自由落体运动-课件-2020年秋高中物理人教版(2019)必修一

自由落体运动高一年级物理站在高层建筑物上，让轻重不同的两个物体从同一高度同时落下，哪个物体下落的快？猜想1：重的物体下落的快?猜想2：轻的物体下落的快?猜想3：轻重物体下落一样快?轻重不同的物体下落快慢的研究亚里斯多德：根据观察，得出“重的物体下落得快”的结论。伽利略：通过逻辑推理，首先指出亚里士多德对落体认识的问题，然后得出重物与轻物应该下落的同样快的结论。“归谬法”轻重不同的物体下落快慢的研究将一个轻的物体和重的物体从同一高度由静止释放，按“重的物体下落得快”的结论：t重t轻。若将二者绑在一起，从同一高度由静止释放，按“重的物体下落得快”的结论，绑在一起后下落得更快：tt重。但二者绑在一起下落，轻的物体会“拖”住重的物体，而使二者下落比单独重物下落得慢；重的物体会“拖”着轻的物体，而使二者下落得比单独轻物下落得快：t重tt轻。矛盾伽利略的“归谬法”推理轻重不同的物体下落快慢的研究一、自由落体运动1．物体只在重力作用下从静止开始下落的运动，叫作自由落体运动。在有空气的空间，如果空气阻力的作用比较小，可以忽略，物体的下落可以近似看作自由落体运动。伽利略的研究实验伽利略的研究实验伽利略做了上百次实验，结果表明，小球沿斜面滚下的运动的确是匀加速直线运动，换用不同质量的小球，从不同高度开始滚动，只要斜面的倾角一定，小球的加速度都是相同的。不断增大斜面的倾角，重复上述实验可得，小球的加速度随斜面倾角的增大而变大。伽利略的研究实验如果斜面的倾角增大到90°，伽利略认为这时小球仍然会保持匀加速运动的性质，而且所有物体下落时的加速度都是一样的！如果完全排除空气的阻力，所有的物体将下落得同样快。对现象的一般观察提出假设使用逻辑得出结论通过实验对推论进行检验对假说进行修正推广一、自由落体运动伽利略推理证明：自由落体运动的运动性质是匀变速直线运动。（加速度恒定）思考：如何利用已经掌握的知识和方法证明自由落体运动是匀加速直线运动？如何测量自由落体运动的加速度？一、自由落体运动利用打点计时器进行测量：选取相同时间间隔T求解可得：Δx=aT2212-=xxaTx1x2一、自由落体运动实验：用打点计时器研究自由落体运动利用频闪摄影研究自由落体运动频闪摄影是研究变速运动常用的实验手段。在暗室中，照相机的快门处于常开状态，频闪仪每隔一定时间发出一次短暂的强烈闪光，照亮运动的物体，于是胶片上记录了物体在几个闪光时刻的位置。图片是小球自由下落时的频闪照片的示意图，频闪仪每隔0.04s闪光一次。利用频闪摄影研究自由落体运动频闪摄影技术利用相同的时间间隔，选取相同时间间隔相邻的位移差，进行计算。方法一：利用频闪摄影研究自由落体运动Δx=aT2T=0.04sΔx/cm1.61.51.51.7g/m·s-2109.389.3810.06平均值g=9.85m/s2方法二：由中间时刻瞬时速度等于一段时间内的平均速度，求出图像中各对应时间点的瞬时速度，利用速度—时间公式求出加速度，再取平均值。利用频闪摄影研究自由落体运动方法三：利用x-t2函数图像，=4.8847则g=9.7694m/s2t2/s2利用频闪摄影研究自由落体运动x/mt2/s22g方法……一、自由落体运动1．物体只在重力作用下从静止开始下落的运动，叫作自由落体运动。2．自由落体运动是初速度为零的匀加速直线运动。二、自由落体运动的加速度1．定义：在同一地点，一切物体自由下落的加速度都相同，这个加速度叫自由落体加速度，也叫作重力加速度。用g来表示。2．方向：重力加速度的方向是竖直向下。3．大小：在地球表面不同的地方，g的大小一般是不同的。g的标准值为9.8066m/s2。二、自由落体运动的加速度地点纬度重力加速度（m/s2）赤道0°9.780广州23°06'9.788武汉30°33'9.794上海31°12'9.794东京35°43'9.798北京39°56'9.801纽约40°40'9.803莫斯科55°45'9.816北极90°9.832一些地点的重力加速度赤道：g=9.780m/s2北京：g=9.801m/s2北极：g=9.832m/s2随纬度升高，重力加速度增大。莫斯科：g=9.816m/s2二、自由落体运动的加速度用手机测自由落体运动加速度二、自由落体运动的加速度三、自由落体运动的运动规律自由落体运动是初速度为0的匀加速直线运动。匀变速直线运动速度时间关系位移时间关系位移速度关系自由落体运动v2=2gxv0=0a=g220-2vvax212xgtvgt0vvat2012xvtat三、自由落体运动的运动规律自由落体运动v-t图像：0(1)是一条过原点的倾斜直线。(2)图线的斜率为自由落体加速度g。(3)图线与t轴所围面积为t时间内下落的位移。三、自由落体运动的运动规律例题：一个物体从5米高的地方自由下落，到达地面时的速度是多大？落到地面用了多长时间？不计空气阻力，取g=10m/s2由v2=2gh可得到达地面的速度m/s；由v=gt可知落地时间s；到达地面时的速度为10m/s；落地时间为1s。