2021-2022学年高中物理-第1章-运动的描述-7-对自由落体运动的研究教案-教科版必修1.doc

2021-2022学年高中物理 第1章 运动的描述 7 对自由落体运动的研究教案 教科版必修12021-2022学年高中物理 第1章 运动的描述 7 对自由落体运动的研究教案 教科版必修1年级：姓名：- 12 -对自由落体运动的研究学 习 目 标知 识 脉 络(教师用书独具)1.了解伽利略对自由落体运动的研究方法，领会伽利略的科学思想2知道自由落体运动概念，了解物体做自由落体运动的条件3理解自由落体运动的加速度，知道它的大小和方向(重点)4掌握自由落体运动规律，并能解决相关实际问题(重点、难点)一、自由落体运动1对下落物体的认识(1)古希腊哲学家亚里士多德提出了物体越重下落越快的观点(2)通过实验说明造成“重快轻慢”的真正原因是：空气对物体的阻碍作用2自由落体运动(1)定义：物体只在重力作用下由静止开始下落的运动(2)条件：物体的初速度为零；物体只受重力作用(3)性质：初速度为零的匀加速直线运动二、伽利略对落体运动规律的探究1亚里士多德的观点：物体下落快慢是由它们的重量决定的，越重的物体下落得越快2发现问题：伽利略通过“落体归谬”推翻了亚里士多德的“重的物体比轻的物体下落快”的说法3提出假说：他认为自然界总是习惯于运用最简单和最容易的手段由此，提出了假说：物体下落的过程是一个速度逐渐增大的过程，速度与时间成正比，即vt，又从假设出发导出物体下落的距离与时间的平方成正比，即ht2.4间接验证：伽利略让铜球在近似光滑的斜槽上滚下进行实验，验证了运动距离与时间的平方成正比，从而间接证实了他的假说5合理外推：将斜面倾角外推到90，此时物体做自由落体运动，物体自由下落时的加速度用g表示，称为自由落体加速度或重力加速度，并从假设得出，自由落体运动是初速度为零、加速度恒定的匀加速直线运动6伽利略研究自然规律的科学方法数学分析、逻辑推理、实验方法三、自由落体加速度1自由落体加速度(1)概念：在同一地点，物体做自由落体运动的加速度都相同，这个加速度叫自由落体加速度，也叫重力加速度用g表示(2)方向：竖直向下(3)大小：在地球上其大小随地理纬度的增加而增大，在赤道上最小，两极处最大，一般计算中常取g9.8_m/s2或g10 m/s2.2自由落体运动规律(1)性质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(2)基本公式速度公式：vtgt.位移公式：hgt2.1思考判断(1)只在重力作用下的下落运动就是自由落体运动()(2)物体越重，重力加速度越大，下落得越快()(3)理想斜面实验是通过“合理外推”得出自由落体运动的规律的，并没有直接验证自由落体运动的规律()(4)重力加速度的方向总是垂直地面向下()(5)物体在月球上做自由落体运动的重力加速度也是9.8 m/s2.()2(多选)一个铁钉和一团棉花同时从同一高处下落，总是铁钉先落地，这是因为()A铁钉比棉花团重B棉花团受到的空气阻力不能忽略C棉花团的加速度比重力加速度小D铁钉的重力加速度比棉花团的重力加速度大BC铁钉下落快，原因是棉花团受到的空气阻力相对其重力不能忽略，导致加速度比铁钉的加速度小，与各自的重力无关，故B、C正确，A错误；两者的重力加速度与质量无关，同一地点物体的重力加速度相同，故D错误自由落体运动1自由落体运动是一种理想化模型这种模型忽略了次要因素空气阻力，突出了主要因素重力实际中，物体下落时由于受空气阻力的作用，并不做自由落体运动，只有当空气阻力远小于重力时，物体由静止开始的下落才可看成自由落体运动，如在空气中自由下落的石块可看成自由落体运动，空气中羽毛的下落不能看成自由落体运动2自由落体运动的实质自由落体运动是初速度v00，加速度ag的匀加速直线运动，是匀变速直线运动的一个特例3运动图像：自由落体运动的vt图像是一条过原点的倾斜直线，斜率kg.1(多选)关于自由落体运动，下列说法中正确的是()A一张纸片在地球表面自由下落，可以看成自由落体运动B一个钢球在地球表面自由下落，可以看成自由落体运动 