【课件】自由落体运动 2023年初升高物理暑假预习强化之备课课件（人教版2019必修第一册）.pptx

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1、Physics自由落体运动自由落体运动3自由落体运动自由落体运动1.概念：物体只在重力作用下从静止开始下落的运动，叫作自由落体运动。（1）当阻力远小于远小于重力时，物体的下落可看成自由落体运动，例如，在空气中小铁球由静止释放后的下落。（2）当阻力相对于重力不能忽略时，不是自由落体运动，例如，在空气中羽毛由静止释放后的下落。4自由落体运动自由落体运动2.运动性质：自由落体运动是初速度为零、加速度 a=g的匀加速直线运动，它是我们前面所学的匀变速直线运动的一个特例，其v-t图像是一条过原点的倾斜直线，斜是一条过原点的倾斜直线，斜率率k=gk=g。5自由落体运动自由落体运动（1 1）物体的运动同时满

2、足以下两个条件才可以）物体的运动同时满足以下两个条件才可以称为自由落体运动称为自由落体运动物体的初速度为零初速度为零；物体只受重力，不受空气阻力或空气阻力可只受重力，不受空气阻力或空气阻力可以忽略不计以忽略不计。（2）在同一地点，所有物体做自由落体运动时，所有物体做自由落体运动时，下落的快慢是相同的下落的快慢是相同的,平常我们看到不同物体下落快慢不同是因为它们受到的阻力的影响不同受到的阻力的影响不同。（3）自由落体运动在其他星球上也可以发生其他星球上也可以发生，但物体下落时的加速度一般和在地球上的不同加速度一般和在地球上的不同。自由落体运动的规律及推论7自由落体运动的规律及推论自由落体运动的规

3、律及推论1.自由落体运动的加速度（1）概念由于地球上的物体受到地球的受到地球的吸引而产生的加速度吸引而产生的加速度.在同一地点，一切物体自由下落的加速度都相同，这个加速度叫作自由落体加速度，也叫重力加速度，通常用g表示。8自由落体运动的规律及推论自由落体运动的规律及推论1.自由落体运动的加速度（2）方向和大小重力加速度的方向竖直向下，一般在计算中，g可取9.8m/s或10m/s2，如果没有特殊说明，都按g取9.8 m/s2进行计算。9自由落体运动的规律及推论自由落体运动的规律及推论（1 1）对对 竖直向下竖直向下 的理解：的理解：“竖直向下”是相对的，因为地球是一个球体，而竖直向下是指与所在地

4、水平面垂直的方向，所以不同位置重力加速度的方向并不相同,不能认为g的方向不能说成垂直向下，也不能说指向地心，这一点在必修第二册将详细介绍。10自由落体运动的规律及推论自由落体运动的规律及推论（2 2）重力加速度并不是恒定的）重力加速度并不是恒定的在同一地点,一切物体的重力加速度都相同。重力加速度与物体的质量、运动状态、受力情况无关;在地球表面，重力加速度随纬度的增加而增大，即赤道处重力加速度最小，两极处重力加速度最大，但差别很小;在同一纬度，重力加速度随高度的增加而减小，但在一定的高度内，可认为重力加速度的大小不变;在不同星球上的自由落体运动，重力加速度不同，月球上的重力加速度g月=1/6 g

5、地;11自由落体运动的规律及推论自由落体运动的规律及推论2.自由落体运动的规律：自由落体运动是初速度为零、加速度为g的匀加速直线运动，故初速度为零的匀加速直线运动的公式及匀变速直线运动的相关推论式对自由落体运动都适用.12自由落体运动的规律及推论自由落体运动的规律及推论2.自由落体运动的规律：（1）基本公式匀变速直线运动规律 自由落体运动规律特例v=v0+at x=v0t+1/2at2 v2-v02=2ax v0=0a=gv=gt x=1/2at2 v2=2gh（2）推论式：物体的平均速度：连续相等时间间隔T内下落的高度差：hn-hn-1=gT2 13自由落体运动的规律及推论自由落体运动的规律

