物理人教版（2019）必修第一册2.4自由落体运动（共22张ppt）
文档属性
| 名称 | 物理人教版（2019）必修第一册2.4自由落体运动（共22张ppt） |
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| 格式 | zip | ||
| 文件大小 | 1.9MB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2022-10-04 00:00:00 | ||
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文档简介
(共22张PPT)
第
节
4
自由落体运动
高中物理 必修第一册
第二章
学习目标
任务1：暴露前概念，引起认知冲突．
任务2：认识影响落体运动的因素．
任务3：利用打点计时器探究自由落体运动．
任务4：认识自由落体加速度并推导自由落体运动的规律．
任务5：运动自由落体运动的规律解决简单问题．
问题情境：将纸巾卷成筒状(长约9cm)，手握纸筒放手后要求学生接住(如图1所示);再同样地将相同长度的糖罐放手后，要求学生接住(如图2所示)
任务1：暴露前概念，引起认知冲突
问题
1.为什么能够接住纸巾，而接不住糖罐
2.你认为影响物体下落快慢的因素有哪些？
纸巾下落得慢，糖罐下落得快
空气阻力的作用
问题情境：比较一块较大较重的石头与一块较小较轻石头的下落快慢
任务1：暴露前概念，引起认知冲突
问题
1.按照亚里士多德的观点，你认为一块大石头与一块小石头，谁下落的速度大
2.如果大石头比小石头下落快，那把两块石头捆在一起时，它们下落的速度是否更快 从相互影响(作用)的角度看，还是这个结论吗
一般认识：大石头下落快
从相互作用角度，大石头和小石头捆在一起，下落快慢应该介于两者之间
问题情境：比较一块较大较重的石头与一块较小较轻石头的下落快慢
任务1：暴露前概念，引起认知冲突
问题
大石头和小石头下落一样快
3.要不出现上述矛盾的结论，你认为正确的假设是怎样的
4.为什么生活中有许多人认为重的物体下落快
正常情况下，物体除受重力外，还受到阻力的作用
任务2：认识影响落体运动的因素
问题情境：未抽气的牛顿管里，羽毛与铁片的下落(图3)，比较下落快慢．演示抽气后的牛顿管里，羽毛与铁片的下落(图4)，比较下落快慢(利用运动相机拍摄慢动作视频，学生可在慢动作视频中观察)。
问题
1.抽气后，羽毛与铁片不受空气阻力做同样的运动，这个运动称为自由落体运动．自由落体运动是怎样的运动 遵循怎样的规律
2.大家猜想是匀变速运动，如何证明 需要哪些器材
只在重力作用下，初速度为0的运动
遵循初速度为0的匀变速直线运动的规律
可以通过连接纸带，用打点计时器打出的纸带来分析物体的运动情况
例［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才是自由落体运动
D.当空气阻力可以忽略不计时，物体从静止开始自由下落的运动可视为自由落体运动
解析：A、B错，C对：自由落体运动的条件：（1）只受重力，（2）初速度v0=0。
D对：若空气阻力可以忽略不计，物体由静止自由下落可以当成自由落体运动来处理。
CD
【误区警示】
（1）物体只在重力的作用下、初速度为零的运动才是自由落体运动。
（2）自由落体运动在地球上并不存在，是一种理想化模型。当阻力远小于物体重力时，且初速度为零，物体的运动可以当成自由落体运动来处理。
任务3：利用打点计时器探究自由落体运动
问题情境:如图所示
问题
1.物体下落过程中受到哪些阻力
