2020版新教材高中物理 2.5 自由落体运动课件 鲁科版必修1

第5节自由落体运动一、自由落体运动的特点1.实验探究——牛顿管实验：(1)当玻璃管内有空气时，纸片比硬币下落___得多。(2)抽去玻璃管内部分空气，纸片比硬币下落得还是___，但落地时间相差_____。(3)继续抽取玻璃管内的空气，使其接近真空，纸片与硬币下落的快慢_________。变小几乎一样慢慢2.自由落体运动：内涵物体只在_____作用下从_____开始下落的运动条件_______为零；只受_____作用性质自由落体运动是初速度为零的___________运动重力静止初速度重力匀加速直线二、自由落体运动的加速度1.自由落体加速度：(1)内涵：物体自由下落时具有的源于____________________的加速度。(2)大小。①在地球上同一地点，一切物体自由下落的加速度都相同；物体所受的重力作用②随着纬度升高，重力加速度_____，而同一地区高度越大，重力加速度_____，但变化都不大；③一般的计算中，通常g取9.8m/s2，在估算时，g还可以取_______。(3)方向：地球上重力加速度的方向总是_________。增大越小10m/s2竖直向下2.自由落体运动的公式：(1)自由落体的特点：v0=0，a=__。(2)速度公式：vt=___。(3)位移公式：h=gt2。(4)速度位移关系式：=____。gt2gh122tvg3.关于自由落体运动，下列说法正确的是_____。①钢球在空中由静止开始自由下落可看成自由落体运动。②质量大的物体下落时一定能看成自由落体运动。③物体只在重力作用下的下落运动就是自由落体运动。④自由落体运动是匀加速直线运动。①④三、自由落体运动规律探索回眸1.伽利略的贡献：(1)从逻辑推理上否定了亚里士多德关于重物体__________、轻物体_________的论断。(2)提出了“自由落体运动是一种最简单的变速运动——_______________”的假说。下落得快下落得慢匀变速直线运动(3)在当时的实验条件下测量短时间是有困难的，伽利略采用了间接验证的方法：运用数学推导的方法得出初速度为零的匀变速直线运动应有_____。s∝t22.斜面实验：3.伽利略研究自然规律的科学方法——_________和__________相结合。数学推理实验研究一自由落体运动1.自由落体运动是一种理想化物理模型：(1)产生条件：物体在空中下落时总是或多或少地要受到空气阻力的作用，严格地说，自由落体运动只能在没有空气的空间才能发生。(2)近似条件：生活中从静止开始的落体运动，若满足空气阻力远小于重力的条件，其产生的误差是可以忽略的，因此对落体运动进行理想化的处理是有实际意义的。2.自由落体运动的加速度：(1)在同一个地点，所有做自由落体运动的物体的加速度都相同。(2)地球表面上各处的重力加速度不同，随纬度的增加而增大。(3)在地球表面上同一地点，重力加速度随高度的增加而减小。【思考·讨论】情境：如图所示，将花瓣从手中吹落。讨论：(1)这些花瓣做的是自由落体运动吗？(物理观念)提示：不是，由于花瓣初速度不为零，空气阻力也不能忽略，因此花瓣做的不是自由落体运动。(2)若不考虑空气阻力将花瓣从手中洒落，花瓣做的是自由落体运动吗？(科学思维)提示：是，因为符合自由落体运动的条件。【典例示范】(2019·济南高一检测)关于自由落体运动，下列说法不正确的是世纪金榜导学号()A.物体竖直向下的运动一定是自由落体运动B.自由落体运动是初速度为零、加速度为g的竖直向下的匀加速直线运动C.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D.当空气阻力的作用比较小，可以忽略不计时，物体的自由下落可看成自由落体运动【解析】选A。常规物体只在重力的作用下、初速度为零的运动，叫作自由落体运动，故选项A错误；自由落体运动是初速度为零、加速度为g的竖直向下的匀加速直线运动，故选项B、C正确；自由落体运动是一种理想状态下的物理模型，当空气阻力的作用比较小，可以忽略不计时，物体的自由下落可看成自由落体运动，故选项D正确。