高一物理探究自由落体运动

第二章探究匀变速直线运动规律第一节探究自由落体运动目标导读1.了解自由落体运动研究的史实.2.了解逻辑推理的特色.3.知道并理解任何猜想和假说都必须要有实验验证的重要性.4.掌握用打点计时器研究自由落体运动的方法和实验中应注意的问题．预习梳理1．亚里士多德认为物体下落的快慢是由它的决定的．物体越重，下落得．重力越快2．伽利略认为，重物和轻物应该下落的．他猜想落体应该是一种最简单的，即它的应该是均匀变化的．3．日常生活中，常会见到较重的物体下落得比较快，这是由于对不同物体的．一样快匀变速运动速度空气阻力不同4．伽利略的理想斜面实验(1)如果速度随时间的变化是均匀的，初速度为零的匀变速直线运动的位移s与运动所用的时间t的平方成，即s∝t2.(2)让小球从斜面上的不同位置由静止滚下，测出小球从不同起点滚动的位移s和所用的时间t.①斜面倾角一定时，判断s∝t2是否成立．②改变小球的质量，判断s∝t2是否成立．(3)将斜面倾角外推到θ＝90°时的情况——小球自由下落，认为小球仍会做运动，从而得到了落体运动的规律．正比匀变速直线5．伽利略研究自然规律的科学方法：把实验和逻辑推理（包括数学推演）和谐地结合起来.他给出了科学研究过程的基本要素：问题→猜想→数学推理→实验验证→合理外推→得出结论.6．自由落体(1)物体仅在重力用下，从开始下落的运动叫自由落体运动．(2)自由落体运动具备两个特点：①初速度为；②除受外不受其他力的作用．(3)判断自由落体运动的方法：物体仅在空气中从静止开始下落，如果物体在下落过程中所受的阻力和弹力相比，以至于阻力对运动的影响可以，物体的运动即可视为自由落体运动．静止零重力很小忽略7．通过实验探究自由落体运动的特点(1)初速度为零的．(2)自由落体运动的加速度叫．匀加速直线运动重力加速度探究归纳一、伽利略对自由落体运动的研究典例1在学习物理知识的同时，还应当十分注意学习物理学研究问题的思想和方法，从一定意义上说，后一点甚至更重要．伟大的物理学家伽利略的研究方法对于后来的科学研究具有重大的启蒙作用，至今仍然具有重要意义．请你回顾伽利略探究物体下落规律的过程，判定下列哪个过程是伽利略的探究过程()A．猜想—问题—数学推理—实验验证—合理外推—得出结论B．问题—猜想—实验验证—数学推理—合理外推—得出结论C．问题—猜想—数学推理—实验验证—合理外推—得出结论D．猜想—问题—实验验证—数学推理—合理外推—得出结论答案C针对练习2牛顿管实验中，有空气的和抽掉空气的两根管中的钱币和羽毛下落情况不同，这个实验说明了()A．真空管中的羽毛比有空气管中的羽毛受到的重力大B．羽毛比钱币下落慢的原因是由于羽毛受到空气阻力作用，钱币不受空气阻力C．羽毛比钱币下落慢的原因是因为羽毛受到的空气阻力和羽毛的重力相比较大，影响了羽毛的下落D．所有物体如果不受空气阻力，只在重力作用下，在同一地方由静止释放，下落的快慢均一样CD二、对自由落体运动的理解典例2伽利略以前的学者认为，物体越重，下落越快．伽利略等一些物理学家否定了这种看法．(1)在一高塔顶端同时释放一片羽毛和一个玻璃球,玻璃球先于羽毛到达地面,这主要是因为()A．它们的质量不等B．它们的密度不等C．它们的材料不同D．它们所受的空气阻力不等(2)在此塔顶端同时释放大小相等的实心铁球和空心铁球，下列说法正确的是()①它们受到的空气阻力不等②它们的加速度相等③它们落地的速度不等④它们下落的时间相等A．①③B．②④C．只有②D．只有③解析羽毛下落时空气阻力不能忽略，玻璃球和铁球下落时空气阻力可以忽略．(1)玻璃球先于羽毛到达地面，这主要因为羽毛受到的空气阻力大的缘故，正确选项为D.(2)大小相等的实心铁球和空心铁球受到的空气阻力相等．