人教版2019高中物理必修一 2.4 自由落体运动 课件(共38张PPT)

(共38张PPT)
2.7 自由落体运动
第二章 匀变速直线运动的研究
（第1课时 自由落体运动及实验）
物体下落的运动是一种常见的运动，你能说出一些生活中的实例吗？
物体下落的运动
苹果下落
水龙头滴水
雨滴的下落
物体下落的运动
树叶的下落
探究：影响物体下落的快慢的因素
观点：
二千多年前，古希腊哲学家亚里士多德提出：轻重不同的物体下落时，重的物体下落得快，轻的物体下落得慢。他的这一论断符合人们的常识，以至于其后两千年的时间，大家都奉为经典。
亚里士多德
（384年－前322年3月7日），古希腊哲学家，柏拉图的学生、亚历山大大帝的老师。
伽利略·伽利莱（Galileo Galilei，1564年2月15日－1642年1月8日），意大利物理学家、数学家、天文学家及哲学家，科学革命中的重要人物。
观点：
然而在一千五百年多年以后，伽利略对亚里士多德的论断表示了怀疑，他认为重量不同的球在下落时同时落地，下落的速度与重量无关。
探究：影响物体下落的快慢的因素
伽利略对自由落体的研究
1.绵延两千年的错误
这个观点正确吗？
思考：为什么这个错误被延续了两千多年？
研究方法：观察——思考（直觉）
思考：亚里士多德为什么会有错误的认识呢？
亚里士多德：物体下落的快慢由它们的重量决定。
生活常识：重的物体往往比轻的物体先落地。
2.逻辑的力量
伽利略对自由落体的研究
V12＞8
V1=8
V2=4
4假设：重的物体下落得快
归谬法
小石头下落速度4，
大石头下落速度8
小石头拖慢了大石头：速度应为4 ~ 8之间
总重量变大：速度更该大，大于8
伽利略对自由落体的研究
1590年，出生在比萨城的意大利物理学家伽利略，曾在比萨斜塔上做自由落体实验，将两个重量不同的铁球从相同的高度同时扔下，结果两个铁球几乎同时落地，由此发现了自由落体定律，推翻了此前亚里士多德认为的重的物体比轻的物体下落快的观点。
自然界是简单的，自然界的规律也是简单的，物体下落的速度应该是均匀变化的。
3.猜想与假设
4.实验验证
困难一：速度无法直接测量
突破：间接验证:若v0＝0，且v∝t 必有x∝t2
困难二：落体运动时间太短，无法准确测量
突破：利用斜面 “冲淡”重力，使其加速度减小
伽利略对自由落体的研究
伽利略对自由落体的研究
怀疑者在翻阅
亚里士多德的
书籍
助手利用自己
的脉搏测时间
伽利略
一些贵族
伽利略对自由落体的研究
伽利略的实验设计：“冲淡重力”
实验结论：
⊙小球做匀加速运动
⊙同一斜面，小球质量不同，加速度相同
⊙增大斜面倾角，加速度变大；小球质量不同，加速度仍相同。
4.实验验证
伽利略对自由落体的研究
5.合理外推
⊙质量不同的小球从同一斜面滚下，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；
⊙若倾角增大到90o，就是自由落体运动！
伽利略对自由落体的研究
6、伽利略的科学方法
观察
现象
科学研究过程的基本要素
提出
假设
运用逻辑
得出推论
实验
验证
修正
推广
伽利略对自由落体的研究
探究：影响物体下落的快慢的因素
实验1：拿一张纸和一个粉笔头，让它们从同一高度同时下落，观察哪一个下落的快？
物体下落的快慢与物体的轻重是否有关呢？
实验现象：粉笔头下落的快。
初步结论：重的物体比轻的物体下落的快。
探究：影响物体下落的快慢的因素
实验2：拿两张同样大小的纸，将其中一张揉成纸团，观察哪一个下落的快？
现象：纸团下落的快。
思考：两张纸重量一样，为什么纸团下落的快？
与前面得出的“重的物体比轻的物体下落的快”的结论相矛盾！
探究：影响物体下落的快慢的因素
实验3：拿两张同样大小的纸，把其中一张纸片撕去一个角后揉成纸团，和另外一张纸在同一高度同时释放，观察哪一个下落的快？
现象：纸团下落的快。
疑问：轻的物体比重的物体下落的快？
这也与前面得出的“重的物体比轻的物体下落的快”的结论相矛盾！
探究：影响物体下落的快慢的因素
影响物体下落的快慢的因素是什么呢？