2.为减小阻力，实验中如何选择重物
如何安装打点计时器 如何释放重物
3.根据纸带，如何判断重物下落是否做匀变速直线运动
空气阻力、纸带与打点计时器之间的摩擦阻力
选择质量较大，体积较小的重物，如重锤
竖直安装，释放时重物不要摆动
根据相邻时间内的位移差是否为恒量来判定
任务3：利用打点计时器探究自由落体运动
问题情境:如图所示
问题
4.如何根据纸带测量重物的瞬时速度
5.作出物体下落的v－t图象，如何通过图象得到物体下落的加速度
6.为什么选择不同重物的小组得到的加速度也基本相同 具有普遍意义的加速度应该给它取个什么名字
利用求解
图象的斜率表示加速度
空气阻力、纸带与打点计时器之间的摩擦阻力
任务4：认识自由落体加速度并推导
自由落体运动的规律
问题情境：通过大量精确研究发现同一地点自由体的加速度是一个定值，称之为重力加速度，方向竖直向下。观察和比较图10中不同地点重力加速度．
问题
1.根据图中重力加速度的数据分布，哪个地方最大，哪个地方最小？
2.不同地方的重力加速度方向都相同吗？
3.重力加速度的大小与哪些因素有关？
4.你能写出自由落体运动x－t、v－t、x－v公式吗(重力加速度用g表示)
不同地点，差别不大，赤道处最小，两极最大
不相同，方向都是竖直向下
与纬度和离地面的高度有关
任务5：运用自由落体运动的规律解决简单问题
问题情景：糖罐放手后，你是否能接住呢？树叶下落。
问题
1.若已知人的反应时间一般为0.15s～0.4s．而罐子的长度为9cm，请通过估算说明:为什么课前做小游戏的同学总是抓不住罐子
2.秋日，树叶纷纷落下枝头，其中有一片梧桐叶从高为5m的枝头自静止落至地面，所用时间可能是
A．0.1s B．0.5s C．1s D．3s
0.15s内自由下落的高度=0.1125m>0.09m
反应时间内，糖罐早已脱离手所在的位置
如果自由下落，所用时间为
下落时树叶受到阻力作用，所用时间大于1s，故选D
例 一质点从距离地面80 m的高度自由下落，不计空气阻力，重力加速度g取10 m/s2。求：
（1）质点落地时的速度；
（2）下落过程中质点的平均速度；
（3）最后1 s内质点的位移大小。
一 自由落体运动的推论
1.连续相等的时间T内的位移之差。
2.物体在某段时间内的平均速度。
3.若从开始运动的时刻计时，划分相等的时间间隔T，则有以下比例关系
（1）1T末、2T末、3T末…nT末的瞬时速度之比
v1∶v2∶v3∶…=1∶2∶3∶…
（2）1T内，2T内，3T内…nT内的位移之比
x1∶x2∶x3∶…=1∶4∶9∶…
（3）第一个T内、第二个T内、第三个T内…的位移之比xⅠ∶xⅡ∶xⅢ∶…=1∶3∶5∶…
4.若从运动起点（初位置）划分连续相等的位移x，则有如下比例关系
①连续相等的位移末的瞬时速度之比
v1∶v2∶v3∶…=1∶∶∶…
推证：由=2gx可直接得到。
②通过连续相等的位移所用时间之比
t1∶t2∶t3∶…=1∶（-1）∶（-）∶…
小结
二 竖直上抛运动
1.概念
将物体以某一初速度v0竖直向上抛出，物体只在重力作用下所做的运动就是竖直上抛运动。竖直上抛运动和自由落体运动一样，都是只在重力作用下的运动，加速度为g，所不同的是竖直上抛运动具有竖直向上的初速度，自由落体运动没有初速度。因此，竖直上抛运动也是匀变速直线运动。
2.竖直上抛运动的性质
初速度v0≠0、加速度a=-g的匀变速直线运动（通常规定初速度v0的方向为正方向）。
3.竖直上抛运动的规律
基本公式
推论
4.竖直上抛运动的基本特点
因为在竖直上抛运动中，下落过程的运动是上升过程的逆运动，所以二者具有对称性。