C在地球上同一地点，一切物体在自由落体运动中落至同一高度时的加速度都相同D轻物体和重物体的重力加速度不同BC地球表面有空气，纸片受到空气阻力较大，不能忽略，钢球受到的阻力比重力小得多，可以忽略，因此钢球的自由下落可以看成自由落体运动，纸片的自由下落不能看成自由落体运动，A错误，B正确；重力加速度是矢量，方向竖直向下，在地球的表面，不同的地方重力加速度g的大小略有不同，在地球表面同一地点，g的值都相同，但随着高度的增大，g的值逐渐减小，重力加速度与物体的质量无关，C正确，D错误2关于自由落体运动，下列说法中正确的是 ()A不考虑空气阻力的运动是自由落体运动B物体做自由落体运动时不受任何外力作用C被运动员推出去的铅球的运动是自由落体运动D自由落体运动是初速度为零的匀加速直线运动D自由落体运动的特点是初速度为零，仅受重力作用不考虑空气阻力的运动不一定是自由落体运动，故A、B错误；被运动员推出去的铅球具有水平初速度，不满足自由落体运动的条件，C错误；自由落体运动是初速度为零的匀加速直线运动，D正确. 自由落体加速度1自由落体加速度的大小(1)产生原因：由于处在地球上的物体受到重力作用而产生的，因此也称为重力加速度(2)大小：与所处地球上的位置及距地面的高度有关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g9.8 m/s2，粗略计算时可取g10 m/s2.2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3重力加速度的测量方法(1)打点计时器法利用如图所示装置，让物体自由下落打出点迹清晰的纸带对纸带上计数点间的距离x进行测量，利用g，求出重力加速度(2)频闪照相法：频闪照相机可以间隔相等的时间拍摄一次，利用频闪照相机可追踪记录做自由落体运动的物体在各个时刻的位置，根据匀变速运动的推论xgT2可求出重力加速度g.也可以根据v，求出物体在某两个时刻的速度，由g，也可求出重力加速度g. (3)滴水法：如图所示，让水滴自水龙头滴下，在水龙头正下方放一个盘，调节水龙头，让水一滴一滴地滴下，并调节到使第一滴水碰到盘的瞬间，第二滴水正好从水龙头口开始下落，并且能依次持续下去用刻度尺测出水龙头口距盘面的高度h，再测出每滴水下落的时间T，其方法是：当听到某一滴水滴落在盘上的同时，开启秒表开始计时，之后每落下一滴水依次数1、2、3、，当数到n时按下秒表停止计时，则每一滴水下落的时间为T，由hgT2 得g.(4)误差来源：打点计时器法的误差主要来自阻力的影响和测量误差频闪照相法和滴水法的误差主要是测量误差【例1】甲、乙两图都是使用电磁打点计时器测量重力加速度g的装置示意图，已知该打点计时器的打点频率为50 Hz. 甲 乙 丙(1)甲、乙两图相比较，哪个图所示的装置更合理？(2)丙图是采用较合理的装置并按正确的实验步骤进行实验打出的一条纸带，其中打出的第一个点标为1，后面依次打下的一系列点迹分别标为2、3、4、5、经测量，第15至第17点间的距离为11.70 cm，第1至第16点间距离为43.88 cm，则打下第16个点时，重物下落的速度大小为_m/s，测出的重力加速度值为g_ m/s2.(要求保留三位有效数字)思路点拨：利用v求打第16个点时物体的速度利用vgt和hgt2求g.解析(1)甲图释放时更稳定，既能更有效地减小摩擦力，又能保证释放时初速度的大小为零，所以甲图更合理(2)自由落体运动是初速度为零的匀加速直线运动，所以v162.93 m/s又根据v16gthgt2可得g9.78 m/s2.答案(1)甲图(2)2.939.780.02利用纸带求重力加速度的三种方法(1)逐差法：依据相等时间间隔内的位移差为定值，即xgT 2，则g.(2)平均值法：依据位移公式xgt 2，得g，并多次测量x、t，求多个g值，再取平均值(3)图像法：用vn，求各打点时刻的瞬时速度，画出vt图像，由图像斜率求g值3登上月球的宇航员利用频闪仪(频率为20 Hz)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)解析由O到F，每两个相邻位置间的距离依次记为x1、x2、x3、x4、x5、x6，根据逐差法有，小球的加速度为a，其中T0.05 s，x6x5x47.20 cm1.80 cm5.40 cm，x1x2x31.80 cm，代入数据得a1.6 m/s2.