2019-2020学年新教材高中物理 2.4 自由落体运动课件 新人教版必修第一册

第4节自由落体运动核心概念规律再现1．自由落体运动(1)对自由落体运动的两种观点①亚里士多德的错误观点：物体下落的快慢跟它的有关，的物体下落得快。②伽利略的观点：重的物体与轻的物体应该下落得。(2)伽利略的科学方法：通过发现问题，进行猜想，得出结论，最后用证实结论。伽利略这种的方法为物理学的研究奠定了基础。□01轻重□02重□03同样快□04逻辑推理□05实验□06推理与实验相结合(3)定义：物体只在作用下从开始下落的运动。(4)条件：物体只受，且初速度。(5)理解：自由落体运动只在中才能发生。在有空气的空间，如果空气阻力的作用比较小，可以忽略，物体的下落看作自由落体运动。2．自由落体加速度(1)定义：实验表明，在同一地点，一切物体自由下落的加速度，这个加速度叫作自由落体加速度，也叫作，通常用g表示。□07重力□08静止□09重力□10为零□11真空□12可以近似□01都相同□02重力加速度(2)重力加速度的特点①方向：重力加速度是一个矢量，其方向。②大小：重力加速度的大小随纬度和高度的变化而变化，在赤道处，在两极处，随着纬度的增高而，随着高度的增加而。在一般的计算中，g可以取m/s2或10m/s2。□03竖直向下□04最小□05最大□06增大□07减小□089.8(3)自由落体运动的规律：自由落体运动是运动，匀变速直线运动的基本公式及其推论都适用于自由落体运动。①基本规律：速度与时间的关系：；位移与时间的关系：；速度与位移的关系：。②重要推论：平均速度公式：v＝＝；连续相等时间的位移之差：Δh＝。□09初速度为0的匀加速直线□10v＝gt□11h＝12gt2□12v2＝2gh□13gt2□14gT2核心模型考点对点练典型考点一对自由落体运动的理解1．(多选)关于自由落体运动，下列说法正确的是()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．物体只在重力的作用下从静止开始的运动叫自由落体运动D．当空气阻力的作用比较小、可以忽略不计时，物体自由下落可视为自由落体运动答案BCD答案解析物体竖直向下的运动可以加速、减速，也可以是匀速，故A错误；自由落体运动是物体只在重力作用下从静止开始的运动，故C正确；自由落体运动是一种初速度为零、加速度为g的竖直向下的匀加速直线运动，故B正确；如果空气阻力的作用比较小，可以忽略不计，物体的下落也可以看作自由落体运动，故D正确。解析典型考点二自由落体加速度2．(多选)关于重力加速度g，下列说法正确的是()A．重的物体g大B．同一地点，轻、重物体的g值一样大C．g值在任何地方都一样大D．赤道处的g值小于北极处的g值解析重力加速度g与物体质量无关，故A错误；在同一地点，轻、重物体的重力加速度g相同，故B正确；重力加速度随着纬度的升高而增大，g值在赤道处小于北极处，故C错误，D正确。解析答案BD答案典型考点三自由落体运动规律的应用3．甲球的重力是乙球的5倍，甲、乙分别从高H、2H处同时自由落下(H足够大，且忽略其对g值的影响)，下列说法正确的是()A．同一时刻甲的速度比乙大B．下落1m时，甲、乙的速度相同C．下落过程中甲的加速度大小是乙的5倍D．在自由下落的全过程，两球平均速度大小相等答案B答案解析因为甲、乙两球同时做自由落体运动，它们的初速度为零，加速度为g，任意时刻的速度为v＝gt，所以两球下落过程中，在同一时刻速度相等，故A、C错误；根据公式v2＝2gh，下落1m时，甲、乙的速度相同，故B正确；二者高度不同，由t＝2hg可知下落时间不等，由v＝gt2知平均速度不同，故D错误。