2.4 自由落体运动(共38张ppt)

粤教版 必修一 第二章
第二章 匀变速直线运动
第四节 自由落体运动
新课导入
生活中常见的落体运动
跳伞运动
游乐场设施
雨滴下落
树叶飘落
物体下落的运动有没有一定的规律可循呢？
实验与探究
猜想一：影响物体下落快慢的因素是重量
硬币 VS 纸片
硬币快
重的物体下落得快
实验结果
结论
亚里士多德
我通过对大量的物体下落的观察，发现重的物体比轻的物体下落得快。
重的物体一定比轻的物体下落得快吗？
实验与探究
猜想一：影响物体下落快慢的因素是重量
硬币 VS 纸片
硬币快
重的物体下落得快
纸团 VS 纸片
纸团快
一样重的物体下落快慢不同
小纸团 VS 大纸片
小纸团快
轻的物体下落得快
重的物体不一定下落得快，轻的物体下落不一定慢
实验结果
结论
????????=????
?
????????=????
?
????????????>????
?
?????
伽利略
假设：重的物体下落得快
结论：重的物体下落得慢
相互矛盾！
物体下落快慢与物体的轻重无关
逻辑推理
亚里士多德
我通过对大量的物体下落的观察，发现重的物体比轻的物体下落得快。
伽利略
根据我仔细的分析和实验研究，物体的下落只有一种可能性：物体下落的快慢不是由它们的轻重决定的，重的物体与轻的物体应该下落得同样快
猜想二：影响物体下落快慢的因素是空气阻力
猜想二：影响物体下落快慢的因素是空气阻力
探究思路：
比较轻重不同物体在有、无空气阻力时的运动情况
实验与探究
实验器材：
真空管/牛顿管
小金属片、小羽毛（形状和质量都不相同的物体）
实验：观察轻重不同物体在有、无空气阻力时的运动情况
实验器材：
实验：观察轻重不同物体在有、无空气阻力时的运动情况
实验器材：
绑着一小根铁丝的羽毛
铁片
电磁铁
实验：观察轻重不同物体在有、无空气阻力时的运动情况
实验器材：
实验：观察轻重不同物体在有、无空气阻力时的运动情况
未抽出空气即有空气阻力时，
铁片比羽毛下落得快；
实验：观察轻重不同物体在有、无空气阻力时的运动情况
抽出所有空气即无空气阻力时，
铁片和羽毛下落得同样快
实验现象：
实验结论：
影响下落物体运动快慢的因素是空气阻力的作用，如果没有空气阻力的影响，物体只受到重力作用，所有物体下落的快慢是相同的
伽利略√
Part 01
自由落体运动
只受重力作用（真空）
初速度为0
自由落体运动
物体只在重力作用下从静止开始下落的运动
1、定义：
2、条件：
理想化物理模型！
月球上（真空环境）的物体下落
1971年,阿波罗15号的宇航员大卫.斯科特在无空气月球表面上进行了实验：一只手握着1.32公斤重的锤子，另一只手捏着0.03公斤重的羽毛，从同一高度静止释放。
大卫.斯科特
(David Scott)
月球上（真空环境）的物体下落
现象：
结论：
羽毛和锤子同时落到了月球表面
没有空气阻力的影响时，物体只受到重力作用，所有物体由静止开始下落的快慢是相同的
未曾做过却广泛流传的实验
为什么生活中物体的下落存在空气阻力，但两个铁球的运动情况还会一样呢？
虽然铁球会受到空气阻力的影响，但空气阻力远小于重力，空气阻力的影响可以忽略不计，物体的下落也可近似看作自由落体运动。
思考与讨论
只受重力作用（真空）
初速度为0
自由落体运动
物体只在重力作用下从静止开始下落的运动
1、定义：
2、条件：
理想化物理模型！
空气阻力影响很小可以忽略不计时，物体的下落可近似看作自由落体运动
思考与讨论
自由落体运动是什么性质的运动呢？
猜想：初速度为零的匀加速直线运动
如何验证猜想？
速度特点：
位移特点：
匀加速直线运动
在相等时间内的速度变化量相等
任意两个连续相等的时间内的位移之差相等
—— 打点计时器、频闪照相机……
实验：用频闪照片研究自由落体运动
{5940675A-B579-460E-94D1-54222C63F5DA}时间(????=130????)
第一段时间T
第二段时间T
第三段时间T
第四段时间T
第五段时间T
第六段时间T
第七段时间T
位移 s /cm
{5940675A-B579-460E-94D1-54222C63F5DA}
第一段时间T
第二段时间T
第三段时间T
第四段时间T
第五段时间T
第六段时间T
第七段时间T
位移 s /cm
{5940675A-B579-460E-94D1-54222C63F5DA}时间(????=130????)
位移 s
第一段时间T
第二段时间T
第三段时间T
第四段时间T
第五段时间T
第六段时间T
第七段时间T
{5940675A-B579-460E-94D1-54222C63F5DA}
位移 s
第一段时间T
第二段时间T
第三段时间T
第四段时间T
第五段时间T
第六段时间T
第七段时间T
????1=
?
????2=
?
????3=
?
????4=
?
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?
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?
????7=
?
0.5?????????
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1.7?????????
?
2.7?????????
?
3.8?????????
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4.9?????????
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6.0?????????
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7.1?????????
