2019-2020新教材高中物理 2.4 自由落体运动课件 新人教版必修1

4.自由落体运动一、自由落体运动1.自由落体运动的条件:(1)物体只受_____。(2)从_____开始下落。2.自由落体运动的特点:初速度为___的_______直线运动。重力静止零匀加速二、自由落体运动的加速度1.方向:_____向下。(选填“竖直”或“垂直”)2.大小:关于重力加速度的大小,下列说法正确的是_______。①地球上任一点的重力加速度都相同。②不同的物体重力加速度都相同。③加速度为g的运动就是自由落体运动。竖直④⑤⑥④在地球上的不同地点,g的大小一般不相等。⑤一般g=9.8m/s2或g=10m/s2。⑥g随纬度的增大而逐渐增大。一自由落体运动的含义1.自由落体运动的条件:(1)运动条件:初速度为零。(2)受力条件:除重力外,不受其他力的作用。2.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。(2)当空气阻力远小于重力时,物体由静止开始的下落可看作自由落体运动。【思考·讨论】羽毛和硬币在空气中同时由静止下落,分析哪个是自由落体运动?(模型建构)提示:羽毛受的重力稍稍大于空气阻力,不是自由落体运动;硬币受的重力远远大于空气阻力,近似是自由落体运动。【典例示范】(多选)关于自由落体运动及重力加速度的说法,正确的是世纪金榜导学号()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值一样大D.g值在赤道处大于在北极处【解析】选B、C。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错误;熟透的苹果在下落过程中虽受空气阻力的作用,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正确;同一地点,重力加速度都相同,与质量无关,C正确;赤道处g值小于北极处,D错误。【误区警示】分析自由落体运动的两点注意(1)物体在真空中下落的运动不一定是自由落体运动,因为初速度不一定为零。(2)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,所以物体下落时的加速度一般不同。【素养训练】1.(多选)下列关于自由落体运动说法中正确的是()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【解析】选B、C。地球表面有空气,纸片受到的空气阻力较大,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。2.关于重力加速度,以下说法正确的是()A.轻重不同的物体的重力加速度不同B.重力加速度表示自由下落的物体运动的快慢C.重力加速度表示自由下落的物体运动速度变化的大小D.重力加速度表示自由下落的物体运动速度变化的快慢【解析】选D。重力加速度的大小与所处的位置有关,与物体的大小、形状、质量无关,轻重不同的物体在同一地点具有相同的重力加速度,故A项错误;重力加速度是物体只受重力时产生的加速度,表示自由落体运动速度变化的快慢,与速度大小以及速度变化均无关,故D项正确,B、C项错误。【补偿训练】乐轩发现从核桃树上同一高度一颗核桃和一片树叶同时从静止落下,下列说法正确的是()A.核桃和树叶的运动都是自由落体运动B.核桃先落地是由于核桃受到的重力较大C.核桃和树叶的运动都不能看成自由落体运动D.假如地球上没有空气,核桃和树叶会同时落地【解析】选D。从树上落下的核桃所受阻力相对重力来说很小,可看成自由落体运动,而从树上落下的树叶所受的阻力相对重力来说较大,不能看成自由落体运动,A、B、C错误;假如地球上没有空气,则核桃和树叶不受空气阻力,都做自由落体运动,下落快慢相同,同时落地,D正确。二自由落体运动规律的运用1.自由落体运动的基本公式:2.自由落体运动的中间一段过程的分析方法:(1)差值法:从物体开始下落开始研究,物体做自由落体运动,如求物体下落后第4s内的位移,可以用自由落体前4s的位移与前3s的位移的差求得。(2)初速法:如求物体下落后第4s内的位移,可以先根据v0=gt1求出第4s内的初速度,再利用h=v0t2+求出相应的位移。221gt2【典例示范】2018年6月17日，在全国跳水冠军赛女子三米跳板决赛中，河北队选手王涵以382.05分的总成绩夺冠，若王涵从离水面3m高的平台①上向上跃起，举双臂直体离开台面，此时其重心位于从手到脚全长的中点，跃起后重心升高0.2m达到最高点②，落水时身体竖直，手先入水（在此过程中运动员水平方向的运动忽略不计）。从离开跳台到手触水面，求她可用于完成空中动作③的时间。（计算时，可以把运动员看作全部质量集中在重心的一个质点，g取10m/s2）世纪金榜导学号【审题关键】序号信息提取①下落位移为3m②上升的末速度为零③上升与下落的总时间【解析】向上跃起运动员做竖直上抛运动,设到达最高点的时间为t1,由位移公式,有:h=解得:t1==0.2s运动员从最高点开始做自由落体运动,下落的过程中满足:H+h=解得:t2==0.8s211gt22h20.2sg10221gt22(hH)g因此,运动员从向上跃起开始算起可用于完成空中动作的时间为:t=t1+t2=0.2s+0.8s=1s答案:1s【素养训练】某同学站在一平房边观察从屋檐滴下的水滴,发现屋檐向下滴水是等时的,且第4滴正欲滴下时,第1滴刚好到达地面;第2滴和第3滴水恰好位于窗户的下沿和上沿,他测得窗户上、下沿的高度差为1.2m,(重力加速度g取10m/s2)。由此求:(1)每隔多长时间滴下一滴水?(2)屋檐离地面的高度为多少?