2019-2020学年高中物理 第二章 匀变速直线运动的研究 第5节 自由落体运动课件 新人教版必修

第5节自由落体运动自主学习学习目标1.经历自由落体运动模型建立的过程,知道物体做自由落体运动的条件。2.通过分析打点计时器记录的纸带信息,判断自由落体运动的性质,确认自由落体运动是匀加速直线运动。3.知道自由落体加速度的大小和方向,知道自由落体加速度就是重力加速度g。4.运用匀变速直线运动规律得出自由落体运动计算公式,掌握自由落体运动的规律。5.运用自由落体运动的规律解决简单问题。6.知道用频闪摄影研究运动的基本原理,会根据频闪照片分析自由落体运动。教材提炼一、自由落体运动[知识梳理]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0的运动。重力静止匀加速直线[练一练]在真空中,将苹果和羽毛同时从同一高度由静止释放,下列频闪照片中符合事实的是()解析:在真空中,没有空气阻力,两者做自由落体运动(初速度为零、加速度为g的匀加速直线运动),下落快慢应该相同,故选项C正确。C二、自由落体加速度[知识梳理]1.定义:在同一地点,物体做自由落体运动的加速度都,这个加速度叫做自由落体加速度,也叫,通常用g表示。2.方向:。3.大小:在地球上其大小随地理纬度的增加而,在赤道上最,两极处最,一般计算中,常取g=9.8m/s2或g=10m/s2。重力加速度竖直向下相同增大小大[练一练](2019·浙江6月学考)如图所示,真空玻璃管内的鸡毛、铜钱由静止开始自由下落。能表示铜钱在自由下落过程中速度随时间变化的图象是()A解析:铜钱在下落过程中做自由落体运动,根据自由落体规律,有v=gt,选项A正确。三、自由落体运动规律[知识梳理]1.速度公式:v=。2.位移公式:h=。3.位移速度关系式:v2=。gt212gt2gh[练一练]1.某人估测一竖直枯井深度,从井口静止释放一石头并开始计时,经2s听到石头落地声,由此可知井深约为(不计声音传播时间,重力加速度g取10m/s2)()A.10mB.20mC.30mD.40mB解析:石头做自由落体运动,根据位移公式得h=12gt2=12×10m/s2×(2s)2=20m。2.据说,当年牛顿躺在树下被一只从树上掉下的苹果砸中,从而激发灵感发现万有引力定律。假设苹果以大约6m/s的速度砸中牛顿,那么苹果下落前离地高度约为()A.1mB.1.8mC.3.6mD.6mB解析:苹果做自由落体运动,根据位移与速度关系v2=2gh得h=22vg=1.8m。课堂探究要点一自由落体运动规律及应用[例1]从离地面500m的空中自由落下一个小球,取g=10m/s2,求小球:(1)落到地面所用的时间;(2)自开始下落计时,在第1s内的位移、最后1s内的位移。思路探究:“最后1s内的位移”的含义是什么?答案:如果下落时间为t,最后1s内的位移是下落总位移和前(t-1s)下落位移之差。(2)第1s内的位移h1=12g21t=12×10m/s2×(1s)2=5m从开始运动起前9s内的位移为h9=12g29t=12×10m/s2×(9s)2=405m则最后1s内的位移为Δh=h-h9=500m-405m=95m。解析:(1)由h=12gt2,得落地所用时间t=2hg=22500m10m/s=10s。答案:(1)10s(2)5m95m物理模型理想运动模型:自由落体运动(1)自由落体运动是一种理想化模型①这种模型忽略了次要因素——空气阻力,突出了主要因素——重力。实际上,物体下落时由于受空气阻力的作用,并不做自由落体运动。②当空气阻力远小于重力时,物体由静止开始的下落可看做自由落体运动。(2)自由落体运动是匀变速直线运动的特例①自由落体运动的初速度为零。②自由落体运动的加速度就是重力加速度。匀变速直线运动的其他规律,如平均速度公式、位移差公式、初速度为零的比例式同样适用于自由落体运动。针对训练1:屋檐上每隔相同的时间间隔滴下一滴水,当第5滴正欲滴下时,第1滴刚好到达地面,而第3滴与第2滴分别位于高为1m的窗户的上、下沿,如图所示,问:(g取10m/s2)(1)此屋檐离地面多高?(2)滴水的时间间隔是多少?