2.4.1 自由落体运动 课件-2024-2025学年高一上学期物理人教版（2019）必修第一册

2.4.1 自由落体运动 第二章 匀变速直线运动的研究 授课教师：陈睿智 2024.10.11 0 课前巩固：匀变速直线运动“全景图” 需要注意： （1）各关系式只适用于匀变速直线运动； （2）v、v0、a、x 均为矢量，使用公式时应先规定正方向（一般以v0的方向为正方向）。 0 思考与讨论 现实生活中，什么运动是匀变速直线运动？ 你能举个教室中就看得着的例子吗？ 你做出此猜想的理由是什么？ 猜想：物体下落的运动是匀变速直线运动 理由：物体下落是自然界的常见运动，自然界的规律是简洁明了的，它应该是最简单的变速运动，速度随时间均匀变化。（当年伽利略的想法！） 物体下落的运动司空见惯，但人类对它的认识却经历了约两千年时间。 1 早期观点及实验探究 平常日常观察到的事实，如一块石头比一片树叶落得快些…两千多年前，古希腊哲学家亚里士多德认为物体下落的快慢跟它的轻重有关，重的物体下落得快。 他的这一论断符合人们的常识，以至于其后两千年的时间里，大家都奉为经典，你能举例推翻这一结论吗？ 亚里士多德 观察+归纳！ 伽利略 v12＞ v1 ？ v1 v2 v1<v12<v2？ 从两个不同的角度考虑，对同一结果的预测出现了矛盾！ 重物被轻物拖累 重物轻物的总质量更大 1 早期观点及实验探究 伽利略通过逻辑推理指出了亚里士多德的错误，提出重物与轻物下落得同样快，最后通过实验证实自己的结论。 伽利略的探究方法 1、归谬：通过逻辑推理，否定了亚里士多德的论断 2、猜想：最简单的变速运动，它的速度应该是均匀变化的 3、推理：利用数学推理得出初速度为零的匀变速直线运动应该有x∝ 4、实验：通过斜面“冲淡”重力，证实小球沿斜面滚下是匀变速直线运动 5、逻辑外推：当斜面倾角为900时，小球自由下落，仍做匀变速直线运动 验证：物体自由下落是匀变速直线运动 实验+逻辑推理！ 1 早期观点及实验探究 现象一：一张A4纸，一本物理书，从同一高度静止释放； 现象二：一个A4纸团，一本物理书，从同一高度静止释放； 现象三：一个A4纸团，多张A4纸叠在一起，从同一高度静止释放。 轻物和重物都有可能下落得快，也可能一样快，那么到底是什么因素造成了这种结果呢？如果没有这个因素的影响，轻重不同的物体谁会下落得更快呢？ 重的先落地 同时落地 轻的先落地 1 早期观点及实验探究 实验条件控制 实验现象 1 未抽出空气 2 抽出大部分空气 3 抽出所有空气 实验结论：将玻璃管里的空气抽出去后，没有了空气阻力的影响，轻的物体和重的物体下落得同样快。 1 早期观点及实验探究 羽毛下落得很慢 接近同时落地 同时落地 1 早期观点及实验探究 　　通过上面的实验可以看出：物体下落的快慢与质量无关，下落得快慢不同是由空气阻力造成的。 G 铁球 f 铁球 G 羽毛 f 羽毛 对于铁球而言，所受的空气阻力与重力相比较小，可以忽略； 对于羽毛来说，所受的空气阻力与重力相当，不可忽略。 1 早期观点及实验探究 2 自由落体运动 1.定义：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。 2.条件：①只受重力作用；②从静止开始（v0=0） 3.如果实际问题中，空气阻力与其重力相比很小，可忽略不计，则物体从静止下落也可近似看作自由落体运动。 思考：自由落体运动是一种初速度为零的加速直线运动，那么，它是匀变速直线运动吗？ 怎样用实验验证你的猜想？ 实验方案：用打点计时器研究自由落体运动 实验思路：让纸带在重物的带动下自由下落，分析打点计时器在纸带上打出的点的情况，得出重物的运动规律。 纸带 夹子 重物 2 自由落体运动 数据记录与处理： ①测量各计数点到起始点0的距离x，记录在各计数点旁边。 0 1 2 3 4 5 6 ②根据 （近似）求得各计数点的瞬时速度，记录在表格中。 2 自由落体运动 数据记录与处理： ③根据表格中的v、t数据，在坐标纸上建立合适的坐标系，描点，用一条平滑的曲线拟合所有点。 ④根据实验结果，分析纸带（重物）的运动情况。 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 t/s v/(m·s-1 ) 5 4 3 2 1 × × × × 2 自由落体运动 实验结论： ②加速度恒定(约为9.8 m/s2，与重物的质量无关)。 ①自由落体运动是匀加速直线运动。 2 自由落体运动 3 自由落体加速度 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，用 g 表示 竖直向下而非垂直向下，也不是指向地心 定义 方向 v0=0, a=g 结论二：自由落体运动是匀加速直线运动。 结论一：若没有空气阻力的影响，所有物体下落得同样快。 表明：一切物体自由下落时具有相同的加速度！ 大小：地球表面不同的地方，g的大小有细微不同。赤道处的重力加速度稍小于南北极的重力加速度。一般的计算中取g = 9.8 m/s2或10 m/s2 此处的 g 和初中学习的g =10 N/kg是同一个物理量吗？ 3 自由落体加速度 自由落体运动是初速度为零的匀加速直线运动，所以匀变速直线运动公式也适用于自由落体运动。 3 自由落体加速度 例1. 一块石头从45米高的楼层掉下，求落地时速度。（忽略空气阻力，重力加速度大小取10 m/s2） 4 实践应用 规定石头下落的方向为正方向，则：位移x=45 m，加速度 ,求v. 切忌高空抛物！ 规定小石块下落的方向为正方向，则：运动时间 ，加速度 ,求h. 例2. 为了测出井口到水面的距离，让一个小石块从井口自由落下，经过2.5 s后听到石块击水的声音，估算井口到水面的距离。考虑到声音在空气中传播需要一定的时间，估算结果偏大还是偏小？（重力加速度大小取10 m/s2） 4 实践应用 声音在空气中传播需要一定时间，石块自由下落到水面的时间小于2.5 s，因此估算结果偏大. 规定物体下落的方向为正方向，则： hOB=25 m , tOB=1 s, hOA=(h-25) m , tOA=(t-1) s, h= hOA+ hOB , t= tOA+ tOB 例3. 一个物体从高度 h 处自由下落，测得物体落地前最后1秒内下落了25米，求：物体下落的高度h. （重力加速度大小取10 m/s2） 4 实践应用 h 25m 1s (t -1)s t O A B (h-25)m 用“手机物理工坊”软件测量重力加速度：打开软件后，该怎么操作？ 思考：为什么有三个图？我们寻找的“9.8”在哪？ 操作步骤：用手托着手机，打开加速度传感器，手掌迅速向下运动，让手机脱离手掌而自由下落，然后接住手机。 思考：为什么在产生“-9.8 m/s2”的数值后，会有一个向上的波峰？ （课本P49 做一做） 课后作业 完成学案； 练习册P38-40 “自由落体运动”部分（1-7）； （选做）在手机上下载“手机物理工坊”或“Phyphox”软件，用该软件测量重力加速度，若条件允许，将测量得到的图表打印出来，下周一进行展示分享。 Lavf59.6.100 $$