2020版高中物理（新教材）人教必修第1冊(cè)：(學(xué)案)自由落體運(yùn)動(dòng)

PAGE自由落體運(yùn)動(dòng)【學(xué)習(xí)目標(biāo)】物理觀念物體做自由落體運(yùn)動(dòng)的條件，自由落體運(yùn)動(dòng)，自由落體運(yùn)動(dòng)加速度科學(xué)思維邏輯推理、實(shí)驗(yàn)法、公式法科學(xué)探究探究自由落體運(yùn)動(dòng)加速度的大小科學(xué)態(tài)度與責(zé)任（1）體會(huì)科學(xué)研究方法（2）分析生活中的自由落體問(wèn)題【學(xué)習(xí)重難點(diǎn)】1．探究自由落體運(yùn)動(dòng)加速度的大?。?．體會(huì)科學(xué)研究方法并能夠分析生活中的自由落體問(wèn)題．【學(xué)習(xí)過(guò)程】一、知識(shí)綱要導(dǎo)引二、基礎(chǔ)導(dǎo)學(xué)（一）自由落體運(yùn)動(dòng)（自學(xué)教材“自由落體運(yùn)動(dòng)”部分）1．亞里士多德的觀點(diǎn)：物體下落的快慢是由它們的重量決定的．2．伽利略的觀點(diǎn)：重物與輕物應(yīng)該下落得同樣快．3．自由落體運(yùn)動(dòng)（1）定義：物體只在重力作用下從靜止開(kāi)始下落的運(yùn)動(dòng)，叫作自由落體運(yùn)動(dòng)（free-fallmotion）．（2）特點(diǎn)：①受力特點(diǎn)：只受重力作用．②運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)：初速度為零的勻加速直線運(yùn)動(dòng)．（二）自由落體加速度（自學(xué)教材“自由落體加速度”部分）1．定義：在同一地點(diǎn)，一切物體自由下落的加速度都相同，這個(gè)加速度叫作自由落體加速度（free-fallacceleration），也叫作重力加速度（gravitationalacceleration），通常用g表示．2．方向：豎直向下．3．（1）在地球上同一地點(diǎn)，一切物體自由下落的加速度都相同．（2）在地球上不同地點(diǎn)，g的大小一般不相等，g值隨緯度的增大而逐漸增大．（3）一般g＝9．8m/s2或g＝10m/s2．三、思考判斷（1）物體從靜止開(kāi)始下落的運(yùn)動(dòng)就是自由落體運(yùn)動(dòng)．（）（2）加速度為g的運(yùn)動(dòng)是自由落體運(yùn)動(dòng)．（）（3）自由落體運(yùn)動(dòng)在任意相等的時(shí)間內(nèi)速度變化量相等．（）（4）地球上任意一點(diǎn)的重力加速度相同．（）（5）不同的物體重力加速度相同．（）（6）伽利略通過(guò)“沖淡重力”方法直接驗(yàn)證了小球從斜面滑下的速度v與時(shí)間t成正比．（）答案：（1）×（2）×（3）√（4）×（5）×（6）×四、啟迪思維，突破重點(diǎn)主題一：自由落體運(yùn)動(dòng)問(wèn)題探究探究點(diǎn)（1）第一幅圖左邊管中有空氣，右邊管中是抽成真空的，錢幣和羽毛在兩種情況下下落有什么不同？（2）觀察第二張圖片，然后從兩張圖片中總結(jié)物體下落的運(yùn)動(dòng)規(guī)律．提示：（1）抽成真空的錢幣和羽毛下落快慢一樣，有空氣的羽毛下落得慢．（2）第二張圖片兩個(gè)鐵球同時(shí)著地，意味著空氣阻力對(duì)鐵球幾乎沒(méi)影響．小結(jié)：影響落體運(yùn)動(dòng)快慢的因素是空氣阻力，如果能忽略空氣阻力的影響，只在重力作用下運(yùn)動(dòng)，所有物體下落的情況都是一樣的，與物體的質(zhì)量無(wú)關(guān)．探究總結(jié)1．自由落體運(yùn)動(dòng)的條件（1）運(yùn)動(dòng)條件：初速度為零．（2）受力條件：只受重力作用．2．自由落體運(yùn)動(dòng)是一種理想化模型（1）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(shí)際中，物體下落時(shí)由于受空氣阻力的作用，并不做自由落體運(yùn)動(dòng)．