2019-2020学年高中物理 第二章 5 自由落体运动课件 新人教版必修1

5自由落体运动1.认识自由落体运动,知道影响物体下落快慢的因素,理解自由落体运动是在理想条件下的运动,知道它是初速度为零的匀加速直线运动。2.知道自由落体的加速度,知道它的方向,知道在地球上的不同地方重力加速度的大小不同。3.掌握如何从匀变速直线运动的规律推出自由落体运动的规律,并能够运用自由落体规律解决实际问题。一二三一、自由落体运动自由落体运动定义:物体只在重力作用下,从静止开始下落的运动特点初速度为零只受重力作用一二三课题研究小组进行自由落体运动实验时,用频闪连续拍照的方法获得的照片如图所示,回答下列几个问题:质量相等的纸片和纸团(1)从图中观察到的现象是怎样的?(2)请对你所观察到的现象进行解释。一二三提示:(1)质量相等的纸片和纸团同时释放,纸片比纸团下落得慢。(2)如图,质量相等的纸片和纸团,它们的重力相等。由于空气的阻力对纸片的影响较大,不能忽略,所以纸片下落加速度较小。如果把纸片揉成纸团,空气阻力对纸团的影响较小,纸团下落的加速度较大,所以质量相等的纸片和纸团同时放手后,纸片比纸团下落得慢。一二三二、自由落体加速度自由落体加速度定义:在同一地点,一切物体自由下落的加速度都相同,这个加速度叫自由落体加速度,也叫重力加速度,符号为𝑔方向:自由落体加速度的方向总是竖直向下的大小:地球上越靠近赤道的地方重力加速度越小,越靠近两极的地方重力加速度越大。一般的计算中,取𝑔=9.8m/s2或𝑔=10m/s2一二三三、自由落体运动的规律1.自由落体运动的性质:自由落体运动是初速度为0、加速度等于g的匀加速直线运动,匀变速直线运动的所有规律、公式均适用于自由落体运动。2.自由落体运动的公式:(1)速度公式:v=gt;(3)位移与速度关系式:v2=2gh。(2)位移公式:h=12𝑔𝑡2;一二三设计一个实验,不用卷尺,你能估测出一幢10层楼的高度吗?提示:从楼顶释放一个重物,记下重物下落的时间,根据自由落体运动的位移公式即可求得楼的高度。(切记注意安全)一二一、对自由落体运动的理解1.物体做自由落体运动的条件(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这种模型忽略了次要因素——空气阻力,突出了主要因素——重力。在实际中,物体下落时由于受空气阻力的作用,并不做自由落体运动,只有当空气阻力远小于重力时,物体由静止下落才可看作自由落体运动。如图所示,从冰柱上滴落的水滴的运动可看作自由落体运动;而空气中羽毛的下落不能看作自由落体运动。一二3.自由落体运动的实质自由落体运动是初速度v0=0、加速度a=g的匀加速直线运动,它只是匀变速直线运动的特例。注意物体在其他星球上也可以做自由落体运动,但同一物体在不同的星球上所受重力一般不同,所以下落时的加速度一般不同。一二二、如何理解自由落体运动的加速度1.在同一地点,一切物体自由下落的加速度都相同,即物体自由下落时速度变化的快慢都一样。我们平时看到轻重不同、密度不同的物体下落时的快慢不同,加速度也不同,那是因为它们受到的阻力不同的缘故。如果空气阻力的影响比较明显,与重力相比不能忽略的话,这个物体的运动就不能看作自由落体运动。2.自由落体加速度,也叫重力加速度,其方向总是竖直向下的,其大小与物体在地球上的位置有关,赤道上重力加速度最小,两极的最大;与离地的高度也有关,高度越大,重力加速度越小。通常情况下不考虑高度和纬度的影响,在一般计算中,g取9.8m/s2或g取10m/s2。类型一类型二类型三类型四类型一对自由落体运动的理解【例题1】(多选)关于自由落体运动,下列说法正确的是()A.物体竖直向下的运动一定是自由落体运动B.自由落体运动是初速度为零、加速度为g的竖直向下的匀加速直线运动C.物体只在重力作用下从静止开始的运动叫自由落体运动D.