高中物理人教版 (2019)必修 第一册4 自由落体运动教学演示课件ppt

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自由落体运动1．亚里士多德的观点：物体下落的快慢是由它们的______决定的．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：自由落体运动是一种最简单的变速运动，它的速度应该是__________的．
3．自由落体运动(1)定义：物体只在________作用下从_______开始下落的运动．(2)运动性质：初速度为零的________直线运动．
《Human Universe》曾经在世界最大的真空实验室里做了这样的实验：在真空环境下，从同一高度同时由静止释放铁球和羽毛，根据已学知识判断，我们会看到的现象是(　　)A．铁球下落快B．羽毛下落快C．铁球和羽毛下落一样快D．铁球和羽毛都不会下落【答案】C
【解析】如果室内充满空气时，由于空气阻力的影响，二者均不做自由落体运动，同时因羽毛受空气阻力的影响较大，故铁球下落得快；在真空环境下，由于两者均只受重力作用而做自由落体运动，故铁球和羽毛下落一样快，故C正确，A、B、D错误．
自由落体加速度1．定义：在同一地点，一切物体自由下落的加速度都________，这个加速度叫做自由落体加速度，也叫做________________，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 ______________，近似计算时，g取_________．
自由落体运动的规律1．速度公式：v＝__________．2．位移公式：h＝ __________ ．3．速度位移公式：v2＝__________．
如图是著名的比萨斜塔．传说伽利略曾在比萨斜塔上做过实验．伽利略让重的铁球和轻的铁球同时下落，发现两球几乎同时落地，仅仅相差“两指宽”．这是为什么呢？
【答案】“几乎同时落地”证明相同时间内，重的铁球和轻的铁球下落高度几乎相同．“二指宽”的差别是空气阻力造成的．
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如图所示，一个小金属球从离地h高处由静止释放，小球下落一段时间落地．试结合上述现象讨论下面问题．
对自由落体运动的理解和应用
问题(1)小球的运动性质是什么？(2)怎样确定小球的落地时间及速度？
2．自由落体加速度——重力加速度
对自由落体运动的理解精例1　(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【答案】BC
【解析】地球表面有空气，纸片受到空气阻力较大，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．
变式1　关于自由落体运动，下列说法中正确的是(　　)A．在空气中不考虑空气阻力的运动就是自由落体运动B．做自由落体运动的物体在相同的时间内速度的增加量相等C．质量大的物体，受到的重力大，落到地面时的速度大D．质量大的物体，重力加速度g大【答案】B
【解析】物体只受重力作用从静止开始竖直下落的运动叫做自由落体运动，故A错误；根据v＝gt知，自由落体运动的物体在相同的时间内速度的增加量相等，故B正确；根据v2＝2gh知，自由落体运动的落地速度与物体质量无关，故C错误；自由落体运动的物体下落加速度与质量无关，故D错误．
自由落体运动规律的应用精例2　从离地面80 m的空中自由落下一个小球，(不计空气阻力，取g＝10 m/s2)求：(1)经过多长时间小球落到地面上．(2)小球下落到地面时的速度．(3)小球自开始下落计时，在最后1 s内的位移．【答案】(1)4 s　(2)40 m/s　(3)35 m
变式2　(2021届梅州名校检测)一个物体从某一高度做自由落体运动．已知它在第1 s内的位移恰为它在最后1 s内位移的三分之一，则它开始下落时距地面的高度为(g取10 m/s2)(　　)A．15 mB．20 m C．11.25 mD．31.25 m【答案】B
等效转换法解决自由落体运动问题精例3　青青是一个善于思考的女孩，她在学过自由落体运动规律后，对自家房屋屋檐下落的雨滴产生了兴趣．此屋檐离地面高度为3.2 m，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滴分别位于窗户的上沿和下沿，如图所示．g取10 m/s2，求窗户的上沿和下沿高度差是多少？【答案】1 m
变式3　一观察者发现，每隔一定时间有一水滴自8 m高处的屋檐落下，而且当看到第五滴水刚要离开屋檐时，第一滴水正好落到地面，那么这时第二滴水离地的高度是(g＝10 m/s2)(　　)A．2 mB．2.5 mC．3.5 mD．4.5 m【答案】C
线状物体的自由落体精例4　一条铁链AB长0.49 m，悬于A端静止，如果让它自由下落，求整个铁链通过悬点下方2.45 m处的小孔O需要的时间．(g取10 m/s2)【答案】7.4×10－2 s
【解析】作出铁链AB下落过程的示意图，如图所示，可以看出，铁链通过小孔的时间为从B端到达小孔至A端离开小孔的时间．