在忽略空气阻力的情况下，两球均做自由落体运动，它们的加速度相等．因下落高度相等，故下落的时间相等，落地的速度相等，正确选项为B答案(1)D(2)B针对练习2以下关于自由落体运动的说法中正确的是()A．物体从静止下落的运动就叫自由落体运动B．物体竖直下落的运动就叫自由落体运动C．物体只在重力作用下的运动就叫自由落体运动D．物体只在重力作用下，由静止开始下落的运动叫自由落体运动解析对物理学上的物理情景和物理模型要准确理解．对自由落体定义的理解，关键是两点：其一，物体只受重力，如果物体下落时所受的空气阻力不能忽略那就不叫自由落体运动；其二，从静止开始，如果有一定的初速度下落也不能叫自由落体运动．两条件缺一不可．D三、对重力加速度的理解典例3以下关于重力加速度的说法中不正确的是()A．重力加速度g只有大小没有方向，通常取9.8m/s2B．在地球上不同的地方，g的大小不同，但两者相差不是很大C．重力加速度的方向是竖直向下的D．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A针对练习3下列说法正确的是()A．从静止开始下落的物体都必做自由落体运动B．从地表附近做自由落体运动的物体，加速度都是相同的C．自由落体运动的加速度的方向总是竖直向下的D．满足速度跟时间成正比的运动一定是自由落体运动解析对物体是不是自由落体运动的判断，若题目直接给出物体从静止开始自由下落或忽略空气阻力等提示语时，可将下落的物体看成做自由落体运动．对于有空气阻力的问题，若空气阻力远小于重力，可近似看成物体做自由落体运动；若只是空气阻力很小，则不能认为物体一定做自由落体运动，虽然空气阻力很小，但如果物体质量也很小时，空气阻力与重力大小可能差不多，故不是自由落体运动．答案C四、研究自由落体运动典例4如图1中甲、乙两图都是使用电磁打点计时器的装置探究自由落体运动，已知该打点计时器的打点频率为50Hz，这两图相比较，哪个图所示的装置较好？图1答案甲中夹子固定纸条上头，它既不左右摆动，又不向上提起，这样初速度v0＝0，而乙则不同，会有使重物的初速度不为零的情况．所以甲装置更好．针对练习4一种实验器材叫光电门，它可以测出某物体经过光电门所用的时间，如果知道物体的宽度，就可以求出这一小段过程的平均速度．你能用这种器材设计出研究自由落体运动的实验吗？解析让物体自由下落，将光电门放在物体经过的位置，测出物体经过光电门所用的时间t，量出物体的宽度s，则物体通过光电门时的速度v＝st.量出光电门与物体初位置间的距离s′，如果能得出v2∝s′的关系，就可说明物体的运动是初速度为0的匀加速直线运动．由v2＝2gs，可得g＝v22s.多次测量，可求出g的平均值．答案见解析课时作业1．一个铁钉和一团棉花团同时从同一高处下落，总是铁钉先落地，这是因为()A．铁钉比棉花团重B．棉花团受到的空气阻力不能忽略C．铁钉不受空气阻力D．铁钉的重力加速度比棉花团的大B2．甲同学看到乙同学从10层楼的楼顶同时由静止释放两个看上去完全相同的铁球，结果甲同学看到两球不是同时落地的．他分析了两球未能同时落地的原因．你认为他的下列分析哪些是正确的()A．两球在下落过程中受到的空气阻力不同，先落地的受空气阻力小B．两球在下落过程中受到的空气阻力不同，先落地的受空气阻力大C．两球下落过程中受到的空气阻力相同，先落地的是实心球，重力远大于阻力D．两球下落过程中受到的空气阻力相同，先落地的是空心球，阻力与重力比差别较小C3．在物理学的发展历程中，下面的哪位科学家首先建立了平均速度、瞬时速度和加速度等概念用来描述物体的运动，并首先采用了实验检验猜想和假设的科学方法，把实验和逻辑推理和谐地结合起来，从而有力地推进了人类科学的发展()A．