（1）物体上升和下降过程中经过同一位置时速度等大、反向，位移相同。
（2）物体上升和下降过程中经过相同两点间的距离所用时间相等。
5.竖直上抛运动的处理方法
（1）分段法：上升阶段是a=-g、v末=0的匀减速直线运动，下落阶段是自由落体运动。
（2）整体法：将全过程看成初速度为v0、加速度为-g的匀变速直线运动，可直接应用匀变速直线运动的规律，但必须注意方程的矢量性。习惯上取v0的方向为正方向，则v>0 时正在上升，v<0时正在下降，物体在抛出点的上方时位移x为正，物体在抛出点的下方时位移x为负。
1.如图所示，某同学拿一个长约1.5 m的玻璃筒，一端封闭，另一端有开关，把形状和质量都不相同的金属片和小羽毛放到玻璃筒里。第一次打开开关使管内空气与大气连通，把玻璃筒快速倒置，观察这些物体下落的情况。第二次他把玻璃筒里的空气抽出去，关闭开关，把玻璃筒快速倒置，再次观察物体下落的情况。则以下说法中正确的是（ ）
A.抽气前，金属片和羽毛下落的时间相同
B.抽气后，金属片和羽毛下落的时间相同
C.抽气前和抽气后，羽毛下落均可近似看作自由落体运动
D.抽气后，在赤道和北京分别做该实验，金属片下落的时间相同
B
当堂检测
2.［多选］如图所示，小球从竖直砖墙某位置由静止释放，用频闪照相机在同一底片上多次曝光，得到了图中1、2、3、4、5所示小球运动过程中每次曝光的位置。连续两次曝光的时间间隔均为T，每块砖的厚度为d。根据图中的信息，下列判断正确的是（ ）
A.位置“1”是小球释放的初始位置
B.小球做匀加速直线运动
C.小球下落的加速度为
D.小球在位置“3”的速度为
BCD
【解析】 A错，B对：小球做自由落体运动，从静止开始运动的连续相等时间内的位移之比为1∶3∶5∶7∶…，而题图中位移之比为2∶3∶4∶5∶…，所以位置“1”不是小球释放的初始位置，小球连续相等时间位移差均为d，所以小球做匀加速运动。
3.［2013 全国卷］［多选］将甲、乙两小球先后以同样的速度在距地面不同高度处竖直向上抛出，抛出时间相隔2 s，它们运动的v-t图像分别如图中直线甲、乙所示。则（ ）
A. t=2 s时，两球的高度差一定为40 m
B. t=4 s时，两球相对于各自的抛出点的位移相等
C.两球从抛出至落至地面所用的时间间隔相等
D.甲球从抛出至到达最高点的时间间隔与乙球的相等
BD
【方法技巧】
竖直上抛运动的处理方法
（1）分段法：上升过程是加速度a=-g、末速度v=0的匀减速直线运动，下落过程是自由落体运动。
（2）整体法：将全过程看成初速度为v0、加速度为-g的匀变速直线运动。其运动过程符合匀变速直线运动规律，即匀变速直线运动的几个关系式可以直接应用。但要注意矢量性，通常以v0方向为正，则上升阶段v为正，下降阶段v为负；物体在抛出点上方位移为正，在抛出点下方位移为负。
4.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的距离为AB=5.8 mm BC=9.7 mm，CD=13.6 mm，DE=17.5 mm
E.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 ，当地重力加速度为 （交流电频率为50 Hz，结果保留三位有效数字）。用这种方法测出的重力加速度总比实际值偏小，其原因是 。
乙
甲
5.一条铁链AB长0.49 m，静止悬挂，然后让它自由下落，求整个铁链通过悬点正下方2.45 m处的小孔O需要的时间。（g取10 m/s2）
【解题提示】 作出铁链AB下落过程的示意图，如图所示，可以看出，铁链通过小孔的时间为从B端到达小孔O至A端离开小孔O的时间。
