粤教版高中物理必修第一册第二章匀变速直线运动第四节自由落体运动课件（37页PPT）

(共37张PPT)
第二章　匀变速直线运动
第四节　自由落体运动
1.通过对物体下落快慢因素的探究，培养学生科学探究意识.
2.知道物体做自由落体运动的条件，知道自由落体运动是初速度为零 的匀加速直线运动.
3.掌握自由落体运动加速度的大小、方向，理解影响重力加速度的因 素.
4.掌握自由落体运动的规律，并在解决有关实际问题的过程中，体会 科学思维的重要性.
学习任务一 影响物体下落快慢的因素
教材新知梳理
1. 亚里士多德认为，重的物体下落 ，轻的物体下落 ，并断言物 体下落快慢由它们的 决定.

2. 伽利略推断出，重的物体不会比轻的物体下落得 .我们通过实验可以 初步看出：物体下落快慢与物体的轻重 .
快　
慢　
重量　
快　
无关　
不同　
接
近　
相同　
关键核心突破
　　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 度尺可以测量人的反应时间：如图(1)所示，甲捏住尺的上端，乙在尺的下部 做握尺的准备(但不与尺接触)，当看到甲放开手时，乙立即握住尺，若乙做 握尺准备时，手指位置如图(2)所示，而握住尺的位置如图(3)所示.
(1)要测乙同学的反应时间应测量出什么物理量？
提示：(1)要测量反应时间内尺子下落的高度h＝45 cm.
(2)应用哪个公式来计算乙同学的反应时间？约为多少？
1. 两个截然相反的结论
伽利略指出：根据亚里士多德的论断，一块大石头的下落速度要比一块小石 头的下落速度大，假定大石头的下落速度为8v，小石头的下落速度为4v.由这 一观点出发，当我们把两块石头拴在一起时，对于下落快慢就有两种结论：
结论一：下落快的会被下落慢的拖着而减慢，下落慢的会被下落快的拖下而 加快，结果整个系统的下落速度应该小于8v而大于4v；
结论二：两块石头拴在一起，加起来比大石头还要重，其下落的速度比任何 一个物体都要快，速度应该大于8v.
2. 实验与探究
如图所示是课题研究小组进行自由落体运动实验时，用频闪连续拍照的方法 获得的两张照片A和B，任选其中的一张回答下列几个问题：
照片A　现象：从同一高度同时由静止释放的纸片和纸团，纸团下落得快， 先落地.
解释：质量相等的纸片和纸团，纸片受到的空气阻力较大，不能忽略，纸片 的运动不是自由落体运动，而纸团受到的空气阻力较小，可以忽略，可以看 成是自由落体运动.
照片B　现象：质量不等的铅球和木球，同时从同一高度由静止释放，它们 同时落地.
解释：铅球和木球受到的空气阻力都可以忽略，它们的运动都可以看成是自 由落体运动，所以同时落地.
结论：物体下落过程的运动情况与物体质量无关.伽利略的观点正确.
C
A. 两球在下落过程中受到的空气阻力不同，先落地的受空气阻力小
B. 两球在下落过程中受到的空气阻力不同，先落地的受空气阻力大
C. 两球下落过程中受到的空气阻力相同，先落地的是实心球，重力远大于阻 力
D. 两球下落过程中受到的空气阻力相同，先落地的是空心球，阻力与重力 比，差别较小
思路点拨：空气阻力与重力的大小关系影响铁球下落快慢.
解析：两球形状完全相同，在下落过程中所受空气阻力近似相同，下落快慢 不同的原因是重力不同，故C正确.
［跟踪练习］
A. 重的物体下落得快
B. 轻的物体下落得快
C. 轻、重两物体下落得一样快
D. 以上都不是
解析：伽利略认为物体在下落过程中运动情况与物体的质量无关，故C正确.
C
学习任务二 自由落体运动及规律
教材新知梳理
1. 自由落体运动定义：物体 作用下从 开始下落的运动.
