高中物理 第2章 勻變速直線運動的研究 第3節(jié) 勻變速直線運動的實例-自由落課件 魯科版必修1.ppt

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第3節(jié) 勻變速直線運動實例——自由落體運動,填一填,練一練,一、科學(xué)探究——自由落體運動的特點(見課本第 45~46頁) 實驗探究: 實際中,硬幣比紙片先落地是因為空氣阻力的影響。把形狀和質(zhì)量不同的物體,如金屬片、羽毛、小玻璃球等,放在真空的玻璃管中,發(fā)現(xiàn)這些物體下落的快慢相同。 二、自由落體運動(見課本第46頁),,,,,,,,填一填,練一練,三、自由落體的加速度(見課本第47頁),,,填一填,練一練,四、自由落體運動規(guī)律探索回眸(見課本第49~51頁) 1.亞里士多德的觀點:物體下落的速度與物體受到的重力大小成正比,即重物比輕物先落地。 2.伽利略關(guān)于自由落體運動規(guī)律的探索: (1)問題:推理否定了亞里士多德關(guān)于重物比輕物下落快的論斷。 (2)猜想:自由落體運動是勻變速直線運動。 (3)數(shù)學(xué)推理:如果a為常數(shù),s與t2成正比。 (4)間接實驗:小球在斜面上做勻變速直線運動,在傾角變大時其運動性質(zhì)不變。 (5)合理外推:當傾角為90°(即小球自由下落)時,小球仍做勻變速直線運動。 3.伽利略研究自然規(guī)律的科學(xué)方法是將抽象思維、數(shù)學(xué)推理和科學(xué)實驗相結(jié)合的方法。,,,,,填一填,練一練,(多選)在四樓的陽臺上無初速地釋放下列物體,其運動可視為自由落體運動的是( ) A.一團棉花 B.一個小鋼球 C.一張紙片 D.一個鐵錘 解析:物體在空氣中無初速下落,若空氣阻力很小,與重力相比可以忽略,則物體的運動可視為自由落體運動,選項B、D正確。 答案:BD,問題導(dǎo)引,名師精講,典例剖析,探究一,探究二,探究三,對自由落體運動的理解 某同學(xué)搖動蘋果樹,一個蘋果和一片樹葉都是從靜止直接落向地面,蘋果和樹葉的運動能看成是自由落體運動嗎?為什么?,問題導(dǎo)引,名師精講,典例剖析,探究一,探究二,探究三,1.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模型 這種模型忽略了次要因素——空氣阻力,突出了主要因素——重力。實際中,物體下落時由于受空氣阻力的作用,并不做自由落體運動,只有當空氣阻力遠小于重力時,物體由靜止開始的下落才可看做自由落體運動。 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,它是我們前面所學(xué)的勻變速直線運動的一個特例。,問題導(dǎo)引,名師精講,典例剖析,探究一,探究二,探究三,4.自由落體加速度——重力加速度 (1)產(chǎn)生原因:由于地球上的物體受到重力而產(chǎn)生的。 (2)大小:與地球上的位置及距地面的高度有關(guān)。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。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。在一般的計算中,可以取g=9.8 m/s2或g=10 m/s2。 (3)方向:豎直向下。 5.自由落體運動的v-t圖象 由自由落體運動的性質(zhì)知,自由落體運動的v-t圖象是一條經(jīng)過原點的傾斜直線,斜率表示重力加速度g。,問題導(dǎo)引,名師精講,典例剖析,探究一,探究二,探究三,問題導(dǎo)引,名師精講,典例剖析,探究一,探究二,探究三,【例題1】 導(dǎo)學(xué)號93960028(多選)對于從蘋果樹上同一高度同時落下的蘋果和樹葉,下列說法正確的是( ) A.