【解】 设B端到达小孔O所需的时间为t1，发生的位移为x1；A端到达小孔O所需的时间为t2，铁链长度L=0.49 m，B端发生的位移为x2=2.45 m，由图可知x1=x2-L=1.96 m，x1=，x2=。由以上三式解得t=t2-t1≈7.4×10-2 s。
谢谢！
第
节
4
自由落体运动
高中物理 必修第一册
第二章
学习目标
任务1：暴露前概念，引起认知冲突．
任务2：认识影响落体运动的因素．
任务3：利用打点计时器探究自由落体运动．
任务4：认识自由落体加速度并推导自由落体运动的规律．
任务5：运动自由落体运动的规律解决简单问题．
问题情境：将纸巾卷成筒状(长约9cm)，手握纸筒放手后要求学生接住(如图1所示);再同样地将相同长度的糖罐放手后，要求学生接住(如图2所示)
任务1：暴露前概念，引起认知冲突
问题
1.为什么能够接住纸巾，而接不住糖罐
2.你认为影响物体下落快慢的因素有哪些？
纸巾下落得慢，糖罐下落得快
空气阻力的作用
问题情境：比较一块较大较重的石头与一块较小较轻石头的下落快慢
任务1：暴露前概念，引起认知冲突
问题
1.按照亚里士多德的观点，你认为一块大石头与一块小石头，谁下落的速度大
2.如果大石头比小石头下落快，那把两块石头捆在一起时，它们下落的速度是否更快 从相互影响(作用)的角度看，还是这个结论吗
一般认识：大石头下落快
从相互作用角度，大石头和小石头捆在一起，下落快慢应该介于两者之间
问题情境：比较一块较大较重的石头与一块较小较轻石头的下落快慢
任务1：暴露前概念，引起认知冲突
问题
大石头和小石头下落一样快
3.要不出现上述矛盾的结论，你认为正确的假设是怎样的
4.为什么生活中有许多人认为重的物体下落快
正常情况下，物体除受重力外，还受到阻力的作用
任务2：认识影响落体运动的因素
问题情境：未抽气的牛顿管里，羽毛与铁片的下落(图3)，比较下落快慢．演示抽气后的牛顿管里，羽毛与铁片的下落(图4)，比较下落快慢(利用运动相机拍摄慢动作视频，学生可在慢动作视频中观察)。
问题
1.抽气后，羽毛与铁片不受空气阻力做同样的运动，这个运动称为自由落体运动．自由落体运动是怎样的运动 遵循怎样的规律
2.大家猜想是匀变速运动，如何证明 需要哪些器材
只在重力作用下，初速度为0的运动
遵循初速度为0的匀变速直线运动的规律
可以通过连接纸带，用打点计时器打出的纸带来分析物体的运动情况
例［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才是自由落体运动
D.当空气阻力可以忽略不计时，物体从静止开始自由下落的运动可视为自由落体运动
解析：A、B错，C对：自由落体运动的条件：（1）只受重力，（2）初速度v0=0。
D对：若空气阻力可以忽略不计，物体由静止自由下落可以当成自由落体运动来处理。
CD
【误区警示】
（1）物体只在重力的作用下、初速度为零的运动才是自由落体运动。
（2）自由落体运动在地球上并不存在，是一种理想化模型。当阻力远小于物体重力时，且初速度为零，物体的运动可以当成自由落体运动来处理。
任务3：利用打点计时器探究自由落体运动
问题情境:如图所示
问题
1.物体下落过程中受到哪些阻力
2.为减小阻力，实验中如何选择重物
如何安装打点计时器 如何释放重物
3.根据纸带，如何判断重物下落是否做匀变速直线运动
空气阻力、纸带与打点计时器之间的摩擦阻力
选择质量较大，体积较小的重物，如重锤
竖直安装，释放时重物不要摆动
根据相邻时间内的位移差是否为恒量来判定
任务3：利用打点计时器探究自由落体运动