答案1.6自由落体运动的规律1自由落体运动的基本公式匀变速直线运动规律自由落体运动规律 2匀变速直线运动的一切推论公式，如平均速度公式、位移差公式，都适用于自由落体运动【例2】从离地500 m的空中自由落下一个小球，不计空气阻力，取g10 m/s2，求：(1)经过多长时间落到地面；(2)从开始落下的时刻起，在第1 s内的位移大小和最后1 s 内的位移大小；(3)落下一半时间的位移大小. 思路点拨：自由落体下落的时间由高度决定最后一秒内的位移等于总高度减去最后一秒之前下降的总高度解析(1)由hgt2，得落地时间t s10 s.(2)第1 s内的位移为h1gt1012 m5 m.因为从开始运动起前9 s内的位移为 h9gt1092 m405 m，所以最后1 s内的位移为h10hh9(500405)m95 m.(3)落下一半时间即t5 s，其位移为h5gt21025 m125 m.答案(1)10 s(2)5 m95 m(3)125 m对自由落体运动的问题的两点提醒(1)自由落体运动是一种初速度为零、加速度为g的匀变速直线运动，在分析自由落体运动时，要注意灵活运用匀变速直线运动的有关规律和推论(2)求解第n秒内的位移时，应为xnxnxn1，有些同学往往误解为xnxn.4一条铁链AB长0.49 m，悬于A端使它自由下垂，然后让它自由下落，求整个铁链通过悬点下方2.45 m处小孔O时需要的时间是多少(g取10 m/s2)解析以B端为研究对象，当B端到达O点时，所需的时间为t1，其位移为h1，当A端到达O点时，B端自由下落的位移为h22.45 m，所需的时间为t2，由图可知h12.45 m0.49 m1.96 m，h1gt，h2gt，tt2t17.4102 s.答案7.4102 s1小丽同学在探究自由落体运动规律时，从生活情景中选出处于不同状态的四种物体进行探究，你认为哪一个选项中的物体所做运动是自由落体运动 ()A枫叶的自由下落的运动B从桌边由静止开始滑落的钢笔的运动C被运动员推出去的铅球的运动D从水面自由落到水底的石子的运动B枫叶在自由下落时，所受到的空气阻力并不远小于其重力，阻力不能忽略不计，枫叶的下落不是自由落体运动，选项A错误；钢笔从桌边由静止开始滑落后，钢笔的运动是自由落体运动，因为其初速度为零且下落过程中的阻力远小于钢笔的重力，可忽略不计，选项B正确；被运动员推出去的铅球初速度不为零，不是自由落体运动，选项C错误；从水面自由落到水底的石子，除了自身重力外，还受水的阻力作用，不是自由落体运动，选项D错误2关于重力加速度的说法中不正确的是 ()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/s2B在地面上不同的地方，g的大小不同，但它们相差不是很大C在地球上同一地点，一切物体在自由落体运动中落至同一高度时的加速度都相同D在地球上同一地点，离地面高度越大，重力加速度g越小A重力加速度是矢量，方向竖直向下，在地球的表面，不同的地方重力加速度g的大小略有不同，但都在9.8 m/s2 左右在地球表面同一地点，g的值都相同，但随着高度的增大，g的值逐渐减小3伽利略在对自由落体运动的研究过程中，开创了如图所示的一套科学研究方法，其中方框2和4中的方法分别是()A实验检验，数学推理B数学推理，实验检验C提出假设，实验检验 D实验检验，合理外推C这是依据思维程序排序的问题，这一套科学研究方法，要符合逻辑顺序，即通过观察现象，提出假设，根据假设进行逻辑推理，然后对自己的逻辑推理进行实验验证，紧接着要对实验结论进行修正推广故A、B、D错误，C正确4一物体从H高处自由下落，经时间t落地，则当它下落时，离地的高度为 ()A. B.C. D.C由hgt2得，Hgt2，当下落时，物体下落高度hg2，此时离地高度为hHhH.5一个小球从H高处自由落下，经过最后200 m所用的时间是4 s，求小球下落H所用的总时间T和高度H是多少？(g取10 m/s2，空气阻力不计)解析法一：基本公式法根据题意画出小球的运动示意图如图所示，其中t4 s，h200 m.根据自由落体公式得：HgT2，Hhg(Tt)2得：hgTtgt2，所以T7 s，HgT2245 m.法二：平均速度法由题意得最后4 s内的平均速度为： m/s50 m/s因为在匀变速运动中，某段时间内的平均速度等于中间时刻的瞬时速度，所以下落至最后2 s时的瞬时速度为：vt50 m/s.由速度公式得下落至最后2 s的时间：t s5 s所以Tt5 s s7 s，HgT2245 m.答案7 s245 m