（包括数学推理）得出推论→通过实验对推论进行检验→对假说进行修正和推广
其核心是：把实验和逻辑和谐地结合起来。
课外拓展
谢谢观看，
你学到了什么？

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