问题情境:如图所示
问题
4.如何根据纸带测量重物的瞬时速度
5.作出物体下落的v－t图象，如何通过图象得到物体下落的加速度
6.为什么选择不同重物的小组得到的加速度也基本相同 具有普遍意义的加速度应该给它取个什么名字
利用求解
图象的斜率表示加速度
空气阻力、纸带与打点计时器之间的摩擦阻力
任务4：认识自由落体加速度并推导
自由落体运动的规律
问题情境：通过大量精确研究发现同一地点自由体的加速度是一个定值，称之为重力加速度，方向竖直向下。观察和比较图10中不同地点重力加速度．
问题
1.根据图中重力加速度的数据分布，哪个地方最大，哪个地方最小？
2.不同地方的重力加速度方向都相同吗？
3.重力加速度的大小与哪些因素有关？
4.你能写出自由落体运动x－t、v－t、x－v公式吗(重力加速度用g表示)
不同地点，差别不大，赤道处最小，两极最大
不相同，方向都是竖直向下
与纬度和离地面的高度有关
任务5：运用自由落体运动的规律解决简单问题
问题情景：糖罐放手后，你是否能接住呢？树叶下落。
问题
1.若已知人的反应时间一般为0.15s～0.4s．而罐子的长度为9cm，请通过估算说明:为什么课前做小游戏的同学总是抓不住罐子
2.秋日，树叶纷纷落下枝头，其中有一片梧桐叶从高为5m的枝头自静止落至地面，所用时间可能是
A．0.1s B．0.5s C．1s D．3s
0.15s内自由下落的高度=0.1125m>0.09m
反应时间内，糖罐早已脱离手所在的位置
如果自由下落，所用时间为
下落时树叶受到阻力作用，所用时间大于1s，故选D
例 一质点从距离地面80 m的高度自由下落，不计空气阻力，重力加速度g取10 m/s2。求：
（1）质点落地时的速度；
（2）下落过程中质点的平均速度；
（3）最后1 s内质点的位移大小。
一 自由落体运动的推论
1.连续相等的时间T内的位移之差。
2.物体在某段时间内的平均速度。
3.若从开始运动的时刻计时，划分相等的时间间隔T，则有以下比例关系
（1）1T末、2T末、3T末…nT末的瞬时速度之比
v1∶v2∶v3∶…=1∶2∶3∶…
（2）1T内，2T内，3T内…nT内的位移之比
x1∶x2∶x3∶…=1∶4∶9∶…
（3）第一个T内、第二个T内、第三个T内…的位移之比xⅠ∶xⅡ∶xⅢ∶…=1∶3∶5∶…
4.若从运动起点（初位置）划分连续相等的位移x，则有如下比例关系
①连续相等的位移末的瞬时速度之比
v1∶v2∶v3∶…=1∶∶∶…
推证：由=2gx可直接得到。
②通过连续相等的位移所用时间之比
t1∶t2∶t3∶…=1∶（-1）∶（-）∶…
小结
二 竖直上抛运动
1.概念
将物体以某一初速度v0竖直向上抛出，物体只在重力作用下所做的运动就是竖直上抛运动。竖直上抛运动和自由落体运动一样，都是只在重力作用下的运动，加速度为g，所不同的是竖直上抛运动具有竖直向上的初速度，自由落体运动没有初速度。因此，竖直上抛运动也是匀变速直线运动。
2.竖直上抛运动的性质
初速度v0≠0、加速度a=-g的匀变速直线运动（通常规定初速度v0的方向为正方向）。
3.竖直上抛运动的规律
基本公式
推论
4.竖直上抛运动的基本特点
因为在竖直上抛运动中，下落过程的运动是上升过程的逆运动，所以二者具有对称性。
（1）物体上升和下降过程中经过同一位置时速度等大、反向，位移相同。
（2）物体上升和下降过程中经过相同两点间的距离所用时间相等。
5.竖直上抛运动的处理方法
（1）分段法：上升阶段是a=-g、v末=0的匀减速直线运动，下落阶段是自由落体运动。
