高中物理人教版必修1课件：第2章 5、6自由落体运动6　伽利略对自由落体运动的研究54张PPT

(共54张PPT)
第二章
5　自由落体运动
6　伽利略对自由落体运动的研究
※ 知道物体做自由落体运动的条件
※ 知道自由落体加速度的大小和方向
※※ 掌握自由落体运动的规律，并能解决相关实际问题
※ 学习伽利略研究自由落体运动的科学思维方法和巧妙的实验构思
课 前 预 习
1．定义：物体只在________作用下从________开始下落的运动。
2．特点
(1)运动特点：初速度等于_____的匀加速直线运动。
(2)受力特点：只受_______作用。
自由落体运动
重力
静止
零
重力
1．定义：在同一地点，一切物体自由下落的加速度都_______，这个加速度叫自由落体加速度，也叫_____________，通常用g表示。
2．方向：___________。
3．大小：在地球上不同的地方，g的大小一般是________，一般计算中g取______或10m/s2。
自由落体加速度
相同
重力加速度
竖直向下
不同的
9.8
1．自由落体运动实质上是初速度v0＝___，加速度a＝___的___________运动。
自由落体运动规律
0
g
匀加速直线
gt　
2gh　
1．亚里士多德的观点：物体下落的快慢是由它们的________决定的。
2．伽利略的研究：
(1)归谬：伽利略从________________的论断出发，通过逻辑推理，否定了____________的论断。
(2)猜想：伽利略猜想自由落体运动是一种最简单的变速运动，它的速度应该是___________的。
(3)数学推理：伽利略通过数学推理得出初速度为零的匀变速直线运动应有_______。
伽利略对自由落体运动的研究
重量
亚里士多德
亚里士多德
均匀变化
x∝t2

(4)实验结果：
①小球沿斜面滚下的运动是__________________运动。
②只要斜面的倾角一定，小球的加速度都是_________的。
③增大斜面的倾角，小球的加速度随斜面倾角的增大而_________。
(5)合理外推：伽利略认为当斜面倾角为_______时，小球将自由下落，仍会做_____________运动。
匀加速直线
相同
增大
90°
匀变速直线
『判一判』
(1)在空气中自由释放的物体做自由落体运动。(　　)
(2)物体在真空中一定做自由落体运动。(　　)
(3)自由释放的物体只有重力作用下一定做自由落体运动。(　　)
(4)在同一地点，轻重不同的物体自由落体加速度一样大。(　　)
(5)自由落体加速度的方向垂直地面向下。(　　)
×
×
√
√
×
解析：真空中苹果和羽毛都做自由落体，运动情况完全相同，故选项C正确。
C
课 内 探 究
在有空气的玻璃管中，金属片比羽毛下落得快；在抽掉空气的玻璃管中，金属片和羽毛的下落快慢相同。
探究一 对自由落体运动的理解
(1)实验表明：只受重力作用时，物体下落快慢有什么规律？
(2)空气中的落体运动在什么条件下可看作自由落体运动？
(3)自由落体运动与匀变速直线运动存在什么关系？
提示：(1)相同；(2)初速度为零，忽略空气阻力；(3)自由落体运动是初速度为零的匀加速直线运动。
1．物体做自由落体运动的条件
(1)运动条件：初速度为零；
(2)受力条件：除重力之外不受其他力的作用。
2．自由落体运动是一种理想化模型
(1)这种模型忽略了次要因素——空气阻力，突出了主要因素——重力。(在地球上，物体下落时由于受空气阻力的作用，并不做自由落体运动。)
(2)当空气阻力远小于重力时，物体由静止开始的下落可看作自由落体运动。如在空气中自由下落的石块可看作自由落体运动，空气中羽毛的下落不能看作自由落体运动。

3．自由落体运动的实质
自由落体运动是初速度v0＝0，加速度a＝g的匀加速直线运动，它只是匀变速直线运动的特例。
4．自由落体运动的规律
(1)自由落体运动是匀变速直线运动在v0＝0、a＝g时的一个特例。所以匀变速直线运动的基本公式以及推论都适用于自由落体运动。
特别提醒：物体在其他星球上也可以做自由落体运动，但下落的加速度与在地球表面下落的加速度不同。