6、及推论（3）几个比例式：第T末、第2T末、第3T末、第nT末速度之比v1:v2:v3:：vn=123：n;前T内、前2T内、前3T内、前nT内的位移之比为h1:h2:h3：:hn=12:22:32:：n2;第1个T内、第2个T内、第3个T内、第n个T内的位移之比为x1:x2:x3:：xn=1:3:5:：(2n-1);通过第1个x、第2个x、第3个x、第n个x所用时间之比为t1:t2:t3:：tn=1:(-1):(-):()14自由落体运动的规律及推论自由落体运动的规律及推论【典例1】关于自由落体运动，下列叙述正确的是（）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自由落体加速度随纬度的

7、增大而减小C在地球上同一地点，一切物体的重力加速度相同D自由落体运动中，所用的时间越短，物体的速度就会越大C15自由落体运动的规律及推论自由落体运动的规律及推论【典例2】如图所示是用频闪周期为t的相机拍摄的一张真空中羽毛与苹果自由下落的局部频闪照片。关于提供的信息及相关数据处理，下列说法中正确的是（）A苹果下落的加速度大小为B羽毛下落到C点的速度大小为C一定满足关系x1:x2:x3=1:3:5D一段时间后苹果会在羽毛下方B16自由落体运动的规律及推论自由落体运动的规律及推论【典例3】城市里高楼鳞次栉比，楼层越高视野越开阔，但是有一点一定要注意严禁“高空坠物”，因为坠物落地速度很大，会造成很大的

8、危害。假设一个小铁块从10层楼的高处无初速度下落，已知10层楼距地面高度为30m，小铁块落地后不反弹，不计空气阻力，重力加速度g=10m/s2。下列说法正确的是（）A小铁块在开始下落后的第1s内、第2s内、第3s内的位移之比为1:3:5B小铁块下落过程的平均速度大小为10m/sC小铁块下落过程中第2s内的位移为20mD小铁块下落最后10m所用时间为D17自由落体运动的规律及推论自由落体运动的规律及推论【典例4】甲、乙两球从同一高度相隔1s先后自由下落，在下落过程中（）A两球的距离始终不变B两球的距离越来越大C两球的速度差始终不变D两球的速度差越来越大B C自由落体运动的实验探究19自由落体运动

9、的实验探究自由落体运动的实验探究1.实验原理：重物拖着纸带竖直下落时，如果纸带受到的阻力和空气阻力比重物的重力小得多，可以近似认为重物仅在重力作用下运动，根据打点计时器打出的纸带能分析和研究重物的运动规律。2.实验器材：打点计时器、纸带、复写纸、带铁夹的铁架台、几个质量不同的重物、夹子、交流电源、毫米刻度尺。20自由落体运动的实验探究自由落体运动的实验探究3.探究过程：（1）如图所示，将打点计时器竖直 固定在铁架台上，连接好电路。（2）令纸带穿过两个限位孔，下端用夹子夹到重物上，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竖直状态，启动打点计启动打点计时器时器，松手松手释放纸

10、带让重物自由下落，重物落地后立刻关闭打点计时器，打点计时器就在纸带上留下一串小点。（4）改变重物的质量，重复几次上面的实验，选取一条点迹清晰的纸带进行处理。21自由落体运动的实验探究自由落体运动的实验探究4.数据处理：（1）用刻度尺测量打点计时器打出的纸带上的点之间的距离。（2）用vn=求出各点的速度，作出v-t图像，图像应为一条向上倾斜且过原点的直线。（3）根据x=aT2 计算加速度。22自由落体运动的实验探究自由落体运动的实验探究 5.实验结论：自由落体运动是初速度为零、加速度恒定（约为9.8m/s，与物体的质量无关）的匀加速直线运动。伽利略对自由落体运动的研究24伽利略对自由落体运动的研

11、究伽利略对自由落体运动的研究1.亚里士多德的观点：物体下落的快慢是由它们的重量决定的，因此重的物体比轻的物体下落得快，这与我们平常观察到的现象相符。25伽利略对自由落体运动的研究伽利略对自由落体运动的研究2.伽利略的研究：（1）归谬伽利略从亚里士多德的论断出发，通过逻辑推理，认为重物与轻物应该下落得一样快，从而否定了亚里士多德的论断。26伽利略对自由落体运动的研究伽利略对自由落体运动的研究2.伽利略的研究：（2）猜想与假说：伽利略猜想自由落体运动是一种最简单的变速运动，它的速度应该是均匀变化的，有两种可能性速度v与时间t成正比;速度v与位移x成正比。27伽利略对自由落体运动的研究伽利略对自由落

