高中物理必修第一冊(人教版)第二章4自由落體運動

高中同步學(xué)案優(yōu)化設(shè)計GAOZHONGTONGBUXUEANYOUHAUSHEJI4自由落體運動第二章2021內(nèi)容索引0102課前篇自主預(yù)習(xí)課堂篇探究學(xué)習(xí)學(xué)習(xí)目標1.知道物體做自由落體運動的條件,知道自由落體運動是初速度為零的勻加速直線運動。(物理觀念)2.會探究自由落體運動規(guī)律和測定自由落體運動的加速度。(科學(xué)探究)3.知道重力加速度的大小、方向,并能理解影響重力加速度的因素。(科學(xué)思維)4.運用自由落體運動的規(guī)律和特點解決有關(guān)問題。(科學(xué)思維)5.了解伽利略對自由落體運動的研究方法,領(lǐng)會伽利略的科學(xué)思想。(科學(xué)思維)思維導(dǎo)圖課前篇自主預(yù)習(xí)[必備知識]一、自由落體運動1.亞里士多德對落體運動的觀點:物體下落的快慢跟它的輕重有關(guān),重的物體下落得快。2.伽利略的邏輯推理和結(jié)論:假定一塊大石頭的下落速度為8;一塊小石頭的下落速度為4,當把兩塊石頭捆在一起時,大石頭會被小石頭拖著而變慢,整個物體的速度應(yīng)該小于8。但是,把兩塊石頭捆在一起后,整個物體下落的速度應(yīng)該比8大。這種相互矛盾的結(jié)論,說明亞里士多德“重的物體下落得快”的看法是錯誤的。3.自由落體運動的定義:物體只在重力作用下從靜止開始下落的運動。二、自由落體加速度1.定義:在同一地點,一切物體自由下落的加速度都相同,這個加速度叫作自由落體加速度,也叫重力加速度,符號為

g。2.方向:總是豎直向下。一般的計算中,g取9.8m/s2或

10m/s2。3.重力加速度與地球緯度的關(guān)系:地球上越靠近赤道的地方重力加速度越小,越靠近兩極的地方重力加速度越大。三、自由落體運動的規(guī)律1.規(guī)律:初速度v0=0、加速度a=g的勻加速直線運動。2.基本公式:(1)速度公式v=gt。(2)位移公式x=gt2。(3)位移速度關(guān)系式v2=2gx。[自我檢測]1.正誤辨析(1)物體從靜止開始下落的運動就是自由落體運動。(

)解析

自由落體運動是從靜止開始、只在重力作用下的運動,自由落體運動必須同時滿足這兩個條件。答案

×(2)物體在真空中一定做自由落體運動。(

)解析

如果物體在真空中運動的初速度不為零或運動中除受重力外還受其他力作用,物體在真空中的運動就不是自由落體運動。答案

×(3)自由落體運動在1s內(nèi)速度增加約9.8m/s。(

)解析

Δv=gΔt=9.8

m/s。答案

√(4)在同一地點,輕重不同的物體的g值一樣大。(

)解析

加速度的大小與物體的質(zhì)量無關(guān),同一地點加速度相同。答案

√(5)自由落體運動是初速度為零,加速度為g的勻加速直線運動。(

)解析

只受重力且初速度為零的運動是自由落體運動。答案

√2.下列運動可視為自由落體運動的是(

)A.蘋果成熟后自由掉落B.羽毛釋放后向下飄落C.乒乓球下拋后豎直落下D.降落傘從空中緩緩降落解析

蘋果成熟后自由下落,阻力可以忽略,初速度為零,僅受重力,可視為自由落體運動,A正確;羽毛下落過程中所受的阻力不能忽略,不能視為自由落體運動,B錯誤;乒乓球下拋后,初速度不為零,不能視為自由落體運動,C錯誤;降落傘從空中緩緩降落,阻力不能忽略,不能視為自由落體運動,D錯誤。答案

A3.(2021廣東肇慶高一期末)將石塊從井口由靜止釋放,2s末聽到了石塊落水的聲音,忽略空氣阻力,重力加速度g取10m/s2,則水面到井口的高度差約為(

)A.25m B.20mC.15m D.10m解析

設(shè)井口離水面的高度為h,下落時間為t,石塊做自由落體運動,則答案

B課堂篇探究學(xué)習(xí)問題一對自由落體運動的理解[情境探究]如圖所示,有兩根長約為1m的玻璃管,內(nèi)裝羽毛和小金屬片,其中一根用抽氣機抽成真空。讓玻璃管豎直,觀察羽毛和小金屬片在兩根管中下落時的現(xiàn)象。(1)兩根管中物體下落的現(xiàn)象有什么不同?(2)實驗表明:只受重力作用時,物體下落快慢有什么規(guī)律?(3)空氣中的落體運動在什么條件下可看作自由落體運動?要點提示