【解析】(1)设每隔T时间滴下一滴水,第3滴水下落的高度h3=gT2第2滴水下落的高度:h2=g(2T)2窗户上、下沿的高度差Δh=h2-h3代入数据解得T=0.2s。12122(2)屋檐离地面的高度等于第1滴水下落的高度h1=g(3T)2代入数据解得h1=3.6m。答案:(1)0.2s(2)3.6m122【补偿训练】1.高空抛物现象曾被称为“悬在城市上空的痛”,数据表明:一个拇指大的小石块,在25楼甩下时可能会让路人当场送命。忽略空气阻力影响,试估算一下25楼甩下的石块掉落到地面上,撞击地面的速度大约为()A.12m/sB.22m/sC.30m/sD.40m/s【解析】选D。石块从25楼下落,每一层的高度约3m,则下落的高度为h=75m,根据v2=2gh可知,v=m/s=38.7m/s,最接近的是40m/s,故D正确,A、B、C错误。2gh210752.一物体从H高处自由下落,经时间t落地,则当它下落时,离地的高度为()t2HH3H3HA.B.C.D.2442【解析】选C。解法一根据h=gt2,下落高度与时间的平方成正比,所以下落时,下落高度为,离地高度为,C正确。解法二把下落的时间平均分成两段,则这两段时间内的位移之比是1∶3,所以当物体下落时,离地高度h=,正确。12t2H43H4t233HH134＝3.一条悬链长7.2m,从悬挂点处断开,使其自由下落,不计空气阻力,则整条悬链通过悬挂点正下方20m处的一点所需的时间是(g取10m/s2)()A.0.3sB.0.4sC.0.7sD.0.9s【解析】选B。设链条的长度为L,经t1链条的下端经过该点,经t2链条的上端经过该点,根据h=得,t1==2s,根据h-L=得,t2==1.6s,则Δt=t1-t2=0.4s,故B项正确,A、C、D项错误。211gt22h220sg10221gt22(hL)g2207.2s10（）三科学探究——自由落体运动加速度的测量1.打点计时器法:(1)按图示连接好线路,并用手托重物将纸带拉到最上端。(2)安装打点计时器时要使两限位孔在同一竖直线上,以减小摩擦阻力。(3)应选用质量和密度较大的重物。增大重力可使阻力的影响相对减小;增大密度可以减小体积,可使空气阻力减小。(4)先接通电路再放开纸带。打完一条纸带后立刻断开电源。(5)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。2.频闪照相法:(1)频闪照相机可以间隔相等的时间拍摄一次,利用频闪照相机的这一特点可追踪记录做自由落体运动的物体在各个时刻的位置。(2)根据匀变速运动的推论Δh=gT2可求出重力加速度g=。也可以根据求出物体在某两个时刻的速度,由g=求出重力加速度g。2hTt2xvv,t0vvt3.滴水法:(1)让水滴落到垫起来的盘子上,可以清晰地听到水滴碰盘子的声音,细心地调整水龙头的阀门,使第一个水滴碰到盘子听到响声的瞬间,注视到第二个水滴正好从水龙头滴水处开始下落。(2)听到某个响声时开始计时,并数0,以后每听到一次响声,顺次加1,直到数到N,停止计时,表上时间的读数是T。(3)用米尺量出水龙头滴水处到盘子的距离为h。(4)由h=gt2和t=得g=12TN22222h2h2NhTtT()N。根据实验求重力加速度的几种方法1.利用相邻的、相等的时间间隔的位移差相等,且为一定值,即Δh=gT2,则g=2.可由位移公式h=gt2求得,利用刻度尺量出从初始位置到某点的位移,若已知发生这段位移的时间,则g=,可以找多个点,多次求g值,再求平均值。2hT。1222ht3.可利用速度公式v=gt求得,利用平均速度求某一点的瞬时速度,并已知自由下落的物体经过一点的时间,则由g=解得,当然也可找多个点,多次求瞬时速度,多次求g值,再求平均值。4.利用多次求得的瞬时速度,画出v-t图像,根据图线的斜率求得g。vt【典例示范】如图甲所示,将打点计时器固定在铁架台上,使重物带动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。世纪金榜导学号(1)所需器材有:电磁打点计时器、纸带、复写纸、带铁夹的铁架台和带夹子的重物,此外还需______(填字母代号)中的器材。A.直流电源B.天平及砝码C.4～6V交流电源D.毫米刻度尺(2)实验中得到的一条纸带如图乙所示,图中五个数据中不符合有效数字要求的一组数据应改为______cm;物体在打下点D时的速度大小为________m/s。物体的加速度大小为________m/s2。该实验中测得的重力加速度偏小,其主要原因是______________________。【解析】(1)电磁打点计时器需接4～6V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。计算速度需要测相邻计数点的距离,需要毫米刻度尺,故A、B错误,C、D正确。故选C、D。(2)毫米刻度尺测量长度,要求估读即读到最小刻度的下一位,这五个数据中不符合有效数字读数要求的是2.0,应改为2.00cm。ABCDEF是打点计时器连续打出的点,因此计数点之间的时间间隔为T=0.02s;根据匀变速直线运动中间时刻的速度等于平均速度求出D点速度为vD=m/s=1.4825m/s;根据逐差CEx0.10320.04392T0.04法有:a==9.625m/s2,由于重物下落的过程中不可避免的存在摩擦力及空气的阻力,因此所测重力加速度比实际的要小。2CEAC22xx0.10320.04390.0439m/s4T0.024答案:(1)C、D(2)2.001.48259.625实验中存在摩擦力及空气的阻力【素养训练】(2019·全国卷Ⅲ)甲乙两位同学设计了利用数码相机的连拍功能测重力加速度的实验。实验中,甲同学负责释放金属小球,乙同学负责在小球自由下落的时候拍照。已知相机每间隔0.1s拍1幅照片。(1)若要从拍得的照片中获取必要的