2. 重力加速度：在同一地点，一切物体自由下落的加速度都 ，方向 总是 ，这个加速度叫作自由落体加速度，也叫重力加速度.在 地球不同的纬度，g的大小是 .通常的计算可以把g取作9.8 m/s2， 粗略计算可以取作 .
3. 自由落体运动的速度公式：vt＝ .
4. 自由落体运动的位移公式：s＝ .
只在重力　
静止　
相同　
竖直向下的　
不同的　
10 m/s2　
gt　
关键核心突破
1. 基本规律
(1)速度公式：vt＝gt.
A. 重力加速度g是标量，只有大小，没有方向，通常计算中g取9.8 m/s2
B. 在地球上不同的地方，g的大小不同，但它们相差不是很大
C. 在地球上同一地点同一高度，一切物体在自由落体运动中的加速度都相同
D. 在地球上的同一地方，离地面高度越大，重力加速度g越小
BCD
解析：重力加速度是矢量，方向竖直向下，与重力的方向相同.在地球表面不 同的地方，g的大小略有不同，但都在9.8 m/s2左右，A错误，B正确；在地球 表面同一地点同一高度，g的值都相同，但随着高度的增大，g的值逐渐减 小，C、D正确.
【典例3】　从离地面80 m的空中自由下落一个小球，g取10 m/s2，求：
(1)经过多长时间小球落地？
答案：(1)4 s　
(2)自开始下落时计时，在第1 s内和最后1 s内的位移.
答案：(2)5 m　35 m
［一题多变］
在上题中，试求下落时间为总时间一半时的位移.
答案：20 m
A. 重的物体的g值大
B. g值在地面任何地方一样大
C. 重力加速度g等于9.8 m/s2是理想数据，真实实验中无法得到
D. 同一地点的不同质量的物体g值一样大
D
解析：自由落体运动的加速度g是由重力产生的，重力加速度与物体的质量无关，故A错误；地面上的物体的重力加速度受纬度和海拔的影响，纬度越高，海拔越低，重力加速度越大，赤道处小于南北两极处的重力加速度，故B错误；g值可以在实验中得到，故C错误；同一地点轻重物体的g值一样大，D正确.
A B C D
D
解析：甲、乙两个小铁球从不同高度做自由落体运动，则运动时间不同，高 度高的，位移大，运动时间长，但同时落地，说明高度高的先释放，故A、B 错误；都做自由落体运动，加速度相同，则v－t图像的斜率相同，运动时间 不等，故C错误，D正确.
学习任务三 自由落体加速度的测量
关键核心突破
1. 利用打点计时器测重力加速度
(1)按图示连接好线路，并用手托重物将纸带拉到最上端.
(2)安装打点计时器时要使两限位孔在同一竖直线上，以减小摩擦阻力.
(3)应选用质量和密度较大的重物.增大重力可使阻力的影响相对减小；增大 密度可以减小体积，可使空气阻力减小.
(4)先接通电源再放开纸带，打完一条纸带后立刻断开电源.
(5)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.
2. 频闪照相法
【典例4】　某同学用如图甲所示的装置测定重力加速度.
甲　　 乙
(1)电火花计时器的工作电压为 V，它使用 (选填“交流”或 “直流”)电源，当电源频率是50 Hz时，它每隔 s打一次点.
(2)打出的纸带如图乙所示，实验时纸带的 (选填“甲”或“乙”)端应 和重物相连接.
解析：(2)重物拖着纸带运动，速度越来越大，在相等时间内的位移越来越 大，所以实验时纸带的乙端应与重物相连.
220　
交流　
0.02　
乙　
乙
(3)由纸带所示数据可算出实验时的加速度为 m/s2(结果保留三位有效 数字).
(4)当地的重力加速度g＝9.80 m/s2，请列出测量值与当地重力加速度的值有 差异的可能原因： .
解析：(4)重物下落时会受到空气阻力、纸带与打点计时器间的摩擦等，这些 都会影响测量结果.
