高中物理必修第一冊(人教版)學生用書-第二章-4-自由落體運動

4.自由落體運動新課程標準1．通過實驗認識自由落體運動．2．結(jié)合物理學史的相關(guān)內(nèi)容，認識物理實驗與科學推理在物理學研究中的作用．核心素養(yǎng)目標物理觀念知道自由落體運動的條件；知道自由落體加速度的大小和方向．科學思維通過自由落體運動模型的建構(gòu)，體會伽利略對自由落體運動的研究方法，領悟伽利略的科學思想．科學探究通過實驗測量自由落體加速度的大??；利用自由落體運動規(guī)律測量人的反應時間．科學態(tài)度與責任培養(yǎng)實事求是的態(tài)度，增強運動規(guī)律服務生產(chǎn)生活的意識．必備知識·自主學習——突出基礎性素養(yǎng)夯基一、自由落體運動1．定義：物體只在________作用下從________開始下落的運動．2．物體的下落可看作自由落體運動的條件：空氣阻力的作用________，可以________．【情境思考】飄落的樹葉與釋放后的金屬球(下圖)，兩者的運動有何區(qū)別？它們下落的快慢與其本身的輕重有關(guān)嗎？答：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________，這個加速度叫作自由落體加速度，也叫作________，通常用g表示．2．方向：________．3．大小(1)在地球表面，g值隨緯度的增大而逐漸________．(2)一般取值：g＝________或g＝________．三、自由落體運動的規(guī)律1．自由落體運動的性質(zhì)：自由落體運動是初速度為________的____________運動．2．勻變速直線運動的基本公式及其推論都________自由落體運動．3．自由落體運動的速度、位移與時間的關(guān)系式：v＝________，x＝________．【思考辨析】判斷正誤，正確的畫“√”，錯誤的畫“×”．(1)重的物體總是比輕的物體下落得快．()(2)在空氣中由靜止釋放的物體都做自由落體運動．()(3)物體只在重力作用下的運動是自由落體運動．()(4)自由落體加速度的方向垂直地面向下．()(5)自由落體運動在1s內(nèi)速度增加約9.8m/s.()(6)在同一地點，輕重不同的物體的g值一樣大．()關(guān)鍵能力·合作探究——突出綜合性素養(yǎng)形成探究點一自由落體運動與自由落體加速度導學探究如右圖所示，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，金屬片和羽毛下落快慢相同．(1)為什么物體下落快慢相同？(2)空氣中的落體運動在什么條件下可看作自由落體運動？答：歸納總結(jié)1．自由落體運動的理解(1)條件：①初速度為零；②只受重力．(2)運動性質(zhì)：初速度v0＝0、加速度＝g的勻加速直線運動．(3)v-t圖像是一條過原點的傾斜直線(如圖所示)，斜率k＝g.2．自由落體運動是一種理想化模型(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．(在地球上，物體下落時由于受空氣阻力的作用，并不做自由落體運動)(2)當空氣阻力遠小于重力時，物體由靜止開始下落的運動可看作自由落體運動．如在空氣中自由下落的石塊可看作自由落體運動，空氣中羽毛的下落不能看作自由落體運動．3．自由落體加速度——重力加速度(1)產(chǎn)生原因地球上的物體由于受到地球的吸引力而產(chǎn)生的．(2)大小與所處地球上的位置及距地面的高度有關(guān)．①在地球表面會隨緯度的增加而增大，在赤道處最小，在兩極處最大，但差別很?。谠诘孛嫔系耐坏攸c，隨高度的增加而減小，但在一定的高度范圍內(nèi)，可認為重力加速度的大小不變．通常情況下取g＝9.8m/s2或g＝10m/s2.