（2）當(dāng)空氣阻力遠(yuǎn)小于重力時(shí)，物體由靜止開(kāi)始的下落可看作自由落體運(yùn)動(dòng)．如在空氣中石塊的自由下落可看作自由落體運(yùn)動(dòng)，空氣中羽毛的下落不能看作自由落體運(yùn)動(dòng)．（3）自由落體運(yùn)動(dòng)是初速度為零、加速度a＝g的勻加速直線運(yùn)動(dòng)，是勻變速直線運(yùn)動(dòng)的一個(gè)特例．知識(shí)鏈接：（1）從冰柱上滴落的水滴的運(yùn)動(dòng)可看作自由落體運(yùn)動(dòng)．（2）月球上沒(méi)有空氣，物塊從靜止下落的運(yùn)動(dòng)均是自由落體運(yùn)動(dòng)．典例示范例1：（多選）關(guān)于自由落體運(yùn)動(dòng)，下列說(shuō)法正確的是（）A．初速度為零、豎直向下的勻加速直線運(yùn)動(dòng)是自由落體運(yùn)動(dòng)B．僅在重力作用下的運(yùn)動(dòng)叫自由落體運(yùn)動(dòng)C．物體只在重力作用下從靜止開(kāi)始下落的運(yùn)動(dòng)叫自由落體運(yùn)動(dòng)D．當(dāng)空氣阻力的作用較小，可以忽略不計(jì)時(shí)，物體由靜止開(kāi)始自由下落的運(yùn)動(dòng)可視為自由落體運(yùn)動(dòng)解析：自由落體運(yùn)動(dòng)是物體只在重力作用下由靜止開(kāi)始下落的運(yùn)動(dòng)，它的初速度為零．若空氣阻力比較小，可以忽略不計(jì)時(shí)，物體由靜止開(kāi)始自由下落可視為自由落體運(yùn)動(dòng)．故正確答案為C、D．答案：CD知識(shí)鏈接：自由落體運(yùn)動(dòng)的判定方法（1）根據(jù)條件判定：①初速度為零②只受重力（2）根據(jù)題目中的一些暗示語(yǔ)來(lái)判定，如“忽略阻力”、“阻力遠(yuǎn)小于重力”“月球上”．訓(xùn)練1：[2019·武漢高一檢測(cè)]某同學(xué)搖動(dòng)蘋果樹(shù)時(shí)，一個(gè)蘋果和一片樹(shù)葉從同一高度處同時(shí)由靜止落向地面．下列說(shuō)法正確的是（）A．蘋果和樹(shù)葉都是自由落體運(yùn)動(dòng)B．蘋果和樹(shù)葉都不能看成自由落體運(yùn)動(dòng)C．假如地球上沒(méi)有空氣，則蘋果和樹(shù)葉會(huì)同時(shí)落地D．由于蘋果受到空氣阻力，所以蘋果不能看作自由落體解析：蘋果和樹(shù)葉都受重力和空氣阻力，但空氣阻力相對(duì)蘋果的重力來(lái)說(shuō)很小，可以忽略不計(jì)，故蘋果的運(yùn)動(dòng)可以看作自由落體運(yùn)動(dòng)，而樹(shù)葉的運(yùn)動(dòng)不能看作自由落體運(yùn)動(dòng)，故A、B、D項(xiàng)錯(cuò)誤；假如地球上沒(méi)有空氣，蘋果和樹(shù)葉都只受重力，都做自由落體運(yùn)動(dòng)，同時(shí)落地，故C項(xiàng)正確．答案：C主題二：自由落體加速度問(wèn)題探究探究點(diǎn)利用如圖所示的實(shí)驗(yàn)裝置測(cè)定重力加速度．用手捏住紙帶上端把紙帶拉成豎直狀態(tài)，并使重物停在靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器處．先接通電源，再松開(kāi)紙帶讓重物自由下落，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器在紙帶上打下一系列的點(diǎn)．試結(jié)合上述情景討論：如何根據(jù)打上點(diǎn)的紙帶求出重物的重力加速度？提示：由vn＝eq\f(xn＋xn＋1,2T)求出各點(diǎn)的瞬時(shí)速度，作出v-t圖像，v-t圖像是一條過(guò)原點(diǎn)的傾斜直線，直線斜率表示加速度．注意事項(xiàng)：（1）應(yīng)選用質(zhì)量和密度較大的重物．增大重物的重力可使阻力的影響相對(duì)減?。?）打點(diǎn)計(jì)時(shí)器應(yīng)豎直放置，以減小阻力．