解析:设相邻水滴之间的时间间隔为Δt,则2,3两滴间的位移Δh=12g(3Δt)2-12g(2Δt)2,将Δh=1m代入得Δt=0.2s,第1滴水滴下落总时间t=4Δt=0.8s,由H=12gt2得H=3.2m。答案:(1)3.2m(2)0.2s要点二测量重力加速度的几种方法[例2]如图甲、乙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50Hz。(1)甲、乙两图相比较,图所示的装置更合理。思路探究：(1)实验中,对下落的初速度和所受摩擦力有什么要求?答案:下落的初速度应为零,所受摩擦力越小越好。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零,所以甲图更合理。答案:(1)甲(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11.70cm,第1至第16点间距离为43.88cm,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。(保留三位有效数字)思路探究：(2)由“第15至第17点间的距离……”可求出哪一点的速度?答案:根据匀变速直线运动中间时刻的速度公式,可求出第16个点的速度。解析:(2)自由落体运动是初速度为零的匀加速直线运动,所以v1617152xxT=2.93m/s,又根据2gH=v2,可得g=9.78m/s2。答案:(2)2.939.78(±0.02均可)利用纸带计算重力加速度的方法(1)计算出纸带上一个点或几个点的速度,根据匀变速直线运动的公式求加速度。(2)计算出纸带上各点的速度,画出v-t图象,由图象的斜率可求得重物下落的加速度即重力加速度。(3)根据Δh=gt2,Δx=aT2求重力加速度g。规律方法针对训练2:如图所示,将打点计时器固定在铁架台上,使重物拖着纸带从静止开始自由下落,利用此装置可以测定重力加速度。(1)所需器材有打点计时器(带导线)、纸带、复写纸、带铁夹的铁架台和带夹子的重物,此外还需(填字母序号)中的器材。解析:(1)打点计时器需接交流电源;重力加速度与物体的质量无关,所以不需要天平和砝码;计算速度时需要用刻度尺测量相邻计数点间的距离,故选项D正确。答案:(1)D(2)通过作图的方法可以剔除偶然误差较大的数据,提高实验的准确程度。为使所作图线的斜率等于重力加速度,除作v-t图象,还可作图象,其纵轴表示的是,横轴表示的是。解析:(2)由自由落体运动的规律v2=2gh可得22v=gh,当纵轴表示22v,横轴表示重物下落的高度h时,图线的斜率即可表示重力加速度。答案:(2)22v-h速度平方的二分之一重物下落的高度1.关于自由落体运动及重力加速度的说法,正确的是()A.竖直向下的运动一定是自由落体运动B.熟透的苹果从树枝开始自由下落的运动可被视为自由落体运动C.同一地点,轻重物体的g值可能不一样大D.g值在两极处小于在赤道处解析:物体做自由落体运动的条件是初速度为零且只受重力作用,A错;熟透的苹果在下落过程中虽受空气阻力作用,但该阻力远小于它的重力,可以忽略该阻力,故可将该过程视为自由落体运动,B对;同一地点,重力加速度与质量无关,C错误;赤道处g值小于两极处,D错。B课堂达标2.宇航员在月球上离月球表面高10m处由静止释放一片羽毛,羽毛落到月球表面上的时间大约是()A.1.0sB.1.4sC.3.5sD.12sC解析:在月球上没有空气阻力,羽毛做自由落体运动,所以h=12at2,其中a=6g,代入得t=3.5s。A3.质量为m的物体从高为h处自由下落,开始的3h用时为t,则()A.物体落地所用的时间为3tB.物体落地所用的时间为3tC.物体落地时的速度为6gtD.物体落地时的速度为3gt解析:由题意得3h=12gt2,而h=12gt′2,则物体落地所用的时间为t′=2hg=3t,选项A正确;物体落地时的速度为v=gt′=3gt,C,D错。4.某探险者在野外攀岩时,踩落一小石块,约5s后听到石块直接落到崖底的声音。探险者离崖底的高度最接近的是()A.25mB.50mC.110mD.150mC解析:小石块落到崖底的过程中,若看做自由落体运动,由h=12gt2,代入数据得h=122.5m,考虑声音传回来的时间以及空气阻力的影响,即下落距离应略小于122.5m,即选项C正确。