?
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?
????3?????2=1.0?????????
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????4?????3=1.1?????????
?
????5?????4=1.1?????????
?
????6?????5=1.1?????????
?
????7?????6=1.1?????????
?
只受重力作用（真空）
初速度为0
自由落体运动
物体只在重力作用下从静止开始下落的运动
1、定义：
2、条件：
理想化物理模型！
空气阻力影响很小可以忽略不计时，物体的下落可近似看作自由落体运动
初速度为零的匀加速直线运动
3、性质：
实验：用频闪照片研究自由落体运动
{5940675A-B579-460E-94D1-54222C63F5DA}时间(????=130????)
位移 s
第一段时间T
第二段时间T
第三段时间T
第四段时间T
第五段时间T
第六段时间T
第七段时间T
{5940675A-B579-460E-94D1-54222C63F5DA}
位移 s
第一段时间T
第二段时间T
第三段时间T
第四段时间T
第五段时间T
第六段时间T
第七段时间T
????1=
?
????2=
?
????3=
?
????4=
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????5=
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????6=
?
????7=
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0.5?????????
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1.7?????????
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2.7?????????
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3.8?????????
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4.9?????????
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6.0?????????
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7.1?????????
?
????=(????5+????6+????7)?(????1+????2+????3)3×4????2
?
????=9.825?????/????2
?
请根据数据求出加速度
自由落体运动
初速度为零的匀加速直线运动
3、性质：
重力加速度
大小：一般取 ????=9.8?????/????2?，粗略计算可取 ????=10?????/????2?。
方向：竖直向下（垂直于当地水平面向下）。
?
同一地点， ????相同；不同地点， ????不同。
?
重力加速度的细微变化
结论：纬度升高，g值增大；海拔升高， g值减小
匀变速直线运动
自由落体运动
自由落体运动是初速度为零，加速度为g的匀加速直线运动。
你能写出自由落体运动的规律吗？
自由落体运动 (v0=0, a=g , s = h )
试一试
自由落体运动
初速度为零的匀加速直线运动
3、性质：
重力加速度
????=9.8?????/????2?
?
4、规律：
v0=0
a=g
s=h
????=????0+at????=????0t+12at?2????2?????02=2a????
?
????=????th=12????t?2????2=2????h
?
趣味思考
一只熊不慎掉进19.66 m的深坑内，落到坑底用了2 s，
请问：这只熊是什么颜色的？
? 北极熊?：主要分布在北极地区，特别是北冰洋沿岸。
? 棕熊?：
?阿拉斯加棕熊?：分布在阿拉斯加地区。
?欧洲棕熊?：分布在欧洲大陆。
?北美灰熊?：分布在北美大平原。
?亚洲棕熊?：分布在喜马拉雅山以北的亚洲大陆。
? 美洲黑熊?：分布在北美洲的森林地带
?眼镜熊?：分布在南美洲北部，是唯一到达南半球的熊种。
? 亚洲黑熊?：分布在东亚和南亚的丛林地区。
课堂练习
3、一颗自由下落的小石头，经过某点时的速度是9.8 m/s，经过另一点时的速度是39.2 m/s，求这两点间的距离和经过这段距离所用的时间
教材P51
Part 02
伽利略对自由落体运动的研究
伽利略对自由落体运动的研究
方案设计
困难一：速度无法直接测量
突破：间接验证
困难二：
突破：利用斜面“冲淡”重力，使其加速度减小
落体运动时间太快，无法准确测量
逻辑推理
质量不同的小球沿同一斜面下落，加速度相同
小球做匀加速直线运动
实验验证
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
倾角越大，越接近落体运动
倾角为900，就是自由落体运动
做自由落体运动的物体加速度相同
实验验证 → 合理外推
（1）逻辑归谬：否定亚里士多德
（2）猜想假说：落体运动的规律相同，是一种简单的变速运动。如x∝t或v∝x
（3）逻辑推理（包括数学演算）：v0=0，则 v∝ t → x ∝t2
（4）实验验证（间接）：利用斜面来“冲淡”重力
（5）合理外推：从斜面到竖直的自由落体规律一致
伽利略的研究方法：逻辑推理+实验
课堂练习
1、关于自由落体运动，下列说法正确的是 (　　)
A. 物体从静止开始下落的运动就是自由落体运动
B. 如果空气阻力比重力小得多，空气阻力可以忽略不计，这时由静止
开始下落的运动可以看成自由落体运动
C. 一个棉花团由静止开始下落的运动是自由落体运动
D. 雨滴经过窗子的这段运动可以看作是自由落体运动
B
课堂练习
2、(多选)关于自由落体运动，下列说法正确的是(　　)
A. 自由落体运动是一种匀变速直线运动
B. 物体刚下落时，速度和加速度都为零
C. 物体的质量越大，下落时加速度就越大
D. 当地重力加速度为9.8 m/s2，则物体在该处自由下落的过程中，
每秒速度都增加9.8 m/s
课堂练习
3、有一条竖直悬挂起来的长为4.2 m的细杆AB，在杆的正下方离B端0.8 m的地方有一个水平放置的圆环C，如图所示，若让杆自由下落，求：(g取10 m/s2)
(1) 从杆下落开始，上端A及下端B到达圆环所经历的时间；
(2) AB杆通过圆环的过程中所用的时间。