解析4．从离地面500m的空中由静止开始自由落下一个小球，g取10m/s2，求：(1)小球经过多长时间落到地面；(2)小球最后1s内的位移；(3)小球下落一半时间的位移。答案(1)10s(2)95m(3)125m答案解析(1)由h＝12gt2得落地时间t＝2hg＝2×50010s＝10s。(2)前9s内的位移h′＝12gt′2＝12×10×92m＝405m。所以最后1s内的位移为x＝h－h′＝500m－405m＝95m。(3)下落一半时间的位移为＝12gt22＝12×10×1022m＝125m。解析5.有一条竖直悬挂起来的长为4.2m的细杆AB，在杆的正下方离B端0.8m的地方有一个水平放置的圆环C，如图所示，若让杆自由下落，求：(g取10m/s2)(1)从杆下落开始，上端A及下端B到达圆环所经历的时间；(2)AB杆通过圆环的过程中所用的时间。答案(1)1.0s0.4s(2)0.6s答案解析(1)杆下落过程中，做自由落体运动。杆的A点到达圆环的过程中，hA＝12gt2A，杆的B点到达圆环的过程中，hB＝12gt2B，其中，hA＝5.0m，hB＝0.8m，解得tA＝1.0s，tB＝0.4s。(2)杆通过圆环的过程中所用的时间t＝tA－tB＝0.6s。解析核心能力提升练1．(多选)对于从苹果树上同一高度同时落下的苹果和树叶，下列说法正确的是()A．苹果和树叶的下落都可以看成自由落体运动B．苹果的下落可以近似地看成自由落体运动，树叶的下落不能看成自由落体运动C．苹果和树叶的下落都不能看成自由落体运动D．假如地球上没有空气，则苹果和树叶将同时落地答案BD答案解析从树上落下的苹果所受空气阻力相对重力很小，可以忽略不计，故苹果的下落可近似地看成自由落体运动，而从树上落下的树叶所受空气阻力相对重力较大，不能忽略不计，故树叶的下落不能看成自由落体运动，A、C错误，B正确；假如地球上没有空气，则苹果和树叶下落时不受空气阻力，都做自由落体运动，下落快慢相同，同时落地，D正确。解析2．一物体自某高度由静止释放，忽略空气阻力，落地之前瞬间的速度为v。在运动过程中()A．物体在前一半时间和后一半时间发生的位移之比为1∶2B．物体通过前一半位移和后一半位移所用时间之比为1∶(2－1)C．物体在位移中点的速度等于12vD．物体在中间时刻的速度等于22v答案B答案解析根据x＝12gt2知，物体在前一半时间内的位移与整个位移之比为1∶4，则物体在前一半时间和后一半时间发生的位移之比为1∶3，故A错误；根据初速度为零的匀加速直线运动的推论，通过连续相等位移，所用时间之比为1∶(2－1)，则物体前一半位移与后一半位移所用的时间之比为1∶(2－1)，故B正确；根据v′2＝2a·x2，v2－v′2＝2a·x2，联立解得v′＝22v，故C错误；根据匀变速直线运动中，某段时间内的平均速度等于中间时刻的瞬时速度，则中间时刻的瞬时速度＝v2，故D错误。解析3．从某一高度先后由静止释放两个相同的小球甲和乙，若两球被释放的时间间隔为1s，在不计空气阻力的情况下，它们在空中的运动过程中()A．甲、乙两球的距离越来越大，甲、乙两球的速度之差越来越大B．在相等的时间内甲、乙两球速度的变化量不相等C．甲、乙两球的距离越来越大，甲、乙两球的速度之差保持不变D．甲、乙两球的距离始终保持不变，甲、乙两球的速度之差保持不变答案C答案解析甲、乙两球间的距离Δx＝12g(t＋1)2－12gt2＝gt＋12g，故随时间的增加，两球的间距不断变大；两球的速度差Δv＝gΔt＝g，故两球的速度差保持不变，A、D错误，C正确；在相等的时间内甲、乙两球速度的变化量为Δv′＝gt′，故在相等的时间内甲、乙两球速度的变化量相等，B错误。