【误区警示】认识自由落体运动的两大误区(1)误认为物体从高空自由下落的运动一定是自由落体运动。当有阻力或初速度不为零时，不是自由落体运动。(2)误认为自由落体加速度与物体重力有关，重力越大，自由落体加速度越大。自由落体运动的加速度与地理位置有关，与物体的质量、体积及运动状态无关。【素养训练】1.关于自由落体运动，下列说法正确的是()A.自由落体运动是匀变速直线运动B.自由落体运动的物体不受任何外力C.初速度为零竖直向下的运动是自由落体运动D.在自由落体运动中，重的物体比轻的物体下落快【解析】选A。自由落体运动是物体只受重力作用，初速度为零的匀变速直线运动，故A正确；物体做自由落体运动时只受到重力，故B错误；初速度为零，只受重力的运动为自由落体运动，故C错误；由公式h=gt2知，自由落体运动的物体下落时间与质量无关，故D错误。故选A。122.关于自由落体运动，以下说法正确的是()A.质量大的物体不能做自由落体运动B.从水平飞行着的飞机上释放的物体将做自由落体运动C.雨滴下落的过程是自由落体运动D.从水龙头上滴落的水滴的下落过程，可近似看作自由落体运动【解析】选D。物体能否做自由落体运动与物体质量大小无关，故选项A错误；从水平飞行着的飞机上释放的物体，由于惯性具有水平初速度，不是自由落体运动，故选项B错误；雨滴下落过程所受空气阻力与速度大小有关，速度增大时阻力增大，雨滴速度增大到一定值时，阻力与重力相比不可忽略，不能认为是自由落体运动，故选项C错误；从水龙头上滴落的水滴所受的空气阻力与重力相比可忽略不计，可认为只受重力作用，则D正确，A、B、C错误。二认识自由落体的加速度自由落体加速度的大小、方向：(1)产生原因：地球上的物体受到地球的吸引力而产生的。(2)大小：与在地球上的纬度以及距地面的高度有关。与纬度的关系在地球表面上，重力加速度随纬度的增加而增大，即赤道处重力加速度最小，两极处重力加速度最大，但差别很小与高度的关系在地面上的同一地点，重力加速度随高度的增加而减小。但在一定的高度内，可认为重力加速度的大小不变(3)方向：竖直向下。由于地球是一个球体，各处的重力加速度的方向是不同的。【典例示范】(2019·福州高一检测)关于重力加速度的说法中不正确的是世纪金榜导学号()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9.8m/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【解析】选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9.8m/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。则B、C、D正确，A不正确。【素养训练】1.(2019·南平高一检测)关于自由落体运动的加速度g，下列说法中正确的是()A.重的物体的g值大B.同一地点，轻重物体的g值一样大C.g值在地球上任何地方都一样大D.g值在赤道处大于在北极处【解析】选B。地球上同一地点的重力加速度相等，与物体的轻重无关，故A错误，B正确；在地球上两极的重力加速度大于赤道处的重力加速度，故选项C、D错误。2.关于重力加速度，下列说法正确的是()A.在比萨斜塔上同时由静止释放一大一小两个金属球，两球同时着地，说明两球运动的加速度相同，这个加速度就是当地的重力加速度B.地球上的重力加速度的值都等于9.8m/s2C.济南的重力加速度为9.8m/s2，说明在济南做下落运动的物体，每经过1s速度增加9.8m/sD.哈尔滨和广州的重力加速度都竖直向下，两者的方向相同【解析】选A。