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(共45张PPT)
第2课时　测自由落体加速度和竖直上抛运动
课堂 深度探究
知识点一　测自由落体加速度
角度1　用打点计时器测自由落体加速度
1．实验原理
(1)按如图所示连接好实验装置，让重锤做自由落体运动，与重锤相连的纸带上便会被打点计时器打出一系列点迹．
(2)对纸带上计数点间的距离s进行测量，利用sn－sn－1＝gT2求出重力加速度的大小．
2．实验步骤
(1)把打点计时器竖直固定在铁架台上，连接好电源．
(2)把纸带穿过两个限位孔，下端通过铁夹将重锤和纸带连接起来，让重锤靠近打点计时器．
(3)用手捏住纸带上端，把纸带拉成竖直状态，先接通电源，再松开纸带让重锤自由下落，打点计时器在纸带上打下一系列的点．
(4)重复几次，选取一条点迹清晰的纸带分析．
3．数据处理方法
(1)逐差法
(2)v－t图像法：根据纸带，求出各时刻的瞬时速度，作出v－t图像，求出该v－t图像的斜率k，则k＝a.这种方法的优点是可以舍掉一些偶然误差较大的测量值，有效地减少偶然误差．
4．注意事项
(1)应选用质量和密度较大的重锤．增大重锤所受的重力可使阻力的影响相对减小．
(2)打点计时器应竖直放置，以减小阻力．
(3)重锤应从靠近打点计时器处释放，要先接通打点计时器的电源，再释放纸带．
　　利用图甲所示的装置可以研究自由落体运动．实验中，需要调整好仪器，接通打点计时器的电源，松开纸带，使重物下落，打点计时器会在纸带上打出一系列的点．
(1)本实验采用电火花计时器，所接电源应为220 V的________(填入正确选项前的字母).
A．直流电
B．交流电
[解析]　本实验采用电火花计时器，所接电源应为220 V的交流电，故选B.
B
(2)实验开始时，接通打点计时器电源和释放重物，这两个操作之间的顺序关系是__________(填入正确选项前的字母).
A．先接通电源再释放重物
B．先释放重物再接通电源
[解析]　实验开始时，要先接通打点计时器电源后释放重物，故选A.
A
(3)为了减小误差，重物应选________(填入正确选项前的字母).
A．木块　　　 B．铁块　　　　C．塑料块
[解析]　为了减小误差，重物应选质量较大且体积较小的铁块，故选B.
B
(4)为了测得重物下落的加速度，还需要的实验器材有________________(填入正确选项前的字母).
A．天平　　　 B．秒表　　　　C．刻度尺
[解析]　为了测得重物下落的加速度，还需要的实验器材有刻度尺；实验不需要测量物块的质量，不需要天平；打点计时器本身就是计时仪器，不需要秒表，故选C.
C
(5)实验中，打点计时器打出的一条纸带上的某段如图乙所示，若A、B、C…点间的时间间隔均为0.10 s，由图中给定的长度，求得打下C点时重物的速度大小是________m/s，重物的加速度大小是________m/s2.(都保留2位有效数字)
2.0
9.6
　　　用图甲所示的装置“测量当地的重力加速度”，已知低压交流电源打点周期T＝0.02 s. 图乙是实验得到的一条纸带， A、B、 C、 D、 E为相邻的连续点．测得的数据s1＝4.07 cm，s2＝8.53 cm，s3＝13.38 cm，s4＝18.62 cm.
(1)实验时纸带的________(选填“左”或“右”)端是和重物相连的．
[解析]　纸带随重物做自由落体运动，相同时间内通过的位移越来越大，则实验时纸带的左端是和重物相连的．
左
(2)分析纸带可得B点的速度为________m/s(计算结果保留2位小数)，用题中出现的符号来表达所测重力加速度的表达式为g＝________，代入数据可得当地重力加速度的数值g＝________m/s2(计算结果保留2位小数).
2.13
9.75
(3)用这种方法测出的重力加速度总比实际值偏小，其原因是_____________________________________________________________(写一种原因即可).
[解析]　测出的重力加速度总比实际值偏小，其原因是受到空气阻力或纸带与打点计时器间的摩擦力作用，使得加速度比实际重力加速度小．
受到空气阻力(或受到纸带与打点计时器间的摩擦力作用)
角度2　实验创新设计
　　　(2025·佛山月考)某同学通过实验来测量一金属小球的直径以及当地的重力加速度．如图1所示，将一带电磁铁的铁架台竖直放置，电磁铁通电后可将金属小球吸住使其保持静止，在小球的正下方固定一高度可调的光电门．实验时，用刻度尺测出小球下端到光电门中心的竖直距离x，切断电磁铁电源，小球自由下落．当小球穿过光电门时，光电门可以记录小球的穿过时间t，调整光电门的高度，重复上述操作，测出多组数据．
请回答下列问题：
(1)设小球直径为d，如图1所示，小球穿过光电门时的速度v＝____________(用题中给出的物理量符号表示).