解题指导：如果将这5滴水的运动等效为一滴水的自由落体，并且将这一滴水运动的全过程分成时间相等的4段，设时间间隔为T，则这一滴水在0时刻，Ts末、2Ts末、3Ts末、4Ts末所处的位置，分别对应图示第5滴水、第4滴水、第3滴水、第2滴水、第1滴水所处的位置，据此可用多种方法作出解答。
答案：(1)3.2m，(2)0.2s
AC


解析：根据题意，小球先从空中自由下落，与水平地面相碰后再弹到空中某一高度，由速度—时间图象可知小球下落的最大速度为5m/s，小球第一次反弹初速度的大小为3m/s；由v2＝2gh可以计算出，h＝0.45m，综上所述，A、C正确，B、D错误。
如图所示，屋檐上水滴下落的过程可以近似地看作是自由落体运动。假定水滴从5m高的屋檐上无初速滴落，水滴下落到地面所用的时间为1s，则当地的重力加速度约为多少呢？
答案：10
探究二 自由落体加速度
1．自由落体加速度的产生原因
由于地球上的物体受到地球的吸引力而产生的。
2．自由落体加速度的大小
与所处地球上的位置及距地面的高度有关。
(1)在地球表面会随纬度的增加而增大，在赤道处最小，在两极最大，但差别很小。
(2)在地面上的同一地点，随高度的增加而减小，但在一定的高度范围内，可认为重力加速度的大小不变。通常情况下取g＝9.8m/s2或g＝10m/s2。
3．自由落体加速度的方向
(1)方向竖直向下，不是垂直向下，也不是指向地球球心。
(2)由于地球是球体，各处重力加速度的方向并不相同。
4．重力加速度的三种测量方法
(1)打点计时器法
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。
(1)实验时下面的步骤先后顺序是________。
A．释放纸带 B．打开打点计时器
(2)打出的纸带如下图所示，可以判断实验时重物连接在纸带的_____端。(选填“左”或“右”)。
BA
左
(3)已知纸带上记录的点为打点计时器打的点，打点计时器在打C点时物体的瞬时速度大小为________m/s，所测得的重力加速度大小为________m/s2。



(4)若当地的重力加速度数值为9.8m/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____________________________________。
解题指导：根据用打点计时器测加速度的方法步骤作答。
1.17
9.75
纸带与打点计时器的摩擦；空气阻力
解析：取3个瞬时位置为一个计数点，则T＝0.12s
由图可知相邻计数点间距相差Δh＝14.2×10－2m
根据Δh＝gT2
得g≈9.86m/s2。
9.86
落体运动随处可见：从空中释放的小球会落向地面，熟透了的苹果要掉到地上，雨滴从天空中掉落下来……我们会看到，不同的物体下落得不一样快。早在两千多年前，古希腊的哲学家亚里士多德就已经认识到这一现象，并认为物体下落的快慢是由它们的重力决定的，他的观点正确吗？
提示：不正确。
探究三 伽利略对自由落体的研究
(3)由于不能用实验直接验证自由落体运动是匀变速运动，伽利略采用了间接验证的方法：
①运用数学推导的方法得出初速度为零的匀变速直线运动符合x∝t2。
②运用斜面实验测出小球沿光滑斜面向下的运动符合x∝t2，是匀变速直线运动。
③伽利略将上述结果合理外推到将斜面倾角增大到90°的情况，成为自由落体。
④从而得出结论：自由落体运动是初速度为零的匀加速直线运动。
C
解题指导：认真阅读教材，领悟伽利略的科学研究方法，注意各研究环节的先、后顺序及联系。
解析：伽利略探究物体下落规律的过程是：先对亚里士多德得出的落体运动的结论提出质疑——大小石块捆在一起下落，得出矛盾的结论；猜想——下落的运动是最简单的变速运动，速度与时间成正比；数学推理——如果v∝t，则有h∝t2；实验验证——设计出斜面实验并进行研究，得出光滑斜面上滑下的物体的运动规律x∝t2；合理外推——将光滑斜面上滑下的物体的运动规律x∝t2推广到落体运动。从探究的过程看，选项C正确。
AC



解析：伽利略研究自由落体运动时，由于当时的条件所限，不能直接对自由落体运动进行研究，而是采取通过斜面实验，来“冲淡”重力的作用，使实验现象更明显，然后外推的方法得到的，选项BD错误，选项AC正确。
素 养 提 升
自由落体运动规律的三点注意
A
课 堂 达 标
课 时 作 业