蘋果和樹葉都可以看成做自由落體運動 B.蘋果可以近似地看成做自由落體運動,樹葉不能看成做自由落體運動 C.蘋果和樹葉都不能看成做自由落體運動 D.假如地球上沒有空氣,則蘋果和樹葉將同時落地 解析:從樹上落下的蘋果所受阻力相對重力很小,可看成做自由落體運動,而從樹上落下的樹葉所受阻力相對重力較大,不能看成做自由落體運動,選項A、C錯誤,B正確。假如地球上沒有空氣,則蘋果和樹葉不受空氣阻力,都做自由落體運動,下落快慢相同,同時落地,選項D正確。 答案:BD,問題導(dǎo)引,名師精講,典例剖析,探究一,探究二,探究三,變式訓(xùn)練1 (多選)關(guān)于自由落體運動,下列說法中正確的是( ) A.物體的初速度為零,豎直向下的勻加速直線運動是自由落體運動 B.加速度為g的勻加速直線運動是自由落體運動 C.物體只在重力作用下從靜止開始下落的運動叫自由落體運動 D.當空氣阻力的作用較小、可以忽略不計時,物體由靜止開始自由下落的運動可視為自由落體運動 解析:自由落體運動是物體只在重力作用下由靜止開始下落的運動,它的初速度為零,只受重力作用,加速度為g。其運動性質(zhì)是初速度為零的勻變速直線運動。 答案:CD,問題導(dǎo)引,名師精講,典例剖析,探究一,探究二,探究三,探究一,探究二,探究三,問題導(dǎo)引,名師精講,典例剖析,自由落體運動的規(guī)律 蹦極是一項極富刺激性的極限運動。參與者將自己用特殊的彈性繩捆綁后由高處縱身躍下。在空中的上下運動過程中,參與者體會驚心動魄的失重和超重現(xiàn)象。若彈性繩長20米,則參與者自由離開高臺后經(jīng)多長時間繩子被拉直?(g取10 m/s2),探究一,探究二,探究三,問題導(dǎo)引,名師精講,典例剖析,探究一,探究二,探究三,問題導(dǎo)引,名師精講,典例剖析,1.基本規(guī)律 2.重要推論,探究一,探究二,探究三,問題導(dǎo)引,名師精講,典例剖析,3.自由落體運動的幾個比例關(guān)系式 (1)物體在時刻t、2t、3t、…、nt的速度之比 v1∶v2∶v3∶…∶vn=1∶2∶3∶…∶n (2)物體在時間t、2t、3t、…、nt內(nèi)通過的位移之比 s1∶s2∶s3∶…∶sn=12∶22∶32∶…∶n2 (3)連續(xù)相等的時間內(nèi),物體通過的位移之比 sⅠ∶sⅡ∶sⅢ∶…∶sN=1∶3∶5∶…∶(2n-1) (4)物體通過位移s、2s、3s、…、ns所需的時間之比 (5)物體通過連續(xù)相等的位移所需的時間之比,探究一,探究二,探究三,問題導(dǎo)引,名師精講,典例剖析,探究一,探究二,探究三,問題導(dǎo)引,名師精講,典例剖析,【例題2】 導(dǎo)學(xué)號93960029離地500 m的空中自由落下一個小球,不計空氣阻力,g取10 m/s2,求: (1)小球經(jīng)過多長時間落到地面。 (2)從開始落下的時刻起,小球在第1 s內(nèi)通過的位移。 (3)小球落地前最后1 s內(nèi)的位移。,探究一,探究二,探究三,問題導(dǎo)引,名師精講,典例剖析,(3)小球從開始下落起前9 s內(nèi)的位移 所以,最后1 s內(nèi)的位移 s10=s-s9=500 m-405 m=95 m。 答案:(1)10 s (2)5 m (3)95 m,探究一,探究二,探究三,問題導(dǎo)引,名師精講,典例剖析,變式訓(xùn)練2 高大建筑大廳的天花板上,一個裝飾用的金屬小球從靜止開始下落,t1=1 s時砸到一薄玻璃片,砸破玻璃后速度大小減小一半,但方向不變,再經(jīng)過t2=1 s后落到地面。砸破玻璃的過程經(jīng)過的時間和位移都極短,可忽略。