(1)在有空氣的玻璃管中,金屬片比羽毛下落得快;在抽掉空氣的玻璃管中,金屬片和羽毛的下落快慢相同。(2)同一地點,從靜止開始下落,只受重力作用時,物體下落的快慢相同。(3)當空氣阻力遠小于重力時,空氣中物體由靜止開始的下落可看作自由落體運動。[知識點撥]1.物體做自由落體運動的條件(1)初速度為零。(2)除重力之外不受其他力的作用。2.自由落體運動是一種理想化的運動模型在實際中物體下落時由于受空氣阻力的作用,物體并不是做自由落體運動,當空氣阻力比重力小得多,可以忽略時,物體的下落可以當作自由落體運動來處理。3.自由落體運動的實質(zhì)自由落體運動的實質(zhì)是初速度為零、加速度a=g的勻加速直線運動,它是勻變速直線運動的一個特例。4.自由落體加速度——重力加速度

產(chǎn)生原因由于地球上的物體受到地球的吸引而產(chǎn)生大小與物體質(zhì)量無關(guān),與所處于地球上的位置及距地面的高度有關(guān),在一般的計算中,g可以取9.8m/s2或10m/s2與緯度關(guān)系在地球表面上,重力加速度隨緯度的增加而增大,在赤道處重力加速度最小,在兩極處重力加速度最大,但差別很小與高度關(guān)系在地面上的同一地點,隨高度的增加,重力加速度減小,在一般的高度內(nèi),可認為重力加速度的大小不變方向豎直向下。由于地球是一個球體,所以各處的重力加速度的方向是不同的要點筆記

物體在其他星球上也可以做自由落體運動,但同一物體在不同的星球上所受重力一般不同,所以下落時的加速度一般不同。[實例引導(dǎo)]例1(多選)下列關(guān)于自由落體運動的說法正確的是(

)A.物體從靜止開始下落的運動叫自由落體運動B.物體只在重力作用下從靜止開始下落的運動叫作自由落體運動C.從靜止開始下落的小鋼球,因受空氣阻力作用,不能看成自由落體運動D.從靜止開始下落的小鋼球,所受空氣阻力對其運動的影響很小,可以忽略,可以看成自由落體運動解析

物體做自由落體運動的條件是(1)初速度為零;(2)除重力之外不受其他力的作用,所以A錯誤,B正確;在實際中,物體由靜止開始下落時,當空氣阻力遠小于重力時,物體的下落才能看作自由落體運動,所以C錯誤,D正確。答案

BD規(guī)律方法

1.自由落體運動的兩個條件,一是初速度v0=0,二是僅受重力作用,二者缺一不可。2.對自由落體運動條件不清,往往誤認為物體僅在重力作用下的運動就看作是自由落體運動或者是誤認為只要物體從靜止下落,物體就做自由落體運動。變式訓(xùn)練1(2021四川眉山高一期末)關(guān)于自由落體運動,下列說法正確的是(

)A.做自由落體運動的物體不受任何外力B.加速度a=9.8m/s2的運動一定是自由落體運動C.自由落體運動是初速度為零的勻加速運動D.做自由落體運動的物體,質(zhì)量越大,下落得越快解析

做自由落體運動的物體只受重力作用,選項A錯誤;加速度a=9.8

m/s2的運動未必沿豎直向下方向運動,不一定是自由落體運動,選項B錯誤;自由落體運動是初速度為零的勻加速運動,選項C正確;做自由落體運動的物體加速度是恒定不變的,與物體的質(zhì)量無關(guān),所以速度變化的快慢相同,選項D錯誤。答案

C問題二自由落體運動的規(guī)律[情境探究]日常工作中,有時需要人們反應(yīng)靈敏,對于戰(zhàn)士、駕駛員、運動員等更是如此。這里介紹一個簡單的方法,可以測量從發(fā)現(xiàn)情況到采取行動所用的時間。請一位同學(xué)用兩個手指捏住直尺的頂端(右圖所示),你用一只手在直尺下方做捏住直尺的準備,但手不能碰到直尺,記下這時手指在直尺上的位置。當看到那位同學(xué)放開直尺時,你立即捏住直尺。測出直尺降落的高度,根據(jù)自由落體運動的知識,能否算出你做出反應(yīng)所用的時間?測定反應(yīng)的快慢

[知識點撥]勻變速直線運動與自由落體運動的規(guī)律比較說明:自由落體運動是勻變速直線運動在v0=0、加速度a=g時的一個特例,它是最簡單的一種勻變速直線運動,所以勻變速直線運動的基本規(guī)律以及推論如初速度為零的勻變速直線運動的比例式,都適用于自由落體運動,只要把x寫為h,初速度v0寫為0,加速度a寫為g就可以了。要點筆記

若分析自由落體運動過程中的一段,則該過程是初速度不為零的勻變速直線運動,相應(yīng)的速度公式和位移公式分別為v=v0+gt、x=v0t+gt2。[實例引導(dǎo)]例2有一條豎直懸掛起來的長為4.2m的細桿AB,在桿的正下方離B端0.8m的地方有一個水平放置的圓環(huán)C,若讓桿自由下落(g取10m/s2)。求:(1)從桿下落開始,上端A及下端B到達圓環(huán)所經(jīng)歷的時間。(2)AB桿通過圓環(huán)的過程中所用時間。解析