当空气阻力的作用比较小、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点拨:自由落体运动的物体不仅只受重力,还必须满足v0=0的条件。类型一类型二类型三类型四解析:物体向下的运动可以加速、减速,也可以是匀速,所以选项A错误;自由落体运动是物体只在重力作用下从静止开始的运动,故选项C正确;它是一种初速度为零、加速度为g的匀加速直线运动,故选项B正确;如果空气阻力的作用比较小,可以忽略不计,物体从静止开始自由下落的运动也可以看作自由落体运动,选项D正确。答案:BCD题后反思充分理解自由落体运动的定义、特征和性质,重力加速度的特点,排除日常生活经验的干扰,紧紧抓住概念的本质,是解决此类问题的关键。类型一类型二类型三类型四类型二自由落体运动规律的应用【例题2】从离地面80m的空中自由落下的一个小球,g取10m/s2,求:(1)经过多长时间小球落到地面上;(2)自开始下落计时,在最后1s内的位移;(3)下落一半高度时的速度。点拨:小球释放后做自由落体运动,根据自由落体运动的规律,选择合适的公式进行计算。类型一类型二类型三类型四答案:(1)4s(2)35m(3)28.28m/s题后反思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。解析:(1)由h=12𝑔𝑡2可得t=2ℎ𝑔=2×8010s=4s。(2)根据题意有h1=h−12𝑔(𝑡−1)2解得h1=35m。(3)由v2=2g·ℎ2得v=𝑔ℎ=10×80m/s≈28.28m/s。类型一类型二类型三类型四类型三重力加速度的测量【例题3】(1)如今,我们可以采取多种方法对落体运动进行研究,也可以利用多种手段对落体运动的加速度,即重力加速度进行测量,如DIS实验法、频闪照相法、滴水法、单摆法等。滴水法测重力加速度的过程是这样的,让水龙头的水一滴一滴地滴在其正下方的盘子里,调整水龙头,让前一滴水滴到盘子而听到声音时后一滴恰好离开水龙头。测出听到n次水击盘声的总时间为t,用刻度尺量出水龙头到盘子的高度差h,即可算出重力加速度,其计算公式为。了解了这个方法,你可以尝试在课余时间完成对本地重力加速度的测量。类型一类型二类型三类型四(2)设人耳能区别两个声音的时间间隔为0.1s,声速为340m/s,则()A.水龙头距人耳的距离至少为34mB.水龙头距盘子的距离至少为34mC.水龙头距人耳的距离至少为0.05mD.水龙头距盘子的距离至少为0.05m点拨:从自由落体运动的位移公式出发进行分析。类型一类型二类型三类型四解析:(1)听到n次水滴响声,则一滴水滴从高为h处下落的时间为t0=𝑡𝑛-1,由自由落体公式h=12𝑔𝑡02得g=2ℎ𝑡02=2ℎ𝑡𝑛-12=2(𝑛-1)2ℎ𝑡2。h'=12𝑔𝑡′2=12×10×0.12m=0.05m所以,水龙头距盘子的距离只要超过0.05m就行。答案:(1)g=2(𝑛-1)2ℎ𝑡2(2)D类型一类型二类型三类型四类型四自由落体运动的综合问题【例题4】跳伞运动员做低空跳伞表演,他离开飞机后先做自由落体运动,当距离地面125m时打开降落伞,伞张开后运动员就以14.3m/s2的加速度做匀减速运动,到达地面时速度为5m/s,问:(1)运动员离开飞机时距地面的高度为多少?(2)离开飞机后,运动员经过多长时间才能到达地面?(g取10m/s2)点拨:运动员离开飞机后先做自由落体运动,后做匀减速运动,自由落体运动的末速度等于匀减速运动的初速度。类型一类型二类型三类型四解析:(1)运动员打开伞后做匀减速运动,运动员打开伞时的速度为v1=60m/s运动员自由下落距离为h1=𝑣122𝑔=180m运动员离开飞机时距地面高度为h=h1+h2=305m。(2)自由落体运动的时间为t1=𝑣1𝑔=6s打开伞后运动的时间为t2=𝑣2-𝑣1𝑎=3.85s离开飞机后运动的时间为t=t1+t2=9.85s。答案:(1)305m(2)9.85s题后反思对于此类问题,应先分析清楚物体的整个运动过程,然后选择合适的公式列方程求解。由𝑣22−𝑣12=2𝑎ℎ2可求得