亚里士多德B．伽利略C．牛顿D．爱因斯坦B4．下列对运动的认识不正确的是()A．亚里士多德认为物体的自然状态是静止的，只有当它受到力的作用才会运动B．伽利略认为力不是维持物体速度的原因C．牛顿认为力的真正效应总是改变物体的速度，而不仅仅是使之运动D．伽利略根据理想实验推论出，如果没有摩擦，在水平面上的物体，一旦具有某一个速度，将保持这个速度继续运动下去A5．甲、乙两物体的质量之比为1∶4，不考虑空气的阻力作用，它们在同一高度处同时下落，则下面说法正确的是()A．甲比乙先着地B．乙比甲先着地C．甲和乙同时落地D．甲比乙的加速度大解析物体自由下落过程中的运动情况与物体的质量无关，加速度相同，故甲、乙两物体同时开始下落，也同时着地，故C正确．C6．下面关于自由落体运动的说法中正确的是()A．自由落体运动就是初速度为零的运动B．自由落体运动就是加速度为g的运动C．自由落体运动是初速度为零、加速度为g的运动D．自由落体运动就是速度与时间成正比的运动解析自由落体就是初速度为零的匀加速直线运动，这两个条件必须同时达到．而速度和时间成正比的运动为初速度为零的匀加速运动，不一定就是自由落体运动．C7．一个物体做自由落体运动，物体的下落速度v跟时间t关系可表示为()解析在v-t图象上，曲线斜率可以表示加速度的变化情况，只有D图象的斜率恒定．答案D8．在下图所示的图象中，可能描述物体做自由落体运动的是()解析A、C表示匀速直线运动，B项的初速度不为零．D9．伽利略的自由落体实验和加速度实验均被选为最美的实验．在加速度实验中，伽利略将光滑的木板槽倾斜固定，让铜球从木槽顶端沿斜面滑下，并用水钟测量铜球每次下滑的时间，研究铜球的运动路程与时间的关系，亚里士多德曾预言铜球的运动速度是均匀不变的，伽利略却证明铜球的运动路程与时间的平方成正比．请将亚里士多德的预言和伽利略的结论分别用公式表示(其中路程用s，速度用v，加速度用a，时间用t表示)，亚里士多德的预言：________，伽利略的结论：_______.伽利略的两个实验之所以成功，主要原因是在自由落体的实验中，忽略了空气阻力，抓住了重力这一要素，在加速度实验中，伽利略选用光滑直木板槽和铜球进行实验研究铜球运动，是为了减少铜球运动的______，同时抓住______这一要素．答案v＝sts＝12at2摩擦力重力10．某同学利用打点计时器探究由静止开始下落的物体的运动，得到如图2所示的纸带，其中A、B、C、D、E是连续打出的几个点，图中标注了相邻两点间的距离．图2(1)铁锤固定在纸带的________端(“左”或“右”)．(2)由纸带上给出的几个数据，判断该运动是不是匀变速直线运动？(3)根据纸带给出的数据求出铁锤下落的加速度及打点计时器打C点时铁锤的速度．解析(1)由于铁锤由静止开始做加速运动，相同时间内位移越来越大，故铁锤应固定于纸带的左端．(2)由纸带上的数据可知，相邻相等时间内的位移之差．BC－AB＝6.43cm－6.04cm＝0.39cmCD－BC＝6.81cm－6.43cm＝0.38cmDE－CD＝7.20cm－6.81cm＝0.39cm在实验误差允许的范围内是一定值，故该运动是匀加速直线运动．(3)由图中数据知a1＝CD－AB2T2＝(6.81－6.04)×10－22×0.022m/s2≈9.63m/s2a2＝DE－BC2T2＝(7.20－6.43)×10－22×0.022m/s2≈9.63m/s2a＝a1＋a22＝9.63m/s2C是AE的中间时刻，由vC＝AE4T＝(6.04＋6.43＋6.81＋7.20)×10－24×0.02m/s＝3.31m/s答案(1)左(2)是匀变速(匀加速)直线运动(3)9.63m/s23.31m/s