(3)方向①方向豎直向下，不是垂直向下，也不是指向地球球心．②由于地球是不規(guī)則球體，各處重力加速度的方向并不相同．典例示范例1(多選)下列關(guān)于自由落體運動及重力加速度的說法，正確的是()A．豎直向下的運動一定是自由落體運動B．熟透的蘋果從樹枝開始自由下落的運動可被視為自由落體運動C．相同地點，輕、重物體的g值一樣大D．g值在赤道處大于在北極處針對訓練1(多選)關(guān)于重力加速度的下列說法中，正確的是()A．重力加速度g是標量，只有大小，沒有方向，通常計算中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，一切物體做自由落體運動的加速度g都相同D．在地球上的同一地點，離地面高度越大，重力加速度g越小探究點二自由落體運動的規(guī)律導學探究兩位同學合作，用刻度尺可測人的反應時間：如圖甲所示，男同學捏住刻度尺的上端，女同學在刻度尺的下部做握刻度尺的準備(但不與刻度尺接觸)，當看到男同學放開手時，女同學立即握住刻度尺，若女同學做握刻度尺準備時手指位置和握住刻度尺的位置如圖乙所示，計算女同學的反應時間為多少？(g取10m/s2)答：歸納總結(jié)1.自由落體運動的基本公式項目勻變速直線運動自由落體運動速度公式v＝v0＋atv＝gt位移公式x＝v0t＋12ath＝12gt速度位移關(guān)系式v2-vv2＝2gh2.自由落體運動的幾個重要推論(1)連續(xù)相等時間T內(nèi)的下落高度差Δh＝gT2.(2)平均速度v＝v0(3)第1個T內(nèi)，第2個T內(nèi)，第3個T內(nèi)，…，第n個T內(nèi)下落的高度之比h1∶h2∶h3∶…∶hn＝1∶3∶5∶…∶(2n－1)．(4)下落連續(xù)相同的高度所用時間之比t1∶t2∶t3∶…∶tn＝1∶(2－1)∶(3-2)∶…∶(n典例示范例2[2022·黑龍江哈爾濱三中高一期中]一小球從高度為80m的塔頂自由下落，以下說法正確的是(g取10m/s2，不計空氣阻力)()A．小球經(jīng)8s落地B．小球落地時的速度大小為8m/sC．小球自由下落5m時，速度大小為10m/sD．小球自由下落5m，用時0.5s例3如圖所示，四個小球在離地面不同高度處，同時由靜止釋放，不計空氣阻力．從某一時刻起，每隔相等的時間間隔小球依次碰到地面，則剛開始運動時各小球相對地面的位置可能是()針對訓練2如圖是用頻閃周期為Δt的照相機拍攝的一張真空中羽毛與蘋果自由下落的局部頻閃照片．關(guān)于提供的信息及相關(guān)數(shù)據(jù)處理，下列說法中正確的是()A．一定滿足關(guān)系x1∶x2∶x3＝1∶4∶9B．一定滿足關(guān)系x1∶x2∶x3＝1∶3∶5C．蘋果下落的加速度大小為xD．羽毛下落的加速度大小為2探究點三實驗：研究自由落體運動的規(guī)律歸納總結(jié)1.實驗步驟(1)把打點計時器豎直固定在鐵架臺上，連接好電源．(如圖所示)(2)把紙帶穿過兩個限位孔，下端通過鐵夾將重物和紙帶連接起來，讓重物靠近打點計時器．(3)用手捏住紙帶上端，把紙帶拉成豎直狀態(tài)，先接通電源，再松開紙帶讓重物自由下落，打點計時器在紙帶上打下一系列的點．(4)重復幾次，選取一條點跡清晰的紙帶分析．2．數(shù)據(jù)處理方法(1)逐差法利用“逐差法”求加速度．若為偶數(shù)段，假設為6段，由a＝x4+x5+x6-x1+x2+x39T2直接求得．若為奇數(shù)段(2)v-t圖像法由vn＝xn+xn+12T求出各計數(shù)點對應的瞬時速度，作出v-t圖像，v-典例示范例4[2022·廣東揭陽高一聯(lián)考]某同學用圖甲所示裝置研究重物的自由落體運動時，在操作正確的前提下，得到如圖乙所示的一段紙帶．