解析4．一个小石子从离地某一高度处由静止自由下落，某摄影爱好者恰好拍到了它下落的一段轨迹AB，该爱好者用直尺量出轨迹的长度，如图所示。已知曝光时间为11000s，则小石子出发点离A点约为(g取10m/s2)()A．6.5mB．10mC．20mD．45m答案C答案解析小石子到达A点时的速度约等于AB中间时刻的瞬时速度，即vA＝xt＝0.0211000m/s＝20m/s，小石子出发点离A点的距离为xA＝v2A2g＝2022×10m＝20m，故C项正确。解析5．某同学利用如图所示的实验装置测量重力加速度。(1)对该实验装置及其操作的要求，下列说法正确的是________。A．电磁打点计时器应接6V直流电源B．打点计时器的两个限位孔应在同一条竖直线上C．重物最好选用密度较小的材料，如泡沫塑料D．开始时应使重物靠近打点计时器处并保持静止E．操作时，应先放开纸带后接通电源F．为了减小误差，应重复多次实验，在打出的纸带中挑选一条最清晰的G．为了便于测量，一定要找到打点计时器打下的第一个点，并选取其以后各连续的点作为计数点(2)在纸带上取得连续的清晰的7个点，打点计时器所用电源的频率为50Hz；用米尺测得第1、2、3、4、5、6各点与第0点的距离d如下表；利用这些数据求出当地重力加速度g的值为________；打第2点对应的速度是________。(取三位有效数字)点的次序0123456距离d(cm)06.012.519.326.534.142.1答案(1)BDF(2)9.72m/s23.33m/s答案解析(1)电磁打点计时器应接6V交流电源，故A错误；打点计时器的两个限位孔应在同一条竖直线上，故B正确；重物最好选用密度较大的材料，如重锤，故C错误；开始时应使重物靠近打点计时器处并保持静止，故D正确；操作时，应先接通电源，再释放纸带，故E错误；为了减小误差，应重复多次实验，在打出的纸带中挑选一条最清晰的，故F正确；为了便于测量，不一定要找打出的第一个点，可以从比较清晰的点开始，故G错误。故选B、D、F。解析(2)打点计时器所用电源的频率为50Hz，所以相邻的两计数点间的时间间隔T＝0.02s，设第0点到第1点之间的距离为x1，以后相邻两点间的距离依次为x2、x3、x4、x5、x6，根据匀变速直线运动的推论公式Δx＝aT2可以求出加速度的大小，得x4－x1＝3g1T2，x5－x2＝3g2T2，x6－x3＝3g3T2，为了更加准确地求解加速度，我们对三个加速度取平均值得g＝13(g1＋g2＋g3)＝x4＋x5＋x6－x1＋x2＋x39T2，解析由题可知x4＋x5＋x6＝42.1cm－19.3cm＝22.8cm，x1＋x2＋x3＝19.3cm，即重力加速度g＝22.8－19.3×10－29×0.022m/s2≈9.72m/s2，打第2点时纸带运动的速度v2＝x132T＝19.3－6.0×10－22×0.02m/s≈3.33m/s。解析6.屋檐定时滴出水滴，当第5滴正欲滴下时，第1滴已刚好到达地面，而第3滴与第2滴正分别位于高1m的窗户的上、下沿，如图所示，问：(1)滴水的时间间隔是多少秒？(2)此屋檐离地面多少米？答案(1)0.2s(2)3.2m答案解析(1)设相邻两滴水的时间间隔为T，由h＝12gt2得，第2滴水的位移h2＝12g(3T)2，第3滴水的位移h3＝12g(2T)2，已知h2－h3＝1m，联立得T＝0.2s。(2)由h＝12gt2得，屋檐离地面高h＝12g(4T)2＝3.2m。解析