空气阻力
那么，如果没有空气阻力，轻重不同的物体下落的快慢如何呢？
实验4：牛顿管（抽气后，就排除了 空气阻力的影响）
探究：影响物体下落的快慢的因素
结论：没有空气阻力时，轻重不同的物体下落快慢相同。
实验4现象：在抽成真空的牛顿管中重的铁片和轻的羽毛下落的一样快。
一、自由落体运动
1.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.条件：
（1）初速度为零；
（2）只受重力作用（忽略空气阻力）。
3.自由落体运动是一种理想化模型。
在实际生活中当空气阻力远小于重力时，可以认为物体只受重力作用，此时物体由静止下落的运动可以看作自由落体运动。
自由落体加速度
不同纬度的重力加速度g
物体在自由落体运动中的加速度叫做自由落体加速度，也叫重力加速度。
1.定义：在同一地点，一切物体自由下落的加速度都相同。这个加速度就叫做自由落体加速度，也叫重力加速度，通常用g来表示。
4.变化规律：
（1）g随纬度的增加而增大 （赤道g最小，两极g最大)；
（2）g随高度的增加而减小。
2.大小：g=9.8m/s2 ，粗略计算中取g=10m/s2。
3.方向：总是竖直向下。
二、自由落体加速度
匀变速直线运动
自由落体运动
2、自由落体运动的规律
(1)基本规律：
1、自由落体运动是匀变速直线运动的特例，即初速度为0，加速度为g的匀加速直线运动。v0=0 a=g x=h
三、自由落体运动的规律
v=v0+at
x=v0t+1/2at2
v2 v02=2ax
v=gt
h= gt2
v2=2g
举例
【典例1】(多选)(2023·山西忻州检测)下列关于自由落体运动及重力加速度的说法，正确的是(　　)
A．竖直向下的运动一定是自由落体运动
B．熟透的苹果从树枝开始自由下落的运动可被视为自由落体运动
C．相同地点，轻、重物体的g值一样大
D．g值在赤道处大于在北极处
BC
BC　[物体做自由落体运动的条件是初速度为零且只受重力作用，A错；熟透的苹果在下落过程中虽受空气阻力的作用，但该阻力远小于它的重力，可以忽略该阻力，故可将该运动视为自由落体运动，B对；相同地点，重力加速度相同，与质量无关，C对；赤道处g值小于北极处，D错。]
举例
【典例2】拿一个长约1.5 m的玻璃筒，一端封闭，另一端有开关，把金属片和小羽毛放到玻璃筒里，把玻璃筒倒过来，观察它们下落的情况，然后把玻璃筒里的空气抽出，再把玻璃筒倒立过来，再次观察它们下落的情况，下列说法正确的是(　 　)
A．玻璃筒充满空气时，金属片和小羽毛下落一样快
B．玻璃筒充满空气时，金属片和小羽毛均做自由落体运动
C．玻璃筒抽出空气后，金属片和小羽毛下落一样快
D．玻璃筒抽出空气后，金属片比小羽毛下落快
C　[玻璃筒内有空气时，形状和质量都不同的几个物体下落快慢不同，是因为空气阻力不同，导致加速度不同，故A、B错误。玻璃筒内没有空气时，物体做自由落体运动，因为高度相同，加速度都为g，所以下落得一样快，故C正确，D错误。]
C
【典例3】(多选)(2023·江西临川二中高一上期末)如图所示，甲、乙两物体同时从离地高度为2H和H的位置自由下落，不计空气阻力，甲的质量是乙质量的2倍，则(　　 )
A．甲落地的时间是乙落地时间的2倍
B．甲落地时的速率是乙落地时速率的倍
C．甲、乙落地之前，二者之间的竖直距离保持不变
D．甲、乙落地之前，加速度不断增大
举例
BC
1、打点计时器法
(1)按如图所示连接好实验装置，打点计时器固定在铁架台上，纸带一端系着重物，另一端穿过计时器。用手捏住纸带上端，启动打点计时器，松手后重物自由下落，计时器在纸带上留下一串小点。改变重物的质量，重复上面的实验。
(2)对纸带上计数点间的距离h进行测
量，利用hn－hn－1＝gT2，求出重力加速
度的大小。
四 、重力加速度的测量方法
四、重力加速度的测量方法
重力加速度的测量方法
四、重力加速度的测量方法
【典例1】在暗室中用如图甲所示装置做“测定重力加速度”的实验。实验器材有：支架、漏斗、橡皮管、尖嘴玻璃管、螺丝夹子、接水铝盒、一根带荧光刻度的米尺、频闪仪。具体实验步骤如下：