（3）重物應(yīng)從靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器處釋放，要先接通打點(diǎn)計(jì)時(shí)囂的電源，再釋放紙帶．探究總結(jié)1．利用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器測(cè)自由落體加速度實(shí)驗(yàn)器材打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、交流電源、紙帶、重物與鐵夾、鐵架臺(tái)實(shí)驗(yàn)步驟（1）把打點(diǎn)計(jì)時(shí)器豎直固定在鐵架臺(tái)上，連接好電源（2）把紙帶穿過(guò)兩個(gè)限位孔，下端通過(guò)鐵夾將重物和紙帶連接起來(lái)，讓重物靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器（3）用手捏住紙帶上端，把紙帶拉成豎直狀態(tài)，先接通電源，再松開(kāi)紙帶讓重物自由下落，計(jì)時(shí)器在紙帶上打下一系列的點(diǎn)（4）重復(fù)幾次，選取一條點(diǎn)跡清晰的紙帶分析數(shù)據(jù)處理圖像法（1）用刻度尺測(cè)量打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打出的紙帶上各點(diǎn)間的距離．（2）用vn＝eq\f(xn＋xn＋1,2T)求出各點(diǎn)的瞬時(shí)速度，作v-t圖像，圖像是一條過(guò)原點(diǎn)的向上傾斜的直線，斜率表示加速度．計(jì)算法利用h＝eq\f(1,2)gt2或v2＝2gh計(jì)算2．自由落體加速度的理解大小a＝g，g約為9.8m/s2，有些數(shù)據(jù)計(jì)算的題目可注明g取10m/s2方向豎直向下（不是垂直向下．由于地球是圓的，所以各處的重力加速度方向都不同）產(chǎn)生原因地球?qū)ξ矬w有吸引力變化g隨緯度的增加而增大兩極處g最大，赤道處g最小g隨高度的增加而減小測(cè)量可利用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器或頻閃照相等方法測(cè)g的大小知識(shí)鏈接：關(guān)于重力加速度的測(cè)定方法測(cè)定重力加速度的方法很多，以后會(huì)繼續(xù)學(xué)習(xí)．還有一種我們已經(jīng)掌握的方法：由G＝mg知，重力加速度g＝eq\f(G,m)，用彈簧測(cè)力計(jì)測(cè)出重力，用天平測(cè)出質(zhì)量，就可以計(jì)算出當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣龋淅痉独?：圖中甲、乙兩圖都是使用電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器測(cè)量重力加速度g的裝置示意圖，已知該打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的打點(diǎn)頻率為50Hz．（1）甲、乙兩圖相比較，圖________所示的裝置更合理．（2）丙圖是采用較合理的裝置并按正確的實(shí)驗(yàn)步驟進(jìn)行實(shí)驗(yàn)打出的一條紙帶，其中打出的第一個(gè)點(diǎn)標(biāo)為1，后面依次打下的一系列點(diǎn)跡分別標(biāo)為2、3、4、5…經(jīng)測(cè)量，第15至第17點(diǎn)間的距離為11.70cm，第1至第16點(diǎn)間距離為43.88cm，則打下第16個(gè)點(diǎn)時(shí)，重錘下落的速度大小為_(kāi)_______m/s，測(cè)出的重力加速度值為g＝________m/s2．（要求保留三位有效數(shù)字）解析：（1）甲圖釋放時(shí)更穩(wěn)定，既能更有效地減小摩擦力，又能保證釋放時(shí)初速度的大小為零，所以甲圖更合理．（2）自由落體運(yùn)動(dòng)是初速度為零的勻加速直線運(yùn)動(dòng)，所以v16＝eq\f(x17－x15,2T)≈2.93m/s，又根據(jù)2gH＝v2，可得g≈9.78m/s2．