物理必修 第一册第2章 匀变速直线运动的规律2.2 匀变速直线运动的规律图文ppt课件

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一、伽利略对落体运动的研究1.伽利略的猜想:下落物体的速度是随着时间均匀增加的。2.伽利略的科学方法(1)伽利略对落体运动的研究思路发现问题→提出猜想→数学推理→实验验证→合理外推→得出结论(2)伽利略开辟了一条把物理实验与科学推理结合的物理学研究之路。3.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自由落体运动。自由落体运动是一种理想模型。
二、匀变速直线运动的速度和时间的关系1.速度公式:vt=v0+at。2.意义:做匀变速直线运动的物体,在t时刻的速度vt等于物体在开始时刻的速度v0加上在整个过程中速度的变化量at。3.在匀变速直线运动中,如果物体的速度随时间均匀增加,这个运动叫匀加速直线运动;如果物体的速度随时间均匀减小,这个运动叫匀减速直线运动。
1.正误辨析(1)物体下落的运动都称为自由落体运动。(　　)答案 ×(2)公式vt=v0+at适用于任何做直线运动的物体。(　　)答案 ×(3)匀加速直线运动的v-t图像的斜率逐渐增大。(　　)答案 ×
2.如图所示为歼-20战机的作战训练画面,假设在某次短距离起飞过程中,战机只用了10 s就从静止加速到起飞速度288 km/h,且战机在起飞过程中做匀加速直线运动,则它的加速度大小为(　　)A.28.8 m/s2　　　　　B.10 m/s2C.8 m/s2 D.2 m/s2
如右图所示,在有空气的玻璃管中,金属片比羽毛下落得快,在抽掉空气的玻璃管中,金属片和羽毛下落快慢相同。
问:空气中的落体运动在什么条件下可看成自由落体运动?要点提示 空气的阻力作用可以忽略时。
1.伽利略通过实验纠正了亚里士多德关于重物比轻物下落得快的错误观点。2.伽利略通过对自由落体运动的研究得出了科学的研究方法。
例1(多选)如图所示大致地表示了伽利略探究自由落体运动的实验和思维过程,对于此过程的分析,以下说法正确的是(　　)
A.其中的甲图是实验现象,丁图是经过合理的外推得出的结论B.其中的丁图是实验现象,甲图是经过合理的外推得出的结论C.运用甲图的实验,可“冲淡”重力的作用,使实验现象更明显D.运用丁图的实验,可“放大”重力的作用,使实验现象更明显
变式训练1(多选)下列说法正确的是(　　)A.初速度为零、加速度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自由落体运动D.当空气阻力可以忽略不计时,物体从静止开始自由下落的运动可视为自由落体运动
解析 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,物体从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。答案 CD
秋天成熟的果实和变黄的树叶都会离开果树而下落,两者下落过程中的状况不同,果实下落较快而树叶下落较慢,是因为果实比树叶重吗?要点提示 不是,是空气阻力造成的影响。
1.物体做自由落体运动的条件(1)初速度为零。(2)只受重力作用。2.自由落体运动是一种理想化的运动模型在实际中物体下落时受空气阻力的作用,并不是做自由落体运动,当空气阻力比重力小得多,可以忽略时,物体的下落可以当成自由落体运动来处理。
例2(多选)下列关于自由落体运动的说法正确的是(　　)A.物体从静止开始下落的运动叫自由落体运动B.物体只在重力作用下从静止开始下落的运动叫自由落体运动C.从静止开始下落的小钢球,因受空气阻力作用,故一定不能看成自由落体运动D.从静止开始下落的小钢球,所受空气阻力对其运动的影响很小,可以忽略,可以看成自由落体运动
解析 物体做自由落体运动的条件是初速度为零和除重力之外不受其他力的作用,所以A错误,B正确;在实际中,物体由静止开始下落且当空气阻力远小于重力时,物体的下落才能看成自由落体运动,所以C错误,D正确。答案 BD
规律方法 1.自由落体运动的两个条件,一是初速度v0=0,二是仅受重力作用,二者缺一不可。2.对自由落体运动条件认识不清,往往误认为物体仅在重力作用下的运动就可以看成自由落体运动或者误认为只要物体从静止下落,物体就做自由落体运动。
变式训练2(2021山东烟台一中高一期末)某同学在探究自由落体运动规律时,从生活情境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的运动是自由落体运动(　　)A.从树上飘落的树叶的运动B.由静止开始下落的小钢球的运动C.被运动员推出去的铅球的运动D.从水面下落到水底的石子的运动
解析 从树上飘落的树叶,阻力不是远小于重力,选项A错误;由静止下落的钢球,由于初速度为0,G≫F阻,故可以看成自由落体运动,故选项B正确;被推出去的铅球初速度v0≠0,故选项C错误;从水面下落到水底的石子,由于F阻不是远小于重力,故选项D错误。答案 B
在无风的海面上,有一战斗机要去执行一项紧急飞行任务,已知飞机的起飞速度为50 m/s(即飞机安全起飞时所需的最小速度),而航空母舰的弹射系统出了故障,无法在短时间内修复,飞机在跑道上加速时加速度为5 m/s2,跑道的长度经过计算只能让飞机在这些条件下加速8 s。请探究分析:航空母舰静止时,飞机能安全起飞吗?