12、体运动的研究2.伽利略的研究：（3）数学推理：伽利略通过数学推理得出对于初速度为零的匀变速直线运动应有 xt2.因此，只要测出物体通过不同位移所用的时间，就可以检验这个物体的速度是否随时间均匀变化。28伽利略对自由落体运动的研究伽利略对自由落体运动的研究2.伽利略的研究：(4）实验验证-间接验证方法：为了克服自由落体运动中下落时间太短难以测量的困难，伽利略巧妙地采用了间接的验证方法,即先研究铜球在斜面上的运动(冲淡重力)如图所示，让铜球沿阻力很小的斜面滚下。铜球通过的位移跟所用时间的平方之比是不变的，即 .，换用不同质量的小球，结果都是相同的。结论：铜球沿斜面做匀加速直线运动，且只要斜面倾角一

13、定，铜球的加速度都是相同的，跟铜球的质量无关。不断增大斜面的倾角，重复上述实验，可知铜球的加速度随斜面倾角的增大而增大。29伽利略对自由落体运动的研究伽利略对自由落体运动的研究2.伽利略的研究：（5）合理外推：当斜面倾角很大时、铜球的运动跟落体运动差不多，如果斜面倾角增大到90，这时铜球的运动就是自由落体运动，铜球仍会保持匀加速直线运动的性质。30伽利略对自由落体运动的研究伽利略对自由落体运动的研究2.伽利略的研究：（6）伽利略的结论：自由落体运动是初速度为零的匀加速直线运动，而且所有物体下落时的加速度都是一样的。31伽利略对自由落体运动的研究伽利略对自由落体运动的研究伽利略的逻辑推理按照亚里

14、士多德的观点，假定大石头的下落速度为8m/s,小石头的下落速度为4 m/s,当把两块石头捆在一起时，大石头会被小石头拖着而减慢，结果整个系统的下落速度应该小于8m/s，但两块石头捆在一起，总质量比大石头还要重，因此整个系统的下落速度应该比8m/s还要大，从而得出矛盾的推论。32伽利略对自由落体运动的研究伽利略对自由落体运动的研究3.伽利略的科学方法：对现象观察研究提出假说逻辑推理实验验证对假说进行修正和推广。伽利略第一次把实验和逻辑推理（包括数学演算）和谐地结合起来，从而发展了人类的科学思维方式和科学研究方法.33伽利略对自由落体运动的研究伽利略对自由落体运动的研究典例1 伽利略在研究自由落体

15、运动时,做了如下实验：他让一个铜球从阻力很小(可忽略不计)的斜面上由静止开始滚下,以冲淡重力。如图所示,设A、B、C与斜面底端的距离分别为S1、S2、S3,小球从A、B、C处由静止开始运动到斜面底端的时间分别为t1、t2、t3,到斜面底端时的速度分别为v1、v2、v3,则伽利略当时用来证明小球沿斜面向下的运动是匀变速直线运动的关系式是（）C34伽利略对自由落体运动的研究伽利略对自由落体运动的研究典例2 伽利略相信，自然界的规律是简洁明了的.他猜想落体的速度应该是均匀变化的。为验证自己的猜想,他做了“斜面实验”，发现铜球在斜面上运动的位移与时间的平方成正比。改变铜球的质量或增大斜面倾角,上述规律

16、依然成立。于是,他外推到倾角为90的情况,得出落体运动的规律,如图所示。结合以上信息，判断下列说法正确的是（）A由“斜面实验”的结论可知，铜球做落体运动的速度随时间均匀增大B由“斜面实验”的结论可知，铜球做落体运动的速度随位移均匀增大C伽利略通过“斜面实验”来研究落体运动规律是为了便于测量速度D伽利略通过“斜面实验”来研究落体运动规律是为了便于测量加速度A35伽利略对自由落体运动的研究伽利略对自由落体运动的研究典例3 某同学用如图甲所示的实验装置来测量当地的重力加速度,让重物从高处由静止开始下落,打点计时器在重物拖着的纸带上打出一系列的点。实验结束后,选择一条点迹清晰的纸带进行数据测量,用刻度