解析：2210510vgh10110vtg三、自由落体运动的运动规律例题：一物体从h高处做自由落体运动，经时间t到达地面，落地速度为v，那么当物体下落时间为时，物体的速度和距离地面的高度分别是（）3tA．，B．，C．，D．，3v9v9h9h3v89h3v3h例题：一物体从h高处做自由落体运动，经时间t到达地面，落地速度为v，那么当物体下落时间为时，物体的速度和距离地面的高度分别是（）三、自由落体运动的运动规律自由落体运动是初速为0的匀加速直线运动，根据v=gt，可知在和t末的速度比为1:3，所以末的速度为；根据公式，可知在和t内的位移比为1:9，所以内的位移为，此时距离地面的高度为。解析:3t3t3t3t3t21=2hgt3v9h89h三、自由落体运动的运动规律例题：一物体从h高处做自由落体运动，经时间t到达地面，落地速度为v，那么当物体下落时间为时，物体的速度和距离地面的高度分别是（）3tA．B．C．D．C3v9v9h9h3v89h3v3h学以致用：人的反应时间测量尺课堂小结1．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，叫作自由落体运动。2．自由落体运动的加速度在同一地点，一切物体在自由落体运动中的加速度相同。方向：竖直向下大小：g=9.8m/s2重力加速度的大小随纬度的升高而增大3．自由落体运动的规律自由落体运动是初速度为0的匀加速直线运动。v=gt21=2xgtv2=2gx练习：从离地面80m的高空自由落下一个小球，不计空气阻力，g取10m/s2，求：（1）多长时间小球落到地面；（2）自开始下落计时，小球在第1s末的速度是多少；（3）小球下落时间为总时间一半时的位移大小。课堂练习解析：（1）根据可知落地时间：s21=2hgt2==4htg课堂练习（2）由v=gt，得v1=10m/s。（3）整个过程下落时间4s，所以下落一半时间为2s，h'==20m。练习：从离地面80m的高空自由落下一个小球，不计空气阻力，g取10m/s2，求：（1）多长时间小球落到地面；（2）自开始下落计时，小球在第1s末的速度是多少；（3）小球下落时间为总时间一半时的位移大小。221gt2解析：课堂练习解析：练习：对于自由落体运动，下列说法正确的是()A．在1s内、2s内、3s内……的位移之比是1:3:5:……B．在1s末、2s末、3s末的速度之比是1:3:5C．在第1s内、第2s内、第3s内的平均速度之比是1:3:5D．在相邻两个1s内的位移之差都是9.8m自由落体运动是初速度为0的匀加速直线运动。取第1s、第2s、第3s为相同的时间间隔。课堂练习解析：在1s内、2s内、3s内……的位移之比是1:4:9:……在1s末、2s末、3s末的速度之比是1:2:3在第1s内、第2s内、第3s内的位移之比1:3:5，时间间隔是相同的1s，所以平均速度之比也是1:3:5在相邻两个1s内的位移之差公式为Δh=gT2，T=1s，所以Δh都是9.8m。课堂练习练习：对于自由落体运动，下列说法正确的是()A．在1s内、2s内、3s内……的位移之比是1:3:5:……B．在1s末、2s末、3s末的速度之比是1:3:5C．在第1s内、第2s内、第3s内的平均速度之比是1:3:5D．在相邻两个1s内的位移之差都是9.8mCD课堂练习练习：已知某一物体从楼上自由落下，不计空气阻力，经过高为2.0m的窗户所用的时间为0.2s,求物体是从距窗顶多高处自由落下的?（g=10m/s2）解法一：设物体到窗户上沿的速度为v，则：由得v=9m/s则下落地点到窗户上沿的距离为d由v2=2gd，得d=4.05m21=+2hvtgt课堂练习解法二：设物体经过窗户平均速度v，因为下落过程是匀加速直线运动，所以经过窗户的中间时刻的速度也是v，则：m/s则下落地点到窗户中间时刻所处位置的时间为s则下落地点到窗顶的时间为t=t1-0.1s=0.9s则下落地点到窗顶的距离为d，m练习：已知某一物体从楼上自由落下,不计空气阻力，经过高为2.0m的窗户所用的时间为0.2s,求物体是从距窗顶多高处自由落下的?（g=10m/s2）==10hvt1==1vtg211==4.052dgt课堂练习练习：同学观察发现，每隔一定时间有一滴水自8m高的教学楼屋檐落下，而且看到第五滴水刚要离开屋檐时，第一滴水正好落到地面。那么，这时第2滴水离地的高度是（）A．2mB．2.5mC．4.5mD．3.5m课堂练习练习：同学观察发现，每隔一定时间有一滴水自8m高的教学楼屋檐落下，而且看到第五滴水刚要离开屋檐时，第一滴水正好落到地面。求这时第2滴水离地的高度？根据，得s，可知相邻两滴水之间的时间间隔，第2滴水下落的时间t'=3Δt，则第2滴水下落的高度m,水滴离地的高度h=H-h'=3.5m。解析：21=2Hgt2==1.6Htg=4tt21'='=4.52hgt课堂练习练习：同学观察发现，每隔一定时间有一滴水自8m高的教学楼屋檐落下，而且看到第五滴水刚要离开屋檐时，第一滴水正好落到地面。那么，这时第2滴水离地的高度是（）DA．2mB．2.5mC．4.5mD．3.5m课后作业1．书第51页2、3两题。2．阅读《伽利略对自由落体运动的研究》、《从伽利略的一生看科学与社会》。3．同学间相互利用自制的反应时间测量尺测量反应时间。