变式4　有一条竖直悬挂起来的长为4.2 m的细杆AB，在杆的正下方离B端0.8 m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10 m/s2)(1)从杆下落开始，下端B及上端A到达圆环所经历的时间．(2)AB杆通过圆环所用的时间．【答案】(1)1.0 s　0.4 s　(2)0.6 s
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．
实验：研究自由落体运动的规律
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．
4．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．
精例5　某同学用图甲所示装置测量重力加速度g，所用交流电频率为50 Hz.在所选纸带上取某点为0号计数点，然后每3个点取一个计数点，所有测量数据及其标记符号如图乙所示．
从数据处理方法看，在x1，x2，x3，x4，x5，x6中，对实验结果起作用的，方法A中有________；方法B中有______________________．因此，选择方法________(填“A”或“B”)更合理，这样可以减少实验的______ (填“系统”或“偶然”)误差．本实验误差的主要来源有_________________________________________．(试举出两条即可)【答案】x1、x6　x1、x2、x3、x4、x5、x6　B　偶然　阻力，交流电频率波动，长度测量，数据处理方法等
变式5　某同学在暗室中用如图甲所示的装置做“研究水滴的自由落体运动和测量重力加速度”的实验．
实验器材有：支架、漏斗、橡胶管、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．
【答案】(1)19.30　(2)2k　(3)存在空气阻力(或水滴滴落的频率变化)
竖直上抛运动的规律及应用
精例6　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，那么重物经多少时间落到地面？落地的速度多大？(空气阻力不计，g取10 m/s2.)【答案】7 s　60 m/s
变式6　一杂技演员，用一只手抛球．他每隔0.40 s 抛出一球，接到球便立即把球抛出．已知除抛、接球的时刻外，空中总有4个小球，将球的运动近似看作是竖直方向的运动，球到达的最大高度是(高度从抛球点算起，g取10 m/s2)(　　)A．1.6 mB．2.4 mC．3.2 mD．4.0 m【答案】C
新教材背景下的高中物理更有趣味性、启发性、探究性，大大拓展了学生的知识视野，激发了同学们学习物理的热情和兴趣．同学们主动去发现生活中的物理现象，并用所学的物理知识解释现象，将物理教学深入到学生的生活中．打开水龙头，把水流调小一些，观察水流的截面直径，越往下水流越粗还是越细，你能解释这一现象吗？
【考题延伸】如图所示，水龙头开口A处的直径d1＝2 cm，A离地面B的高度h＝80 cm，当水龙头打开时，从A处流出的水流速度v1＝1 m/s，在空中形成一条完整的水流束，不计空气阻力，则该水流束在地面B处的截面直径d2约为(g取10 m/s2)(　　)A．2 cmB．0.98 cmC．4 cmD．应大于2 cm，但无法计算【答案】B
素养点评：本题通过生活实例应用，启发学生对生活中的物理现象进行仔细观察．培养学生的科学思维、科学探究素养．
课堂小练 | 素养达成
1．甲物体的质量是乙物体质量的2倍，从同一高度同时开始做自由落体运动，下列说法中正确的是(　　)A．甲比乙先着地B．乙比甲先着地C．甲、乙同时着地D．着地时v甲＝2v乙【答案】C【解析】一切物体在做自由落体运动时，其加速度都为g，与物体的质量无关，所以当两个物体从同一高度同时开始做自由落体运动，它们将会做完全相同的运动，即它们会同时落地，故本题正确答案应选C．
2．小明摇动苹果树，从同一高度有一个苹果和一片树叶同时从静止下落，发现苹果先落地，则以下说法正确的是(　　)A．苹果和树叶的运动都是自由落体运动B．苹果和树叶的运动都能看成自由落体运动C．苹果的运动可以近似看成自由落体运动，树叶的运动则不能看成自由落体运动D．假如地球上没有空气，则苹果和树叶也不会同时落地【答案】C
【解析】苹果和树叶都受重力和空气阻力，但空气阻力相对苹果的重力来说很小，可以忽略不计，故苹果的运动可以看作自由落体运动，而树叶的运动不能看作自由落体运动，故A、B错误，C正确；假如地球上没有空气，苹果和树叶都只受重力，都做自由落体运动，同时落地，故D错误．
3．秋天的校园里，金黄色的银杏树甚是好看．一片银杏树叶从大约10 m高的树枝上落下，则银杏叶落地的时间大约为(　　)A．0.5 sB．1.0 sC．1.4 sD．5.0 s【答案】D
4．(2021届南宁名校检测)一个从地面上竖直上抛的物体，它两次经过一个较低点A的时间间隔是5 s，两次经过一个较高点B的时间间隔是3 s，则A、B之间的距离是(不计空气阻力，g取10 m/s2)(　　)A．80 m B．40 mC．20 m D．无法确定【答案】C