17、尺只测出如图乙所示的两段距离就可以达到实验目的,交流电源的频率为f,回答下列问题：（1）B点的速度为vB=_，F点的速度为vF=_。（用题中和图中所给的已知物理量符号来表示）（2）当地的重力加速度 g=_。（用题中和图中所给的已知物理量符号来表示）（3）若再测出B、F两点之间的距离为x3，当地的重力加速度可另表示为 g=_（用x1、x2、x3、f来表示）36伽利略对自由落体运动的研究伽利略对自由落体运动的研究【典例4】图为用光电门测重力加速度的实验装置。一直径为d的钢球从光电门正上方由静止开始自由下落，测得刚开始下落时，钢球球心到光电门的距离为h，用计时装置测出钢球通过光电门的时间为t。用钢球

18、通过光电门的平均速度表示钢球球心通过光电门的瞬时速度，不考虑空气阻力。（1）钢球球心通过光电门时的速度大小v=_；（2）当地重力加速度大小g=_；（3）由于实验中用钢球通过光电门的平均速度表示钢球球心通过光电门的瞬时速度，导致重力加速度的测量值_（选填“大于”“小于”）其真实值。小于重难点38重难点重难点 1-测重力加速度测重力加速度g g的常用方法的常用方法1.打点计时器法：（1）连接好实验装置，让重物做自由落体运动，与重物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g 的大小.39重难点重难点 1-测重力加速度

19、测重力加速度g g的常用方法的常用方法2.频闪照相法：根据匀变速直线运动的推论 h=gT2，可求出重力加速度g=，也可以根据 ，求出物体在某个时刻的速度,由g=,也可求出重力加速度g。40重难点重难点 1-测重力加速度测重力加速度g g的常用方法的常用方法3.滴水法：（1）让水龙头的水一滴一滴地落到正下方的盘子里，调节阀门，直到前一滴水落在盘子里时，下一滴水恰好离开水龙头做自由落体运动；（2）记录下N滴水下落的总时间T，则一滴水下落的时间 t=T/N；（3）用米尺量出水龙头滴水处到盘子的距离h，利用 h=1/2gt2计算出重力加速度的值。41重难点重难点 1-测重力加速度测重力加速度g g的常

20、用方法的常用方法【典例1】某同学以墙面为背景，使用手机频闪照相功能拍摄小球自由下落过程，通过对频闪照片的研究，粗略测定当地的重力加速度。请回答下列问题：（1）该同学要从下列物体中选择做自由落体的小球，最为合理的是_；A小塑料球 B小木球 C小钢球 D小泡沫球（2）如图为该同学拍得的频闪照片的一部分，测得图中部分墙的高度h=0.72m，手机曝光时间间隔为0.07s，则当地重力加速度g=_m/s2，小球到达位置4时的速度大小为_m/s；（结果保留3位有效数字）（3）照片中位置1_（选填“是”“不是”或“不确定”）小球自由下落的初始位置，由于空气阻力影响，测出的重力加速度值比实际值_（选填“偏大”或

21、“偏小”）。C9.803.78不是偏小42重难点重难点 1-测重力加速度测重力加速度g g的常用方法的常用方法【典例2】用滴水法可以测定重力加速度的值，装置如图所示（1）下列操作步骤的正确顺序为_（只需填写步骤前的序号）仔细调节水龙头和挡板的位置，使得耳朵刚好听到前一个水滴滴在挡板上的声音的同时，下一个水滴刚好开始下落；用秒表计时：当听到某一水滴滴在挡板上的声音的同时，开启秒表开始计时，并数“1”，以后每听到一声水滴声，依次数“2、3、”，一直数到“n”时，计时结束，读出秒表的示数为t用刻度尺量出水龙头口距离挡板的高度h；在自来水龙头下安置一块挡板A，使水一滴一滴断续地滴落到挡板上。（2）写出