①在漏斗内盛满清水，旋松螺丝夹子，水滴会以一定的频率一滴滴地落下。
②用频闪仪发出的白闪光将水滴流照亮，由大到小逐渐调节频闪仪的频率直到第一次看到一串仿佛固定不动的水滴。
③用竖直放置的米尺测得各个水滴所对应的刻度。
④采集数据进行处理。
甲
乙
举例
(1)实验中观察到水滴“固定不动”时的闪光频率为30 Hz，某同学读出其中比较远的水滴到第一滴水滴的距离如图乙所示，根据数据测得当地重力加速度g＝______m/s2；第7滴水滴此时的速度v7＝______m/s。(结果均保留三位有效数字)
(2)该实验存在的系统误差可能有(答出一条即可)：________________________。
举例
[解析]
(1)由题意可知，由大到小逐渐调节频闪仪的频率直到第一次看到一串仿佛固定不动的水滴，说明相邻两次闪光的时间间隔，刚好等于相邻水滴下落的时间间隔，该时间间隔为T＝f-1＝30-1s，根据逐差法，重力加速度g＝([(43.67－26.39)－(26.39－13.43)]×10－2m)/4T2＝9.72 m/s2，第7滴水滴此时的瞬时速度v7＝((26.39－13.43)×10－2m)/2T＝1.94 m/s。
(2)存在空气阻力，会对水滴的运动产生影响；水滴滴落的频率不恒定也会对实验产生影响。
[答案]　(1)9.72　1.94　(2)存在空气阻力(或水滴滴落的频率变化)
【典例2】某同学用如图所示的装置测定重力加速度：
(1)电火花计时器的工作电压为________，频率为________。
(2)打出的纸带如图所示，实验时纸带的________(填“甲”或“乙”)端应和重物相连接。
(3)纸带上1至9各点为计时点，由纸带所示数据可算出实验时的加速度为_______m/s2。
(4)当地的重力加速度数值为9.8 m/s2，请列出测量值与当地重力加速度的值有差异的一个原因_____________________________________________________。
举例
举例
[解析]
(1)由于电火花计时器直接接入照明电路，其工作电压为220 V，频率为50 Hz。
(2)由于各点之间时间均为0.02 s，点间距离较小处重物下落较慢，由此可知，乙端与重物相连。
(3)由xⅡ－xⅠ＝aT2得x6－x1＝5aT2，由此可得
a＝(x6－x1)/5T2＝（3.92-2.04） 10-2/5 0.022 ＝9.40 m/s2。
[答案]
(1)220 V　50 Hz
(2)乙　
(3)9.40
(4)重物拖着纸带下落时受到摩擦力和空气阻力作用，加速度必然小于重力加速度。
为了测出井口到水面的距离，让一个小石块从井口自由下落，经过2.5s后听到石块击水的声音，估算井口到水面的距离。
解：以竖直向下为正方向，设井口到水面的距离为h。
五、自由落体运动在生活中的应用
1、测高度
2、测反应时间
◆ 反应时间：人从发现情况到采取相应行动经过的时间。
◆ 操作：一位同学捏住尺子的上端，保持直尺竖直不动，你用一只手在直尺的零刻度处做握住木尺的准备。当看到那位同学放开手时,你立即握住木尺。
◆ 读数：直尺下落的距离，即为你所捏处的刻度值。
◆ 处理：根据位移公式可计算出直尺下落的时间。
◆ 结论：直尺下落的时间就是你的反应时间。
五、自由落体运动在生活中的应用
【典例3】《上海晚报》曾报道过这样一则动人的事迹：一位4岁小男孩从45米的高层塔楼坠下，被同楼的一位青年在楼下接住，幸免于难.这位青年从他所在位置冲到楼下需要的时间是1.3s，则该青年要接住孩子，至多允许他反应的时间是(取g=10m/s2)( )
A. 3.0s B. 1.7s C. 0.4s D. 1.3s
B
举例
【典例4】据说，当年牛顿躺在树下被一个从树上掉下的苹果砸中，从而激发灵感发现了万有引力定律。若苹果以4m/s的速度砸中牛顿头部，不计空气阻力，取重力加速度大小g=10m/s2，则该苹果下落前距牛顿头部的高度（ ）
A. 0.4m B. 1.6m C. 0.8m D. 3.2m
C
举例