高中4 自由落体运动授课课件ppt

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1．知道物体做自由落体运动的条件，知道自由落体运动是初速度为零的匀加速直线运动。2．会探究自由落体运动规律和测定自由落体运动的加速度，知道重力加速度的大小和方向。3．会运用自由落体运动的规律和特点解决有关问题。4．了解伽利略研究自由落体运动的科学方法和探究过程。
1．亚里士多德的观点：物体下落的快慢跟它的______有关，____的物体下落得快。2．伽利略的研究(1)归谬：伽利略从____________的论断出发，通过逻辑推理，否定了他的论断。(2)猜想：重的物体与轻的物体应该下落得______快。
探究重构·关键能力达成
知识点一　自由落体运动
观察下列两幅图片，思考有关问题：
问题1　伽利略的“比萨斜塔实验”：让重的铁球和轻的铁球同时下落，结果发现了什么现象？
提示：两球几乎同时落地。
问题2　上述现象说明什么？
提示：空气阻力对两个铁球的运动的影响可以忽略，两球下落可以看成自由落体运动。
问题3　小球的运动性质是什么？
提示：初速度为零的匀加速直线运动。
问题4　航天员在月球上的实验：铁球与羽毛同时由静止释放，同时落地。简单解释为什么。
提示：月球表面没有空气，铁球与羽毛都做自由落体运动。
1．物体做自由落体运动的两个条件(1)初速度为零；(2)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。实际上，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．运动特点：初速度为零，加速度为重力加速度g的匀加速直线运动。是匀变速直线运动的特例。
【典例1】　(多选)下列说法正确的是(　　)A．初速度为零、竖直向下的匀加速直线运动是自由落体运动B．仅在重力作用下的运动叫作自由落体运动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．当空气阻力可以忽略不计时，物体由静止开始自由下落的运动可视为自由落体运动
CD　[自由落体运动是物体只在重力作用下由静止开始下落的运动，选项A、B错误，C正确。当空气阻力比较小，可以忽略不计时，物体由静止开始自由下落的运动可视为自由落体运动，选项D正确。]
[跟进训练]1．关于自由落体运动，下列说法中正确的是(　　)A．物体的质量越大，下落时加速度就越大B．物体刚下落时，速度和加速度都为零C．自由落体运动是一种匀速直线运动D．物体在下落的过程中，每秒速度变化量都相同
D　[自由落体运动是忽略空气阻力、只在重力作用下的运动，无论质量大小，下落时加速度都是g，故A错误；物体刚下落时，初速度为零，加速度为重力加速度g，故B错误；自由落体运动是一种初速度为零的匀加速直线运动，故C错误；加速度等于单位时间内速度的变化量，由于下落加速度恒定，则每秒速度变化量都相同，故D正确。]
1．定义：在同一地点，一切物体自由下落的加速度都______，这个加速度叫作自由落体加速度，也叫作____________，通常用g表示。2．方向：总是__________。3．大小：在地球上不同的地方，g的大小是不同的。一般的计算中，g取_____ m/s2，近似计算时，g取____ m/s2。
知识点二　自由落体加速度
跳伞运动是指跳伞员乘飞机、气球等航空器或其他器械升至高空后跳下，或者从陡峭的山顶、高地上跳下，并借助空气动力和降落伞在张开降落伞之前和开伞后完成各种规定动作。跳伞过程主要包括离机、自由坠落、开伞、降落和着陆的一项体育运动。
问题1　两质量不同的跳伞运动员，做自由落体运动的加速度一样吗？
问题2　重力加速度的方向如何确定？
问题3　在地球上的不同位置，自由落体加速度一定相同吗？
1．自由落体加速度——重力加速度
2．两点提醒(1)重力加速度的方向既不能说是“垂直向下”，也不能说是“指向地心”，只有在赤道或两极时重力加速度的方向才指向地心。(2)物体在其他星球上也可以做自由落体运动，但不同天体表面的重力加速度不同。