求: (1)金屬球砸到玻璃時的速度大小; (2)天花板離地面的高度。(g取10 m/s2) 解析:(1)金屬球砸到玻璃時的速度 v1=gt1=10 m/s。,探究一,探究二,探究三,問題導(dǎo)引,名師精講,典例剖析,答案:(1)10 m/s (2)15 m,探究一,探究二,探究三,問題導(dǎo)引,名師精講,典例剖析,探究一,探究二,探究三,問題導(dǎo)引,名師精講,典例剖析,自由落體運動規(guī)律探索回眸 如圖是著名的比薩斜塔。據(jù)說伽利略曾在比薩斜塔上做過實驗:伽利略讓重的鐵球和輕的鐵球同時下落,發(fā)現(xiàn)兩球幾乎同時落地,僅僅相差“二指寬”。你知道這是為什么嗎?,探究一,探究二,探究三,問題導(dǎo)引,名師精講,典例剖析,1.伽利略的邏輯推理 伽利略用邏輯推理的方法證明亞里士多德觀點的錯誤。證明如下:重物A以v1的速度下落,而輕物B以v2的速度下落,依據(jù)亞里士多德原理,v1v2,現(xiàn)在將A與B兩物體捆在一起,則“比較快的物體會被慢的物體延遲了,而慢的物體被快的物體加速了”,設(shè)捆后二物速度為v,則v2v1,這顯然自相矛盾,故亞里士多德的觀點不成立。 2.伽利略的猜想和實驗驗證 (1)猜想。 重物和輕物下落速度不受重力大小的影響,都是相同的勻變速直線運動。,探究一,探究二,探究三,問題導(dǎo)引,名師精講,典例剖析,(2)實驗。 ①數(shù)學(xué)推理:伽利略用數(shù)學(xué)推理證明,只要物體通過的位移與所用時間的二次方成正比,物體就做初速度為零的勻變速直線運動。 ②實驗驗證:因為物體實際下落太快,伽利略想辦法把物體運動速度放慢,即先研究小球在斜面上的運動,如圖所示。 讓小球從斜面上不同位置滾下,觀測小球多次從不同起點滾動的位移和所用時間二次方的比值 是否保持不變,即是否觀測到,探究一,探究二,探究三,問題導(dǎo)引,名師精講,典例剖析,如果不斷加大斜面的傾角,小球?qū)τ诿恳粋€特定的傾角從不同的高度滾下,其比值仍然保持不變,則可以合理外推至傾角為90°,即物體自由下落時,其比值也保持不變,由此,伽利略間接地驗證了自由落體運動是勻變速運動。,探究一,探究二,探究三,問題導(dǎo)引,名師精講,典例剖析,【例題3】 導(dǎo)學(xué)號93960030在學(xué)習(xí)物理知識的同時,還應(yīng)當十分注重學(xué)習(xí)研究物理學(xué)問題的思想和方法。偉大的物理學(xué)家伽利略的研究方法對于后來的科學(xué)研究具有重大的啟蒙作用,至今仍然具有重要意義?；仡欃だ蕴骄课矬w下落規(guī)律的過程,判定下列哪個過程是伽利略的探究過程 ( ) A.猜想—問題—數(shù)學(xué)推理—實驗驗證—合理外推—得出結(jié)論 B.問題—猜想—實驗驗證—數(shù)學(xué)推理—合理外推—得出結(jié)論 C.問題—猜想—數(shù)學(xué)推理—實驗驗證—合理外推—得出結(jié)論 D.猜想—問題—實驗驗證—數(shù)學(xué)推理—合理外推—得出結(jié)論,探究一,探究二,探究三,問題導(dǎo)引,名師精講,典例剖析,解析:伽利略探究物體下落規(guī)律的過程是先對亞里士多德對落體運動的觀察得出的結(jié)論提出質(zhì)疑——大小石塊捆在一起下落得出矛盾的結(jié)論。猜想——下落運動是最簡單的運動,速度與時間成正比。數(shù)學(xué)推理——如果v∝t,則有s∝t2。合理外推——將光滑斜面上滑下的物體的位移與時間關(guān)系的規(guī)律s∝t2推廣到自由落體運動。從探究的過程看,選項C正確。 答案:C,探究一,探究二,探究三,問題導(dǎo)引,名師精講,典例剖析,變式訓(xùn)練3 (多選)伽利略對自由落體運動的研究是科學(xué)實驗和邏輯思維的完美結(jié)合,如圖所示,可大致表示其實驗和思維的過程,對這一過程的分析,下列說法正確的是 ( ) A.