答案：（1）甲（2）2.93；9．78（±0.02均可）訓(xùn)練2：[2019·唐山高一檢測(cè)]（多選）關(guān)于重力加速度的下列說(shuō)法中正確的是（）A．重力加速度g是標(biāo)量，只有大小，沒(méi)有方向，通常計(jì)算中g(shù)取9.8m/s2B．在地球上不同的地方，g的大小不同，但它們相差不是很大C．在地球上同一地點(diǎn)同一高度，一切物體在自由落體運(yùn)動(dòng)中的加速度都相同D．在地球上的同一地方，離地面高度越大，重力加速度g越小解析：重力加速度是矢量，方向豎直向下，與重力的方向相同．在地球表面，不同的地方，g的大小略有不同，但都在9.8m/s2左右，故A錯(cuò)誤、B正確；在地球表面同一地點(diǎn)同一高度，g的值都相同，但隨著高度的增大，g的值逐漸減小，故C、D正確．答案：BCD訓(xùn)練3：利用圖中所示的裝置可以研究自由落體運(yùn)動(dòng)．實(shí)驗(yàn)中需要調(diào)整好儀器，接通打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的電源，松開(kāi)紙帶，使重物下落．打點(diǎn)計(jì)時(shí)器會(huì)在紙帶上打出一系列的小點(diǎn)．（1）為了測(cè)得重物下落的加速度，還需要的實(shí)驗(yàn)器材有________．（填正確選項(xiàng)前的字母）A．天平B．停表C．米尺（2）若實(shí)驗(yàn)中所得到的重物下落的加速度值小于當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣戎?，而?shí)驗(yàn)操作與數(shù)據(jù)處理均無(wú)錯(cuò)誤，寫(xiě)出一個(gè)你認(rèn)為可能引起此誤差的原因：_____________________________．解析：（1）為了測(cè)得重物下落的加速度，必須知道重物下落的時(shí)間與位移，時(shí)間可由打點(diǎn)計(jì)時(shí)器測(cè)定，位移可由米尺測(cè)定，重物的質(zhì)量沒(méi)有必要測(cè)定，不需要天平，故選C．（2）實(shí)驗(yàn)中所得到的重物下落的加速度值小于當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣戎?，引起此誤差的原因：打點(diǎn)計(jì)時(shí)器與紙帶之間存在摩擦等．答案：（1）C（2）打點(diǎn)計(jì)時(shí)器與紙帶之間存在摩擦（其他合理答案同樣正確）主題三：自由落體運(yùn)動(dòng)規(guī)律的應(yīng)用問(wèn)題探究探究點(diǎn)自由落體是一種初速度為0，只受重力作用的運(yùn)動(dòng)．（1）自由落體運(yùn)動(dòng)與勻變速直線運(yùn)動(dòng)兩者是什么關(guān)系？（2）前面所學(xué)的勻變速直線運(yùn)動(dòng)的基本公式，有哪些適用于自由落體運(yùn)動(dòng)？哪些不適用？提示：（1）自由落體運(yùn)動(dòng)屬于勻變速直線運(yùn)動(dòng)，自由落體運(yùn)動(dòng)是勻變速直線運(yùn)動(dòng)中的一個(gè)特例．（2）前面所學(xué)的勻變速直線運(yùn)動(dòng)的基本公式對(duì)自由落體運(yùn)動(dòng)都適用．探究總結(jié)1．勻變速直線運(yùn)動(dòng)eq\o(――→,\s\up7(特例))自由落體運(yùn)動(dòng)2．自由落體運(yùn)動(dòng)的基本公式eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(v＝v0＋at,x＝v0t＋\f(1,2)at2,v2－v\o\al(2,0)＝2ax))eq\o(――→,\s\up7(v0＝0),\s\do5(a＝g))eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(v＝gt,h＝\f(1,2)gt2,v2＝2gh))典例示范例3如圖所示，屋檐上水滴下落的過(guò)程可以近似地看做是自由落體運(yùn)動(dòng)．