【典例2】　(多选)关于重力加速度的说法正确的是(　　)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．在地球上不同的地方，g值的大小不同，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的加速度都相同D．在地球上的同一地方，离地面高度越大重力加速度g越小
BCD　[首先重力加速度是矢量，方向竖直向下，与重力的方向相同，选项A错误。在地球的表面，不同的地方，g值的大小略有不同，但都在9.8 m/s2左右，选项B正确。在地球表面同一地点，g的值都相同，但随着高度的增大，g的值逐渐变小，选项C、D正确。]
[跟进训练]2．关于重力加速度的说法，正确的是(　　)A．在比萨斜塔同时由静止释放一大一小两个金属球，二者同时着地，说明二者运动的加速度相同，这个加速度就是当地的重力加速度B．地球上各处的重力加速度g值都相同C．济南的重力加速度为9.8 m/s2，说明在济南做下落运动的物体，每经过1 s速度增加9.8 m/sD．黑龙江和广州的重力加速度都竖直向下，两者的方向相同
A　[在比萨斜塔释放的金属球，受到的空气阻力远小于球的重力，可以认为金属球做自由落体运动，故球运动的加速度为当地的重力加速度，所以二者的加速度相同，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B、D错误；在济南下落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C错误。]
知识点三　自由落体运动规律的应用
一位同学用两个手指捏住直尺的顶端，你用一只手在直尺下方做握住直尺的准备，但手不能碰到直尺，记下这时手指在直尺上的位置。当看到那位同学放开直尺时，你立即捏住直尺。测出直尺降落的高度，就可以算出你做出反应所用的时间，如图所示。
问题1　直尺运动的运动性质是什么？
提示：直尺做自由落体运动。
问题2　测反应时间的原理是什么？
问题3　自由落体运动的运动时间由哪些因素决定？
提示：由下落高度与当地的重力加速度决定。
1．匀变速直线运动与自由落体运动的规律比较
【典例3】　(一题多法)小敏在学过自由落体运动规律后，对自家房上下落的雨滴产生了兴趣，她坐在窗前发现从屋檐每隔相等时间滴下一滴水，当第5滴正欲滴下时，第1滴刚好落到地面，而第3滴与第2滴分别位于高1 m的窗子的上、下沿。小敏同学在自己的作业本上画出了如图所示的雨滴下落同自家房子的关系，其中2点和3点之间的小矩形表示小敏正对的窗子(g取10 m/s2)，求：(1)滴水的时间间隔；(2)此屋檐离地面多高。
[答案]　(1)0.2 s　(2)3.2 m
规律方法　应用自由落体规律应注意两点(1)自由落体运动是一种特殊的匀变速直线运动，故匀变速直线运动的基本公式、推论对于自由落体运动都是适用的，但加速度为重力加速度g。(2)应用自由落体运动的规律时，应先确定研究对象，选定研究过程，明确物体的运动情况，结合自由落体运动规律进行求解。
1．实验仪器－－ 打点计时器(1)按如图所示连接好实验装置，让重锤做__________运动，与重锤相连的纸带上便会被____________打出一系列点迹。
知识点四　自由落体运动的实验探究
(2)对纸带上计数点间的距离h进行测量，利用hn－hn－1＝gT 2求出重力加速度的大小。
2．实验步骤(1)把打点计时器竖直固定在铁架台上，连接好电源。(2)把纸带穿过两个限位孔，下端通过铁夹将重物和纸带连接起来，让重物______打点计时器。(3)用手捏住纸带上端，把纸带拉成竖直状态，先______电源，再松开纸带让重物自由下落，打点计时器在纸带上打下一系列的点。(4)重复几次，选取一条点迹清晰的纸带分析。
(2)v-t图像法根据纸带，求出各时刻的瞬时速度，作出v-t图像，求出该v-t图像的斜率k，则k＝a．这种方法的优点是可以舍掉一些偶然误差较大的测量值，有效地减少偶然误差。
