2.5 自由落体运动-【新教材精创】2020-2021学年高一物理知识讲学卓越讲义（新教材人教版必修第一册）

2020-2021学年高一物理卓越同步讲义（新教材人教A版必修第一册） 第二章 匀变速直线运动的研究 2.5 自由落体运动 一、知识点归纳 知识点一、对自由落体运动的理解和应用 1．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． 2．自由落体加速度——重力加速度 产生原因 由于地球上的物体受到地球的吸引而产生 大小 与物体质量无关，与所处于地球上的位置及距地面的高度有关，在一般的计算中，可以取g＝9.8 m/s2或g＝10 m/s2 与纬度关系 在地球表面上，重力加速度随纬度的增加而增大，在赤道处重力加速度最小，在两极处重力加速度最大，但差别很小 与高度关系 在地面上的同一地点，随高度的增加，重力加速度减小，在一般的高度内，可认为重力加速度的大小不变 方向 竖直向下．由于地球是一个球体，所以各处的重力加速度的方向是不同的 3.匀变速直线运动与自由落体运动的规律比较 匀变速直线运动的一般规律 自由落体运动规律 速度公式 v＝v0＋at v＝gt 平均速度公式 ＝ ＝ 位移公式 x＝v0t＋at2 x＝gt2 位移与速度的关系 v2－v＝2ax v2＝2gh 推论 Δx＝aT2 Δx＝gT2 知识点二、实验：研究自由落体运动的规律 1．实验仪器——打点计时器 (1)按如图所示连接好实验装置，让重锤做自由落体运动，与重锤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求出重力加速度的大小． 2．实验步骤 (1)把打点计时器竖直固定在铁架台上，连接好电源． (2)把纸带穿过两个限位孔，下端通过铁夹将重物和纸带连接起来，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，先接通电源，再松开纸带让重物自由下落，打点计时器在纸带上打下一系列的点． (4)重复几次，选取一条点迹清晰的纸带分析． 3．数据处理方法 (1)逐差法 虽然用a＝可以根据纸带求加速度，但只利用一个Δx时，偶然误差太大，为此应采取逐差法． 利用“逐差法”求加速度，若为偶数段，假设为6段，则a1＝，a2＝，a3＝，然后取平均值，即＝，或由a＝直接求得；若为奇数段，则中间段往往不用，假设为5段，则不用第3段，则a1＝，a2＝，然后取平均值，即＝或由a＝直接求得，这样所给的数据充分得到了利用，提高了准确度． (2)v－t图象法 根据纸带，求出各时刻的瞬时速度，作出v－t图象，求出该v－t图象的斜率k，则k＝a. 这种方法的优点是可以舍掉一些偶然误差较大的测量值，有效地减少偶然误差． 4．注意事项 (1)应选用质量和密度较大的重物．增大重物的重力可使阻力的影响相对减小． (2)打点计时器应竖直放置，以减小阻力． (3)重物应从靠近打点计时器处释放，要先接通打点计时器的电源，再释放纸带． 知识点三、竖直上抛运动的规律及应用 定义 物体具有竖直向上的初速度，只在重力作用下的运动 运动性质 先做竖直向上的匀减速运动，上升到最高点后，又开始做自由落体运动，整个过程中加速度始终为g 处理方法 (1)分段法：可以把竖直上抛运动分成上升阶段的匀减速直线运动和下降阶段的自由落体运动处理．上升阶段：v＝v0－gt，h＝v0t－gt2；下落阶段：v＝gt，h＝gt2 (2)整体法：将竖直上抛运动视为初速度为v0，加速度为－g的匀减速直线运动．取整个过程分析，选竖直向上为正方向，则有v＝v0－gt，h＝v0t－gt2，v>0，上升阶段；v<0，下落阶段；h>0，在抛出点上方；h<0，在抛出点下方 重要特性 作出竖直上抛运动的过程图，如图所示，结合图象分析，可知 (1)对称性 ①时间对称性：对同一段距离，上升过程和下降过程时间相等，tAB＝tBA，tO C＝tC O ②速度对称性：上升过程和下降过程通过同一点时速度大小相等，方向相反 (2)多解性：通过某一点对应两个时刻，即：物体可能处于上升阶段，也可能处于下降阶段 典型物 理量 上升的最大高度：h＝＝；上升时间：t＝＝；在t＝时刻，整个过程位移为零，即回到抛出点 二、题型分析 题型一 对自由落体运动的理解 【例1】(多选)(2019-2020学年·济南高一月考)关于自由落体运动，下列说法中正确的是(　　) 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