9.60　
空气阻力的影响、摩擦阻力的影响、数据的测量等　
［跟踪练习］
4. 如图甲所示是小明同学测定 当地重力加速度的装置图，他进行了如下操作：他先安装好电磁打点计时器，打点计时器两个接线头与6 V、50 Hz交流电源相连，将纸带固定上重锤，并穿过打点计时器的限位孔，用夹子夹住纸带上端待重锤稳定于图示位置，松开夹子后迅速接通电源打点，之后将打好点的纸带取下准备处理数据.
(1)上述操作中不当之处有 (填正确答案标号，多选).
A. 打点计时器接在低压电源上了
B. 打点计时器安装位置过高，使重锤初始位置离打点计时器太远
C. 先放纸带后接通电源
解析：(1)电磁打点计时器使用的是低压交流电源，故A不符合题意；释放纸 带时，使重锤初始位置靠近打点计时器，故B符合题意；先接通电源，后释 放纸带，故C符合题意.
BC　
(2)小明同学按照正确的操作得到了一条较为理想的纸带，选择某一点为0， 依次每隔四个打印点取一个计数点编号为1、2、3、4、5、…，由于不小心， 纸带被撕断了，如图乙所示.请在B、C、D三段纸带中选出从纸带A上撕下的 那段应该是 (填正确答案标号).
解析：(2)相邻相等时间内的位移之差Δx＝16.48 cm－6.74 cm＝9.74 cm，则 4、5点间的距离x45＝x12＋3Δx＝16.48 cm＋9.74×3 cm＝45.70 cm，故D正确.
(3)依据小明打出的纸带求得当地重力加速度大小为 m/s2.
D　
9.74　
A. 在月球上的同
一高度同时由静止
释放的羽毛和铁锤
(月球上为真空)
A
B. 跳伞运动员
从高空下落
C. 跳水运动员
入水过程
D. 从山涧落下的瀑布
解析：月球上为真空，羽毛和铁锤下落过程中只受重力作用，v0＝0，故它们 的运动符合自由落体运动，A正确；B、C两项中运动员在运动过程中所受空 气阻力和水的阻力都不能忽略，故其运动不符合自由落体运动规律，B、C错 误；D项中瀑布从山涧下落时空气阻力可以忽略，v0不为零，故不可看作自由 落体运动，D错误.
A B C D
解析：由于自由落体运动是初速度为零的匀加速直线运动，所以速度v＝gt， D项正确.
D
A. 甲比乙先着地 B. 甲比乙的加速度大
C. 甲与乙同时着地 D. 甲与乙的加速度一样大
CD
4. 登上月球的航天员利用频闪仪(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　
亚里士多德的落体理论
古代落体研究的代表人物是亚里士多德(Aristotle，公元前384年—公元前 322年).亚里士多德的研究一开始就是动力学的.这些动力学研究的根据是从经 验中归纳出的直觉，并结合了数学的推导.亚里士多德得到了两个定律，即强 迫运动定律和落体运动定律.
亚里士多德认为影响物体下落运动快慢的因素有两个：(1)运动所通过的媒 质不同(如通过水或土或空气)；(2)运动物体自身轻或重的程度不同.为此，亚 里士多德得到的落体运动定律是：“如果运动的其他条件相同的话，物体下 落的时间与它们自身的重量成反比，如一物体的重量是另一物体的两倍，则 在同一媒质中重物下落只用轻物下落一半的时间.”
遗憾的是，亚里士多德的两条定律都是错的.
为了建立新的力学理论体系，必须要破除亚里士多德的力学理论和他的权 威，而亚里士多德运动学是其理论体系的一个最关键的部分.
应该看到，亚里士多德的理论体系有合理的地方，它注意到直接经验的作 用，直接经验为理论解释提供了一定基础，而它在经典哲学中的地位也是非 常牢固的.所以，破除亚里士多德的落体运动理论除了具有解放思想的意义之 外，对建立新的运动理论也具有重要意义.
(1)亚里士多德关于物体下落快慢的观点，核心内容是什么？
提示：物体越重，下落越快.
(2)伽利略关于物体下落快慢的观点是什么？
提示：只受重力作用时，轻重物体下落一样快.