假設(shè)水滴從10m高的屋檐上無(wú)初速度滴落，水滴下落到地面時(shí)的速度大約是多大？（g取10m/s2）解析：選取水滴最初下落點(diǎn)為位移的起點(diǎn)，豎直向下為正方向，由自由落體運(yùn)動(dòng)規(guī)律知h＝eq\f(1,2)gt2，v＝gt聯(lián)立得v＝eq\r(2gh)代入數(shù)據(jù)得v＝eq\r(2×10×10)m/s≈14m/s即水滴下落到地面的瞬間，速度大約是14m/s．答案：14m/s知識(shí)鏈接：水滴的下落過(guò)程可以看作自由落體運(yùn)動(dòng)．若分析自由落體運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的一段，則該過(guò)程是初速度不為零的勻變速直線運(yùn)動(dòng)，相應(yīng)的速度公式和位移公式分別為v＝v0＋gt、h＝v0t＋eq\f(1,2)gt2．拓展：在[例3]中水滴下落過(guò)程中經(jīng)2m高的窗戶所需時(shí)間為0.2s．那么窗戶上沿到屋檐的距離為多少？解析：設(shè)水滴下落到窗戶上沿時(shí)的速度為v0，則由h＝v0t＋eq\f(1,2)gt2得2＝v0×0.2＋eq\f(1,2)×10×0.22解得v0＝9m/s根據(jù)v2＝2gh得窗戶上沿到屋檐的距離h＝eq\f(v\o\al(2,0),2g)＝eq\f(92,2×10)m＝4.05m．答案：4.05m訓(xùn)練4：[2019·深圳高一檢測(cè)]一個(gè)物體從h高處自由下落（空氣阻力不計(jì)），所用的時(shí)間是3s，（g取10m/s2）（1）求物體下落的高度h．（2）落地時(shí)速度的大?。?）物體下落最后1s內(nèi)的位移．解析：（1）由題意可知，物體做自由落體運(yùn)動(dòng)，所以物體下落高度為h＝eq\f(1,2)gt2＝eq\f(1,2)×10×32m＝45m．（2）落地時(shí)速度為v＝gt＝10×3m/s＝30m/s．（3）前2s內(nèi)的位移為h′＝eq\f(1,2)gt′2＝eq\f(1,2)×10×22m＝20m，所以最后1s內(nèi)的位移為x＝h－h(huán)′＝45m－20m＝25m．答案：（1）45m（2）30m/s（3）25m五、達(dá)標(biāo)檢測(cè)1．關(guān)于重力加速度，下面四種說(shuō)法正確的是（）A．重力加速度表示自由下落的物體運(yùn)動(dòng)的快慢B．重力加速度表示自由下落的物體運(yùn)動(dòng)速度變化的大小C．重力加速度表示自由下落的物體運(yùn)動(dòng)速度變化的快慢D．輕重不同的物體的重力加速度不同解析：加速度表示物體運(yùn)動(dòng)速度變化的快慢，因此重力加速度表示自由下落物體運(yùn)動(dòng)速度變化的快慢，所以C正確．表示物體運(yùn)動(dòng)快慢的是速度，而不是加速度，所以A錯(cuò)誤．自由下落物體的速度變化的大小與時(shí)間之比才等于重力加速度，所以B錯(cuò)誤．同一地點(diǎn)所有物體的重力加速度都相等，所以D錯(cuò)誤．答案：C2．[2019·浙江溫州中學(xué)高一上期中]俊俊同學(xué)利用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器探究自由落體運(yùn)動(dòng)．實(shí)驗(yàn)中，紙帶將被釋放瞬間的四種情景如照片所示，其中最合適的是（）解析：實(shí)驗(yàn)時(shí)，應(yīng)讓重物緊靠打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，手拉著紙帶的上方，保持紙帶豎直，由靜止釋放，故D正確．答案：D3．[2019·河北唐山高一上檢測(cè)]豐南一中教學(xué)樓之間栽有柿子樹(shù)，每當(dāng)深秋時(shí)一個(gè)個(gè)火紅的柿子燈籠般懸掛枝頭，實(shí)在是一幅絕美的景色．樹(shù)上一個(gè)距離地面3m左右的成熟柿子自然脫落掉下，下落過(guò)程中忽略一切阻力，重力加速度g取10m/s2，柿子落地時(shí)