(1)桿做自由落體運動,桿的B點到達圓環(huán)的時間為tB,則將hB=0.8

m代入求得tB=0.4

s桿的A點到達圓環(huán)的時間為tA,則將hA=5.0

m代入求得tA=1.0

s。(2)桿通過圓環(huán)的過程中所用的時間t=tA-tB=0.6

s。答案

(1)1.0s

0.4s

(2)0.6s規(guī)律方法

在遇到豎直下落的桿過“釘”或過“窗”的問題時,求過“釘”或過“窗”的速度、時間,要抓住兩個要點:一是抓住桿狀物的首尾兩個端點,看題中用的是哪個端點;二是畫出整個過程的情景圖,找對空間關(guān)系。變式訓(xùn)練2(2021江蘇宿遷高一期末)小球甲、乙的質(zhì)量分別為1kg和3kg,同時從45m高的塔頂自由下落,g取10m/s2,空氣阻力不計,下列說法錯誤的是(

)A.小球甲第1s內(nèi)下落的距離是5mB.小球甲最后1s內(nèi)平均速度是20m/sC.小球乙第2s內(nèi)的位移比第1s內(nèi)的位移多10mD.甲、乙兩個小球同時落地小球乙第2

s內(nèi)的位移比第1

s內(nèi)的位移多Δh=gT2=10×12

m=10

m,C正確,不符合題意;自由落體運動的加速度與所受重力大小無關(guān),則甲、乙兩個小球同時落地,D正確,不符合題意。答案

B問題三自由落體加速度的測量[情境探究]小球自由下落時的頻閃照片如圖所示,頻閃儀每隔0.04s閃光一次。如何根據(jù)右圖的頻閃照片求出重物的重力加速度?要點提示

可用下列兩種方法求出重力加速度:(1)由

求出各點的瞬時速度,作出v-t圖像,v-t圖像是一條過原點的傾斜直線,斜率表示加速度。(2)由位移差公式Δx=aT2計算加速度。[知識點撥]測量重力加速度的方法1.打點計時器法(1)利用如圖所示裝置,讓物體自由下落打出點跡清晰的紙帶。(2)對紙帶上計數(shù)點間的距離x進行測量,利用,求出重力加速度。2.頻閃照相法頻閃照相機可以間隔相等的時間拍攝一次,利用頻閃照相機可追蹤記錄做自由落體運動的物體在各個時刻的位置,根據(jù)勻變速直線運動的推論注意(1)用打點計時器測出的重力加速度可能比實際值偏小,因為重物在帶動紙帶通過計時器下落時要受阻力作用。(2)頻閃照相法測重力加速度實驗中,照片上的距離不是實際距離,應(yīng)將其還原成小球下落的實際距離(或在照相時在物體旁放一標尺)。3.加速度傳感器法在手機上下載加速度傳感器程序并打開,用手托著手機,手掌迅速向下運動,讓手機脫離手掌而自由下落。手機屏幕上藍色圖線有一小段時間的數(shù)值是-10m/s2,這就是自由落體的加速度,方向豎直向下。4.滴水法(1)如圖,讓水滴自水龍頭滴下,在水龍頭正下方放一個盤,調(diào)節(jié)水龍頭,讓水一滴一滴地滴下,并調(diào)節(jié)到使第一滴水碰到盤的瞬間,第二滴水正好從水龍頭口開始下落,并且能依次持續(xù)下去;(2)用刻度尺測出水龍頭口距盤面的高度h;(3)測出每滴水下落的時間T。其方法是:當聽到某一滴水滴落在盤上的同時,開啟停表開始計時,之后每落下一滴水到盤上依次數(shù)1、2、3……,當數(shù)到n時按下停表停止計時,則每一滴水滴下落的時間為[實例引導(dǎo)]例3小李同學(xué)利用如圖甲所示的實驗裝置研究自由落體運動的規(guī)律。(1)打點計時器是一種使用交變電源的計時儀器。甲圖中的打點計時器是

(選填“電磁打點”或“電火花”)計時器,其工作電壓是

V。

甲

(2)某次實驗中得到的一條紙帶如圖乙所示,已知打點計時器所用交變電流的頻率為50Hz,每隔0.02s打一個點。從比較清晰的點起,每打五個點取一個點作為計數(shù)點,分別標明A、B、C、D。則當紙帶上打出計數(shù)點B時重物的速度大小為

m/s,當?shù)刂亓铀俣却笮?/p>

m/s2(均保留3位有效數(shù)字)。

乙

解析

(1)根據(jù)題中的打點計時器的結(jié)構(gòu)可知,該儀器是電磁打點計時器,工作電壓是約為8

V;答案

(1)電磁打點

約為8

(2)1.68(或1.67)

9.50(9.40~9.60均可)規(guī)律方法

根據(jù)實驗求重力加速度的方法1.公式法:(1)利用相鄰的、相等的時間間隔的位移差相等,且為一定值,即Δh=gT2,則(3)利用速度公式v=gt求得。2.圖像法:利用多次求得的瞬時速度,畫出v-t圖像,根據(jù)圖線的斜率求得g。變式訓(xùn)練3某同學(xué)利用光電計時器設(shè)計了測定重力