物理必修 第一册第二章 匀变速直线运动的研究4 自由落体运动课前预习ppt课件

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探究一　竖直上抛运动1．竖直上抛运动将一个物体以某一初速度v0竖直向上抛出，抛出的物体只在重力作用下运动，这种运动就是竖直上抛运动。
2．运动性质先做竖直向上的匀减速运动，上升到最高点后，又开始做自由落体运动,整个过程中加速度始终为g，全段为匀变速直线运动。
4．运动的对称性(1)时间对称物体从某点上升到最高点和从最高点回到该点的时间相等，即t上＝t下。(2)速率对称物体上升和下降通过同一位置时速度的大小相等、方向相反。
5．研究方法(1)分段法①上升过程：v0≠0、a＝g的匀减速直线运动。②下降过程：自由落体运动。
　 气球下悬挂一重物，以v0＝ 10 m/s匀速上升，当到达离地面h＝175 m处时悬挂重物的绳子突然断裂，那么重物经多长时间落到地面？落地的速度多大？空气阻力不计，g取10 m/s2。
[解析]　方法一　分成上升阶段和下落阶段两过程考虑绳子断裂后重物可继续上升的时间和上升的高度分别为
重物从最高处自由下落，落地时间和落地速度分别为
所以从绳子突然断裂到重物落地共需时间t＝t1＋t2＝1 s＋6 s＝7 s。
方法二　从全程的匀减速直线运动考虑从绳子断裂开始计时，经时间t后物体落至抛出点下方，规定初速度方向为正方向，则物体在时间t内的位移h＝－175 m。
解得t1＝7 s，t2＝－5 s(不合题意，舍去)所以重物落地速度为vt＝v0－gt1＝(10－10×7)m/s＝－60 m/s，其负号表示方向向下，与初速度方向相反。
[答案]　7 s　60 m/s
[针对训练1]　某同学身高1.8 m，在运动会上他参加跳高比赛，起跳后身体横着越过了1.8 m高度的横杆(如图所示)。据此可估算出他起跳时竖直向上的速度大约为(g取10 m/s2)(　　)A．2 m/s B．4 m/sC．6 m/s D．8 m/s
解析：身体横着越过1.8 m的横杆，此时重心高度为1.8 m，起跳时重心高度为0.9 m，所以重心上升的最大高度为h＝1.8 m－0.9 m＝0.9 m。
最接近的是4 m/s，所以应选B。
探究二　测自由落体加速度的常规方法打点计时器法1．实验原理(1)按如图所示连接好实验装置，让重锤做自由落体运动，与重锤相连的纸带上便会被打点计时器打出一系列点迹。
(2)对纸带上计数点间的距离h进行测量，利用hn－hn－1＝gT2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，下端通过铁夹将重锤和纸带连接起来，让重锤靠近打点计时器。(3)用手捏住纸带上端，把纸带拉成竖直状态，先接通电源，再松开纸带让重锤自由下落，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。
4．注意事项(1)应选用质量和密度较大的重锤。增大重锤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)重锤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。
　 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。(均保留3位有效数字)
[解析]　(1)甲图释放时更稳定，既能更有效地减小摩擦力，又能保证释放时初速度的大小为0，所以甲图更合理。(2)自由落体运动是初速度为0的匀加速直线运动，
又根据v2＝2gx，可得g≈9.78 m/s2。[答案]　(1)甲　(2)2.93　9.78(±0.02均可)
2．滴水法(1)如图，让水滴自水龙头滴下，在水龙头正下方放一个盘,调节水龙头,让水一滴一滴地滴下，并调节到使第一滴水碰到盘的瞬间，第二滴水正好从水龙头口开始下落，并且能依次持续下去；(2)用刻度尺测出水龙头口距盘面的高度h；
　 (1)利用打点计时器测重力加速度的误差主要来自阻力的影响和测量误差。(2)频闪照相法和滴水法的误差主要是测量误差。
　 (2020·河南郑州月考)某同学在暗室中用如图1所示的装置做“研究水滴的自由落体运动和测得重力加速度”的实验。
实验器材有：支架、漏斗、橡皮管、尖嘴玻璃管、螺丝夹子、接水铝盒、一把有荧光刻度的刻度尺、频闪仪。
具体实验步骤如下：①在漏斗内盛满清水，旋松螺丝夹子，使水滴以一定的频率一滴滴地落下。②用频闪仪发出的白闪光将水滴流照亮，由大到小逐渐调节频闪仪的频率，当频闪仪闪光频率等于水滴滴落的频率时，看到空间有一串仿佛固定不动的水滴。③用竖直放置的毫米刻度尺测得各个水滴所对应的刻度。④采集数据进行处理。
(1)在如图2所示记录的数据中，有一个不合规范的数据，应该改为____cm。
[解析]　(1)在如图2所示记录的数据中，有一个不合规范的数据，应该是第二个数据19.3，应该记录为19.30；
(3)由于空气阻力对水滴的作用，水滴做的不是严格的自由落体运动；或者滴水的频率改变了，都会产生误差。
[答案]　(1)19.30　(2)2k　(3)存在空气阻力(或水滴滴落的频率变化)
1．(对竖直上抛运动的分析)(多选)以35 m/s的初速度竖直向上抛出一个小球。不计空气阻力，g取10 m/s2。以下判断正确的是(　　)A．小球到达最大高度时的速度为0B．小球到达最大高度时的加速度为0C．小球上升的最大高度为61.25 mD．小球上升阶段所用的时间为3.5 s
解析：小球到达最高点时的速度为0，但加速度为g，故A正确,B错误；
2．(对竖直上抛运动的分析)(2020·广州市第五中学期中)某物体以20 m/s的初速度竖直上抛，不计空气阻力，g取10 m/s2。则(　　)A．物体上升的最大高度为40 mB．物体上升的时间为4 sC．5 s内物体的位移为－25 mD．5 s内物体的位移为25 m
3．(实验：测定自由落体运动的加速度)(2020·河南南阳高一上期中质量评估)某同学利用光电计时器设计了测定重力加速度的实验，实验装置如图所示：铁架台上端固定一个电磁铁，通电时，小铁球被吸在电磁铁上，断电时，铁球自由下落。将光电计时器固定在A处，使计时器上的孔位于铁球的正下方，当铁球从孔中穿过时，光电计时器记录下铁球穿过孔所用的时间为t，测出小球释放点到A的高度差h和小球的直径d(d远小于h)，则小球运动到光电门处的瞬时速度v＝________，当地的重力加速度g＝________。(用题中所给字母表示)
解析：根据极短时间内的平均速度等于瞬时速度，
根据速度位移公式有v2＝2gh，
请做：课后达标 限时训练