2．注意事项(1)应选用质量和密度较大的重物。增大重物的重力可使阻力的影响相对减小。(2)打点计时器应竖直放置，以减小阻力。(3)重物应从靠近打点计时器处释放，要先接通打点计时器的电源，再释放纸带。
【典例4】　某同学用如图所示的装置测定重力加速度：
(1)电火花计时器的工作电压为________，频率为________。(2)打出的纸带如图所示，实验时纸带的______(选填“甲”或“乙”)端应和重物相连接。(3)纸带上1至9各点为计时点，由纸带所示数据可算出实验时的加速度为________m/s2。(4)当地的重力加速度数值为9.8 m/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___________________________________________________________________________________________。
重物拖着纸带下落时受到摩擦力和空
气阻力作用，加速度必然小于重力加速度
[跟进训练]5．如图所示，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。
(1)甲、乙两图相比较，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，重锤下落的速度大小为_________ m/s，测出的重力加速度值为g＝_______ m/s2。(结果均保留三位有效数字)
1．关于自由落体运动，下列说法正确的是(　　)A．做自由落体运动的物体不受任何外力B．加速度a＝9.8 m/s2的运动一定是自由落体运动C．自由落体运动是初速度为零的匀加速运动D．做自由落体运动的物体，质量越大，下落得越快
应用迁移·随堂评估自测
C　[做自由落体运动的物体只受重力作用，选项A错误；物体只在重力作用下的运动，其加速度均为9.8 m/s2，则加速度为a＝9.8 m/s2的运动不一定都是自由落体运动，选项B错误；自由落体运动是初速度为零的匀加速运动，选项C正确；做自由落体运动的物体加速度是恒定不变的，与物体的质量无关，选项D错误。]
2．在确保安全的情况下，某学习小组研究自由落体运动，发现小铁球恰好经3 s落地，不计空气阻力，g取10 m/s2，则(　　)A．落地速度为15 m/sB．第2 s内下落的位移为20 mC．下落2 s内的平均速度为20 m/sD．最后一秒的平均速度为25 m/s
3．如图所示，某同学测出一棵苹果树树干部分的高度约为1.6 m，一个苹果从树冠顶端的树梢上由于受到扰动而自由下落，该同学测出苹果经过树干所用的时间为0.2 s，重力加速度取10 m/s2，则：(1)苹果树树冠部分的高度约为多少？(2)苹果落地时的速度为多大？
[答案]　(1)2.45 m　(2)9 m/s
回归本节知识，自我完成以下问题：1．轻重不同的物体从同一高度自由落下，哪个物体下落得快？什么因素影响物体下落的快慢？
提示：①轻重不同的物体下落得一样快，与物体质量无关。②空气阻力。
2．自由落体运动是怎样的运动？
提示：初速度为0的匀变速直线运动。
3．怎样表达自由落体运动的速度、下落的高度与下落的时间关系？
题组一　自由落体运动的特点1．下列关于自由落体运动的说法正确的是(　　)A．自由落体运动是一种初速度为零的匀加速直线运动B．从竖直上升的热气球吊篮中掉下的物体的运动是自由落体运动C．在空气中下落的雪花的运动是自由落体运动D．只在重力作用下的运动必定是自由落体运动
课时分层作业(八)　自由落体运动
A　[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，故A正确；从竖直上升的热气球吊篮中掉下来的物体具有向上的初速度，所以不是自由落体运动，故B错误；在空气中下落的雪花受到的空气阻力不能忽略不计，不是自由落体运动，故C错误；只在重力作用下但初速度不为零的运动不是自由落体运动，故D错误。]