（2）整体法：将全过程看成初速度为v0、加速度为-g的匀变速直线运动，可直接应用匀变速直线运动的规律，但必须注意方程的矢量性。习惯上取v0的方向为正方向，则v>0 时正在上升，v<0时正在下降，物体在抛出点的上方时位移x为正，物体在抛出点的下方时位移x为负。
1.如图所示，某同学拿一个长约1.5 m的玻璃筒，一端封闭，另一端有开关，把形状和质量都不相同的金属片和小羽毛放到玻璃筒里。第一次打开开关使管内空气与大气连通，把玻璃筒快速倒置，观察这些物体下落的情况。第二次他把玻璃筒里的空气抽出去，关闭开关，把玻璃筒快速倒置，再次观察物体下落的情况。则以下说法中正确的是（ ）
A.抽气前，金属片和羽毛下落的时间相同
B.抽气后，金属片和羽毛下落的时间相同
C.抽气前和抽气后，羽毛下落均可近似看作自由落体运动
D.抽气后，在赤道和北京分别做该实验，金属片下落的时间相同
B
当堂检测
2.［多选］如图所示，小球从竖直砖墙某位置由静止释放，用频闪照相机在同一底片上多次曝光，得到了图中1、2、3、4、5所示小球运动过程中每次曝光的位置。连续两次曝光的时间间隔均为T，每块砖的厚度为d。根据图中的信息，下列判断正确的是（ ）
A.位置“1”是小球释放的初始位置
B.小球做匀加速直线运动
C.小球下落的加速度为
D.小球在位置“3”的速度为
BCD
【解析】 A错，B对：小球做自由落体运动，从静止开始运动的连续相等时间内的位移之比为1∶3∶5∶7∶…，而题图中位移之比为2∶3∶4∶5∶…，所以位置“1”不是小球释放的初始位置，小球连续相等时间位移差均为d，所以小球做匀加速运动。
3.［2013 全国卷］［多选］将甲、乙两小球先后以同样的速度在距地面不同高度处竖直向上抛出，抛出时间相隔2 s，它们运动的v-t图像分别如图中直线甲、乙所示。则（ ）
A. t=2 s时，两球的高度差一定为40 m
B. t=4 s时，两球相对于各自的抛出点的位移相等
C.两球从抛出至落至地面所用的时间间隔相等
D.甲球从抛出至到达最高点的时间间隔与乙球的相等
BD
【方法技巧】
竖直上抛运动的处理方法
（1）分段法：上升过程是加速度a=-g、末速度v=0的匀减速直线运动，下落过程是自由落体运动。
（2）整体法：将全过程看成初速度为v0、加速度为-g的匀变速直线运动。其运动过程符合匀变速直线运动规律，即匀变速直线运动的几个关系式可以直接应用。但要注意矢量性，通常以v0方向为正，则上升阶段v为正，下降阶段v为负；物体在抛出点上方位移为正，在抛出点下方位移为负。
4.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的距离为AB=5.8 mm BC=9.7 mm，CD=13.6 mm，DE=17.5 mm
E.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 ，当地重力加速度为 （交流电频率为50 Hz，结果保留三位有效数字）。用这种方法测出的重力加速度总比实际值偏小，其原因是 。
乙
甲
5.一条铁链AB长0.49 m，静止悬挂，然后让它自由下落，求整个铁链通过悬点正下方2.45 m处的小孔O需要的时间。（g取10 m/s2）
【解题提示】 作出铁链AB下落过程的示意图，如图所示，可以看出，铁链通过小孔的时间为从B端到达小孔O至A端离开小孔O的时间。
【解】 设B端到达小孔O所需的时间为t1，发生的位移为x1；A端到达小孔O所需的时间为t2，铁链长度L=0.49 m，B端发生的位移为x2=2.45 m，由图可知x1=x2-L=1.96 m，x1=，x2=。由以上三式解得t=t2-t1≈7.4×10-2 s。
谢谢！