其中甲圖是實驗現(xiàn)象,丁圖是經(jīng)過合理外推得到的結(jié)論 B.其中丁圖是實驗現(xiàn)象,甲圖是經(jīng)過合理外推得到的結(jié)論 C.運用甲圖的實驗,可“沖淡”重力的作用,使實驗現(xiàn)象更明顯 D.運用丁圖的實驗,可“放大”重力的作用,使實驗現(xiàn)象更明顯,探究一,探究二,探究三,問題導(dǎo)引,名師精講,典例剖析,解析:根據(jù)伽利略對自由落體運動的研究過程可知,甲圖是實驗現(xiàn)象,然后將斜面傾角加大,再進行合理外推,外推到傾角是90°時的情況,故丁圖是經(jīng)過合理外推得到的結(jié)論;運用甲圖的實驗,可“沖淡”重力的作用,使實驗現(xiàn)象更明顯,故選項A、C正確,選項B、D錯誤。 答案:AC,探究一,探究二,探究三,問題導(dǎo)引,名師精講,典例剖析,1 2 3 4 5,,,,,,1.下列哪一個物體的運動可視為自由落體運動( ) A.樹葉的自由下落過程 B.運動員推出的鉛球的運動 C.從某一高度自由下落的鋼筆的運動 D.石子從水面自由落到水底的運動 解析:樹葉受空氣阻力較大,石子受水的阻力較大,故都不能視為自由落體運動;運動員推出的鉛球具有初速度,且做曲線運動,因此也不是自由落體運動。 答案:C,1 2 3 4 5,,,,,,2.“自由落體”演示實驗裝置如圖所示,當牛頓管被抽成真空后,將其迅速倒置,管內(nèi)輕重不同的物體從頂部下落到底端的過程中,下列說法正確的是( ) A.時間相同,加速度相同 B.時間相同,加速度不同 C.時間不同,加速度相同 D.時間不同,加速度不同 解析:輕重不同的物體在真空管中,不受阻力,做自由落體運動,所以加速度相同,都為g,高度相同,根據(jù)s= gt2知運動時間相同。故A正確,B、C、D錯誤。 答案:A,1 2 3 4 5,,,,,,3.一個石子從高處釋放,做自由落體運動,已知它在第1 s內(nèi)的位移大小是s,則它在第3 s內(nèi)的位移大小是( ) A.5s B.7s C.9s D.3s 解析:石子做自由落體運動,自由落體運動是初速度為零的勻加速直線運動,在第1 s、第2 s、第3 s內(nèi)的位移之比為1∶3∶5,已知石子在第1 s內(nèi)的位移大小是s,則它在第3 s內(nèi)的位移大小是5s,A正確。 答案:A,1 2 3 4 5,,,,,,4.一自由下落的物體,到達地面時的速度是40 m/s,g取10 m/s2。則: (1)該物體是從多高處落下的? (2)落到地面用了多長時間? (3)該物體下落的最后一秒內(nèi)的位移是多少? 解析:(1)物體做自由落體運動,由 =2gs得下落高度為,答案:(1)80 m (2)4 s (3)35 m,1 2 3 4 5,,,,,,5.(選做題)伽利略在研究自由落體運動時,做了如下的實驗:他讓一個銅球從阻力很小(可忽略不計)的斜面上由靜止開始滾下,并且做了上百次。假設(shè)某次實驗伽利略是這樣做的:在斜面上任取三個位置A、B、C,讓小球分別由A、B、C滾下,如圖所示。設(shè)A、B、C與斜面底端的距離分別為s1、s2、s3,小球由A、B、C運動到斜面底端的時間分別為t1、t2、t3,小球由A、B、C運動到斜面底端時的速度分別為v1、v2、v3,則下列關(guān)系式中正確并且是伽利略用來證明小球沿光滑斜面向下的運動是勻變速直線運動的是( ),1 2 3 4 5,,,,,,解析:小球在斜面上做初速度為零的勻加速直線運動, 的比值一定,選項D正確; 的比值也是一定的,但在伽利略時期,瞬時速度v很難測定,選項B不符合題意;由于三個位置A、B、C是任取的,則選項A、C錯誤。 答案:D,