在比萨斜塔上释放的金属球，受到的空气阻力远远小于球的重力，可以认为金属球做自由落体运动，故金属球运动的加速度为当地的重力加速度，选项A正确；地球上各处的重力加速度的大小一般不同，方向也不同，故选项B、D错误；做下落运动的物体不一定做自由落体运动，其加速度也不一定等于重力加速度，故选项C错误。三自由落体运动规律的应用1.自由落体运动的基本规律：匀变速直线运动自由落体运动速度公式__=v0+at__=gt位移公式s=v0t+at2h=gt2速度位移关系式=2as=2gh121222t0vv2tvvtvt2.自由落体运动的几个推论：匀变速直线运动自由落体运动Δx=aT2Δh=gT20tt2vvvv2t2gtvv2220tx2vvv2h22vgt23.关于自由落体运动的几个比例关系式：(1)第1s末，第2s末，第3s末，…，第ns末速度之比为v1∶v2∶v3∶…∶vn=1∶2∶3∶…∶n。(2)前1s内，前2s内，前3s内，…，前ns内的位移之比为h1∶h2∶h3∶…∶hn=1∶4∶9∶…∶n2。(3)连续相等时间内的位移之比为hⅠ∶hⅡ∶hⅢ∶…∶hN=1∶3∶5∶…∶(2n-1)。(4)连续相等位移上所用时间之比为t1∶t2∶t3∶…∶tn=1∶∶∶…∶。(5)连续相等时间内的位移之差是一个常数Δh=gT2(T为时间间隔)。(21)(nn1)(32)【思考·讨论】情境：匀变速直线运动是物理学的重要组成部分。讨论：(1)匀变速直线运动的基本规律对于自由落体运动是否适用？(物理观念)提示：适用，自由落体运动是初速度为0，加速度为g的匀加速直线运动，匀变速直线运动的基本规律都能适用。(2)月球表面没有空气，在月球表面附近自由下落的物体的运动规律是否与地球上的自由落体运动规律相似？(科学思维)提示：相似，符合自由落体运动的规律。【典例示范】从离地面500m的空中自由落下①一个小球，g取10m/s2，求小球：世纪金榜导学号(1)经过多长时间落到地面。(2)自开始下落计时，在第1s内的位移和最后1s②的位移分别为多少。(3)下落时间为总时间的一半时的位移。【审题关键】序号信息提取①小球做自由落体的高度是500m②时间是1s【解析】(1)由h=gt2，得落地时间t==10s(2)第1s内的位移h1=g=×10×12m=5m因为从开始运动起前9s内的位移为h9=g=×10×92m=405m122h2500sg10121221t121229t所以最后1s内的位移为h′1=h-h9=500m-405m=95m。(3)下落一半时间即t′=5s，其位移为h5=gt′2=×10×25m=125m。答案：(1)10s(2)5m95m(3)125m1212【规律方法】自由落体运动的处理技巧(1)自由落体运动是匀变速直线运动的特例，分析匀变速直线运动的各种方法对于自由落体运动仍然适用。(2)自由落体运动的中间一段过程的分析方法。①自由落体运动法：从物体开始下落开始研究，物体做自由落体运动，如求物体下落后第4s内的位移，可以用自由落体前4s的位移与前3s的位移之差求得。②匀加速直线运动法：如求物体下落后第4s内的位移，可以先根据v0=gt1求出第4s的初速度，再利用h=v0t2+g求出相应的位移。1222t【素养训练】1.(2019·宁德高一检测)如图所示，某同学为估测一教学楼的总高度，在楼顶将一直径为2cm的钢球由静止释放，测得通过安装在地面的光电门数字计时器的时间为0.001s，由此可知教学楼的总高度约为(不计空气阻力，重力加速度g取10m/s2)()A.10mB.20mC.30mD.40m【解析】选B。钢球的直径为2cm，即0.02m，时间为0.001s，所以过光电门的平均速度的大小为：v==20m/s，由于时间极短，故瞬时速度近似为20m/s，自由下落时间t=，楼高h==20m。则B正确，A、C、D错误。x0.02m/st0.001vg21gt22.（2019·全国卷Ⅰ）如图，篮球架下的运动员原地垂直起跳扣篮，离地后重心上升的最大高度为H。上升第一个所用的时间为t1，第四个所用的时间为t2。不计空气阻力，则满足()H4H421ttA.12B.23C.34D.4