2．(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，纸片受到的空气阻力较大，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。]
3．在真空中，将苹果和羽毛同时从同一高度由静止释放，下列频闪照片中符合事实的是(　　)
A　　　　B　　　 　C　　 　　D
题组二　自由落体运动规律的应用4．某探险者在野外攀岩时，踩落一小石块，约5 s后听到石块直接落到崖底的声音。探险者离崖底的高度最接近的是(g取10 m/s2)(　　)A．25 m　　　B．50 m　　　C．110 m 　　　D．150 m
5．关于自由落体运动，下列说法正确的是(　　)A．速度变化得越来越快B．在开始连续的三个1 s内通过的位移之比是1∶4∶9C．第1 s末、第2 s末、第3 s末的速度大小之比是1∶2∶3D．物体的质量越大，加速度越大
C　[物体自由落体的加速度为g，大小不变，A、D错误；由v＝gt可得，v1∶v2∶v3＝1∶2∶3，C正确；从开始运动三个连续1 s内通过的位移之比为1∶3∶5，B错误。]
6．小亮同学周末自主开展实验探究，他让小钢球从距地面0.8 m的高度由静止开始自由下落，不计空气阻力，g取10 m/s2。下列说法中正确的是(　　)A．小钢球下落时间为0.3 sB．小钢球落地时的速度为3 m/sC．小钢球在前0.2 s内的平均速度为2 m/sD．小钢球在最后0.1 s内下落的高度是 0.35 m
题组三　自由落体运动的实验探究7．伽利略曾说过：“科学是在不断改变思维角度的探索中前进的。”他在著名的斜面实验中，让小球分别沿倾角不同、阻力很小的斜面从静止开始滚下，他通过实验观察和逻辑推理，得到的正确结论有(　　)A．倾角一定时，小球在斜面上的速度与时间成正比B．倾角一定时，小球在斜面上的位移与时间成正比C．斜面长度一定时，小球从顶端滚到底端时的速度与倾角无关D．斜面长度一定时，小球从顶端滚到底端所需的时间与倾角无关
A　[伽利略通过实验测定出小球沿斜面下滑的运动是匀加速直线运动，位移与时间的二次方成正比，并证明了速度随时间均匀变化，故A正确，B错误；若斜面光滑，长度一定时，倾斜角越大，斜面顶端高度越大，小球在斜面顶端的重力势能越大，滚到底端的动能越大，速度越大，故C错误；斜面长度一定时，小球从顶端滚到底端所需的时间随倾角的增大而减小，故D错误。]
9．一名航天员在某星球上完成自由落体运动实验，让一个质量为1 kg的小球从一定的高度自由下落，测得在第5 s内的位移是 18 m，则(　　)A．小球在2 s末的速度是8 m/sB．小球在第5 s内的平均速度是3.6 m/sC．该星球上的重力加速度为5 m/s2D．小球在5 s内的位移是100 m
10．某同学在墙前连续拍照时，恰好有一小白色石子从墙前的某高处由静止落下，拍摄到石子下落过程中的一张照片如图所示。由于石子的运动，它在照片上留下了一条模糊的径迹。已知每层砖的平均厚度为6.0 cm，这个照相机的曝光时间为2.0×10-2 s，g取10 m/s2，则(　　)A．石子下落到A位置时的速度约为60 m/sB．石子下落到A位置时的速度约为12 m/sC．石子下落到A位置所需的时间约为0.6 sD．石子下落到A位置所需的时间约为1.2 s
11．从离地面500 m处自由落下一个小球，不计空气阻力，g取10 m/s2，求：(1)小球落到地面需要的时间；(2)开始下落后第1 s内的位移大小和最后1 s内的位移大小；(3)下落时间为总时间一半时的位移大小。
[答案]　(1)10 s　(2)5 m　95 m　(3)125 m
12．跳伞运动员做低空跳伞表演，从距离地面高404 m处的飞机上开始跳下，先做自由落体运动，当自由下落180 m时打开降落伞，降落伞打开后运动员做匀减速直线运动，跳伞运动员到达地面时的速度大小为 4 m/s(g取10 m/s2)。求：(1)运动员打开降落伞时的速度大小；(2)降落伞打开后，运动员的加速度大小；(3)离开飞机后，经过多长时间才能到达地面。