要点提示 航空母舰静止时,飞机在航空母舰上做初速度为零的匀加速直线运动,加速度a=5 m/s2,加速时间t=8 s,则据匀变速直线运动的速度公式,飞机8 s后所能达到的速度vt=v0+at=0+5×8 m/s=40 m/s,由于该速度小于飞机安全起飞的速度50 m/s,所以飞机无法安全起飞。
1.公式vt=v0+at中各量的含义v0、vt分别表示物体的初、末速度,a为物体的加速度,且a为恒量,at是物体运动过程中速度的变化。2.公式的适用条件公式vt=v0+at只适用于匀变速直线运动。
3.公式中vt、v0、a的方向公式vt=v0+at中的vt、v0、a均有方向,应用公式解题时,应先选取正方向,一般以v0的方向为正方向。若加速度方向与正方向相同,则加速度取正值,若加速度方向与正方向相反,则加速度取负值。若计算出vt为正值,则表示末速度方向与初速度的方向相同,若vt为负值,则表示末速度方向与初速度的方向相反。
4.两种特殊情况(1)当v0=0时,vt=at。由于匀变速直线运动的加速度恒定不变,所以由静止开始的匀加速直线运动的速度大小与其运动时间成正比。(2)当a=0时,vt=v0。加速度为零的运动是匀速直线运动,也表明匀速直线运动是匀变速直线运动的特例。
要点笔记 (1)对于做匀减速直线运动的物体,应注意物体速度减为零之后能否加速返回,若不能返回,应注意题中所给时间与物体所能运动的最长时间的关系。(2)速度公式v=v0+at虽然是加速度定义式a= 的变形,但两式的适用条件是不同的:①v=v0+at仅适用于匀变速直线运动;②a= 可适用于任意的运动。
例3一辆汽车先以a1=0.5 m/s2的加速度由静止开始做匀加速直线运动,在20 s末改做匀速直线运动,当匀速运动持续10 s后,因遇到障碍汽车紧急刹车,已知刹车的加速度为a2=-2 m/s2,求:(1)汽车匀速运动时的速度大小;(2)汽车刹车后4 s时的速度大小;(3)汽车刹车后6 s时的速度大小。
解析 (1)匀速运动时的速度等于加速20 s末的速度,由vt=v0+at可得,v1=v01+a1t1=(0+0.5×20) m/s=10 m/s。(2)刹车后做匀减速运动,初速度v02=v1=10 m/s,a2=-2 m/s2,设刹车后运动t刹时间速度减为零,由vt=v0+at可得,
则v2=v02+a2t2=10 m/s-2 m/s2·4 s=2 m/s。
答案 (1)10 m/s　(2)2 m/s　(3)0
(3)t刹=5 s<6 s,所以t=6 s时,汽车已经停止运动,即此时速度为v3=0。
规律方法匀减速运动有两种情况:一种是刹车类的匀减速运动,当车速度减为零时停下来不再运动,故解决刹车类的匀减速运动问题需要判断车停下来的时间;另一种是刚开始质点做匀减速运动,速度减为零后又反向做匀加速运动。在处理实际问题时,要注意联系实际进行分析。
变式训练3一个质点以初速度v0=10 m/s在水平面上运动,某时刻起,获得一个与初速度方向相反、大小为2.5 m/s2的加速度,从获得加速度的时刻开始计时,求第1 s 末和第6 s末的速度。
解析 质点从获得反向加速度起做匀减速直线运动,以初速度方向为正方向,已知初速度v0=10 m/s,则加速度a=-2.5 m/s2。由vt=v0+at得第1 s末的速度v1=[10+(-2.5)×1] m/s=7.5 m/s,方向与v0的方向相同第6 s末的速度v6=[10+(-2.5)×6] m/s=-5 m/s,负号表示速度方向与v0的方向相反。答案 7.5 m/s,方向与v0的方向相同　5 m/s,方向与v0的方向相反
1.(多选)一物体做匀减速直线运动直到停止,已知第1 s末的速度是10 m/s,第3 s末的速度是4 m/s,则下列结论正确的是(　　)A.物体的加速度大小是2 m/s2B.物体的加速度大小是3 m/s2C.物体零时刻的速度是13 m/sD.物体第5 s末的速度是2 m/s答案 BC
2.一测试人员正在测试汽车加速、减速的性能。汽车以36 km/h的速度匀速行驶。(1)现以0.6 m/s2的加速度加速,则10 s后速度能达到多少?(2)若汽车以0.6 m/s2的加速度刹车,则10 s和20 s后速度各为多少?