　　　每个同学的家里都少不了自来水龙头，某同学在家里用“滴水法”测定重力加速度，操作如下：
(1)如图所示，让从水龙头一滴一滴流出的水滴落到其下方的盘子上，可以清晰地听到水滴碰盘子的声音，细心地调整水龙头阀门，使第一个水滴碰到盘子的瞬间，第二个水滴正好从龙头处开始下落；
(2)听到某滴水落到盘子上的响声时开始计时，并数“0”，以后每听到一次响声，顺次加1，直至数到“100”滴，停止计时，秒表上时间的读数为40 s；
(3)用米尺量出水龙头滴水处到盘子的间距为78.56 cm.由该同学的操作过程及测得的数据可知：每滴水空中下落的时间为________s；当地的重力加速度大小为________m/s2.
0.4
9.82
知识点二　竖直上抛运动
1．竖直上抛运动
将一个物体以某一初速度v0竖直向上抛出，抛出的物体只在重力作用下运动，这种运动就是竖直上抛运动．
2．运动性质
先做竖直向上的匀减速运动，上升到最高点后，又开始做自由落体运动，整个过程中加速度始终为g，全段为匀变速直线运动．
4．运动的对称性
(1)时间对称：物体从某点上升到最高点和从最高点回到该点的时间相等，即t上＝t下．
(2)速率对称：物体上升和下降通过同一位置时速度的大小相等、方向相反．
5．研究方法
(1)分段法
①上升过程：v0≠0、a＝g的匀减速直线运动．
②下降过程：自由落体运动．
　　　某物体以30 m/s的速度竖直上抛，不计空气阻力，g取10 m/s2，则前4 s内物体(　　)
A.能上升的最大高度为55 m
B．位移大小为30 m
C．平均速度大小为20 m/s，方向向上
D．速度改变量大小为40 m/s，方向向下
√
　　　(2025·揭阳月考)气球下端用绳子悬挂一重物，两者一起以v0＝10 m/s的速度匀速上升，当重物到达离地高h＝175 m处时，悬挂重物的绳子突然断裂，不计空气阻力，g取10 m/s2.求：
(1)重物还能上升的高度；
[答案]　5 m　
(2)重物落地前瞬间的速度大小v；
[解析]　重物上升所能达到的最大离地高度
H＝h＋h1＝175 m＋5 m＝180 m
重物从最高处自由下落，根据v2＝2gH
可得重物落地前瞬间的速度大小v＝60 m/s.
[答案]　60 m/s　(3)7 s
(3)自绳子断裂至重物落到地面的时间t.
[答案]　7 s
随堂 巩固落实
1．(用打点计时器测自由落体加速度)(2025·中山市期中)某同学仿照“探究小车速度随时间变化的规律”这一实验，利用如图甲所示的装置测量重物做自由落体运动的加速度；打点计时器使用频率为50 Hz的交流电源．
(1)对该实验装置及其操作的要求，下列说法正确的是________．
A．打点计时器的两个限位孔应在同一条竖直线上
B．重物最好选用密度较小的材料，如泡沫塑料
C．开始时应使重物靠近打点计时器处并保持静止
D．操作时，应先放开纸带后接通电源
E．为了减小误差，应重复多次实验，在打出的纸带中挑选一条点迹最清晰的
ACE
解析：打点计时器的两个限位孔应在同一条竖直线上，以减小重物带着纸带下落时限位孔对纸带的摩擦力，故A正确；重物最好选用密度较大的材料，减小空气阻力对实验的影响，故B错误；开始时应使重物靠近打点计时器处并保持静止，以充分利用纸带长度，且准确记录下落过程，故C正确；操作时，应先接通电源后放开纸带，以充分利用纸带长度，打出足够多的点，故D错误；为了减小误差，应重复多次实验，在打出的纸带中挑选一条点迹最清晰的，故E正确．
(2)图乙所示的是某同学在实验中得到的一条较为理想的纸带．把开头几个模糊不清的点去掉，以较清晰的某一个点作为计数点O，随后每打3个点取一个计数点依次标记为点A、B、C、D.测量出各点间的距离已标在纸带上．求打点计时器打出点B时重物的瞬时速度为________m/s，物体做自由落体运动的加速度的值约为________m/s2.(本题计算结果保留3位有效数字)
1.18
9.58
(3)若实验中实际的交流电源频率为51 Hz，而实验操作与数据处理均无错误，所测得的重物下落的加速度值________(选填“大于”“小于”或“等于”)当地的重力加速度值．
解析：实验中实际的交流电源频率为51 Hz，则实际打点周期偏小，代入计算的偏大，则所测得的重物下落的加速度值小于当地的重力加速度值．
小于
2．(竖直上抛运动)在某塔顶上将一物体竖直向上抛出，抛出点为A，物体上升的最大高度为20 m，不计空气阻力，设塔足够高，重力加速度g取10 m/s2.
(1)求物体抛出时的初速度大小．
答案：20 m/s　
(2)求物体位移大小为15 m时，物体的运动时间．
答案：见解析　
(3)若塔高H＝105 m，求物体从抛出到落到地面的时间．
答案：7 s

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