22、用上述步骤中测量的量计算重力加速度g的表达式g=_。（3）为了减小误差，改变h的数值，测出多组数据，记录在表格中（表中t是水滴从水龙头口到A板所用的时间，即水滴在空中运动的时间）。利用这些数据，以_为纵坐标、以_为横坐标作图，求出的图线斜率的大小即为重力加速度g的值。次数高度空中运动时间120.100.20225.200.23332.430.26438.450.28544.000.30650.120.3243重难点重难点 2-竖直上抛运动竖直上抛运动1.概念：竖直上抛运动是指将物体以一定的初速度 v0竖直向上抛出，物体只在重力作用下的运动。物体的初速度 v0竖直向上，加速度g竖直向下，所以竖直

23、上抛运动可以分为三个阶段三个阶段。44重难点重难点 2-竖直上抛运动竖直上抛运动（1）上升阶段加速度与速度方向相反，速度越来越小，是匀减速直线运动。（2）在最高点速度v=0，但加速度仍为重力加速度g，所以此时物体并不是处于平衡状态。（3）下落阶段加速度与速度方向相同，速度越来越大，是自由落体运动。45重难点重难点 2-竖直上抛运动竖直上抛运动2.运动规律:（1 1）通常取初速度）通常取初速度v0的方向为正方向，则的方向为正方向，则a=-g。速度公式：速度公式：v=v0-gt（t 时，v0，物体向下运动，t=时，v=0，物体在最高点;t0，物体向上运动）。位移公式：位移公式：h=v0t-gt2（

24、t 时，h0，物体在抛出点下方；t=时，h=0，物体回到抛出点;t0，物体在抛出点上方）。位移和速度的关系式：位移和速度的关系式：v2-v02=-2gh。上升的最大高度：上升的最大高度：h=上升到最高点上升到最高点(v=0)所需的时间t=，返回抛出点所需时间t=。46重难点重难点 2-竖直上抛运动竖直上抛运动2.运动规律:（2 2）竖直上抛运动的对称性）竖直上抛运动的对称性时间对称：时间对称：物体以初速度v0向上抛出,到最高点C后,落回抛出点O,tOC=tCO,tAB=tBA。“上升阶段”和“下落阶段”通过同一段大小相等、方向相反的位移所经历的时间相等。速率对称：速率对称：vA上=vA下，vB

25、上=vB下，物体在上升和下落经过同一位置时，具有大小相等、方向相反的速度。同理也可推出物体上升过程中经过一段区间时速度的变化量和下落过程中经过同一段区间时速度的变化量大小相同，即IvABl=lvBAl。47重难点重难点 2-竖直上抛运动竖直上抛运动3.竖直上抛运动的处理方法:（1 1）分段法）分段法 上升过程是加速度a=-g、末速度vt=0的匀减速直线运动，下落过程是自由落体运动。（2 2）全程法：）全程法：将全过程看成是初速度为v0，加速度为-g 的匀变速直线运动，其运动过程符合匀变速直线运动规律，即可以直接应用匀变速直线运动的几个关系式。（3 3）可逆法：）可逆法：可将上升及下落两个过程均

26、视为自由落体注意物理量的矢量性，通物理量的矢量性，通常以初速度常以初速度v0方向为正方向，方向为正方向，则上升阶段速度则上升阶段速度v0，下落，下落阶段速度阶段速度v0，在抛出点，在抛出点下方位移下方位移x”或“=”或“”）；实验过程中所受的平均阻力f与小球重力mg的比值为_（用k、k0表示）。62巩固练习巩固练习9每隔一定时间就有一滴水从屋檐滴下，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滴分别位于高1 m的窗子的上下沿，如图所示。（取g=10 m/s2）试求：（1）滴水的时间间隔是多少？（2）此屋檐离地面多高？0.2s3.2m63巩固练习巩固练习10如图所示，直棒AB长5m，上端为A、下端为B，在B的正下方10m处有一长度为5m，内径比直棒大得多的固定空心竖直管，手持直棒由静止释放，让棒做自由落体运动，不计空气阻力，重力加速度g=10 m/s2，求：（1）直棒下端刚好开始进入空心管时的瞬时速度v1；（2）直棒从开始下落至上端A离开空心管所用的时间。2s