若他測得A、B之間的距離為s1，B、C之間的距離為s2，已知打點周期為T，則利用上述條件得到(1)重物下落的加速度計算式為a＝________；(2)打B點時重物的瞬時速度計算式為v＝________；(3)對該實驗裝置及其操作的要求，下列說法正確的是________．A．電火花計時器應接8V交流電源B．打點計時器的兩個限位孔應在同一條豎直線上C.重物最好選用密度較小的材料，如泡沫塑料D．開始時應使重物靠近打點計時器處并保持靜止E.操作時，應先放開紙帶后接通電源針對訓練3圖中甲、乙兩圖都是使用電磁打點計時器測量重力加速度g的裝置示意圖，已知該打點計時器的打點頻率為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驗步驟進行實驗打出的一條紙帶，其中打出的第一個點標為1，后面依次打下的一系列點跡分別標為2、3、4、5…經(jīng)測量，第15至第17點間的距離為11.70cm，第1至第16點間距離為43.88cm，則打下第16個點時，重錘下落的速度大小為________m/s，測出的重力加速度值為g＝________m/s2.(要求保留三位有效數(shù)字)4．自由落體運動必備知識·自主學習一、1．重力靜止2．比較小忽略情境思考：提示：樹葉下落得慢，金屬球下落得快，它們下落得快慢與其本身的輕重無關(guān)．樹葉下落慢的原因是空氣阻力的影響．二、1．相同重力加速度2．豎直向下3．(1)增大(2)9.8m/s210m/s2三、1．0勻加速直線2．適用于3．gt12gt思考辨析答案：(1)×(2)×(3)×(4)×(5)√(6)√關(guān)鍵能力·合作探究探究點一提示：(1)因為沒有空氣阻力(2)空氣的阻力作用可以忽略【例1】【解析】A錯：物體做自由落體運動的條件是初速度為零且只受重力作用；B對：熟透的蘋果在下落過程中雖受空氣阻力的作用，但該阻力遠小于它的重力，可以忽略該阻力，故可將該運動視為自由落體運動；C對：相同地點，重力加速度相同，與質(zhì)量無關(guān)；D錯：赤道處g值小于北極處．【答案】BC針對訓練1解析：自由落體加速度的大小和方向均與物體所處的地球表面的位置有關(guān)，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，故選項A錯誤，B正確；在地球表面同一地點，g的值都相同，但隨著高度的增大，g的值逐漸減小，故選項C、D正確．答案：BCD探究點二提示：根據(jù)題意及圖乙知，在女同學的反應時間內(nèi)，刻度尺下落高度h＝20cm，根據(jù)h＝12gt2知t＝2hg，解得t＝0.2s，即女同學的反應時間為【例2】【解析】由自由落體運動規(guī)律可得h＝12gt2，解得t＝2hg＝2×8010s＝4s，A項錯誤；小球落地時的速度大小為v＝gt＝10×4m/s＝40m/s，B項錯誤；小球自由下落5m時，由自由落體運動規(guī)律v2＝2gh可得v＝2gh＝2×10×5m/s＝10m/s，C項正確；由自由落體運動規(guī)律可得h＝12gt2，小球自由下落5m，所用時間為t【答案】C【例3】【解析】可以將四個小球的運動等效為一個小球的運動，且每隔相等時間間隔記錄一次小球的位置．采用逆向分析法，小球的運動時間之比為1∶2∶3∶4，則位移之比為1∶4∶9∶16，對照圖可知，選項C是可能的情景．【答案】C針對訓練2解析：A、B錯：由于這是局部照片，A點并不一定是起點，故不能根據(jù)初速度為零的勻變速直線運動的位移規(guī)律求解．C對，D錯：由Δx＝gΔt2可得，g＝x3答案：C探究點三【例4】【解析】(1)根據(jù)勻變速直線運動的推論公式Δx＝aT2可以求出加速度的大小a＝s(2)根據(jù)勻變速直線運動中時間中點的速度等于該過程中的平均速度，可以求出打B點時重物的瞬時速度vB＝s(3)電火花計時器應接220V交流電源，故A錯誤；打點計時器的兩