伽利略對(duì)自由落體運(yùn)動(dòng)的研究-課件

自由落體運(yùn)動(dòng)伽利略對(duì)自由落體運(yùn)動(dòng)的研究1.自由落體運(yùn)動(dòng):(1)定義:物體只在_____作用下從_____開始下落的運(yùn)動(dòng)。重力靜止(2)物體做自由落體運(yùn)動(dòng)的條件:①只受_____作用。②_______等于0。(3)運(yùn)動(dòng)性質(zhì):初速度為0的___________運(yùn)動(dòng)。重力初速度勻加速直線2.自由落體加速度:(1)定義:在同一地點(diǎn),一切物體自由下落的加速度都_____,這個(gè)加速度叫自由落體加速度,也叫_____加速度。(2)方向:_________。相同重力豎直向下(3)大小:在地球上其大小隨地理緯度的增加而_____,在赤道上_____,兩極處_____,一般計(jì)算中,常取g=_______或g=______。增大最小最大9.8m/s210m/s23.自由落體運(yùn)動(dòng)規(guī)律:(1)自由落體運(yùn)動(dòng)的實(shí)質(zhì):初速度v0=__,加速度a=__的___________運(yùn)動(dòng)。0勻加速直線gt2ghg4.伽利略對(duì)自由落體運(yùn)動(dòng)的研究:(1)伽利略的觀點(diǎn):重物與輕物下落得_______。(2)猜想:自由落體運(yùn)動(dòng)一定是一種最簡(jiǎn)單的變速運(yùn)動(dòng),它的速度應(yīng)該是相對(duì)時(shí)間_____變化的。(3)假設(shè):落體運(yùn)動(dòng)的速度v與時(shí)間t成_____。同樣快均勻正比(4)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證:讓銅球沿阻力很小的斜面滾下,測(cè)出小球從不同起點(diǎn)滾動(dòng)的______和____________。①斜面傾角一定時(shí),小球做___________運(yùn)動(dòng)。②改變小球的質(zhì)量,只要傾角一定,小球的加速度都是_____的。③增大斜面傾角,小球的加速度_____。位移x所用的時(shí)間t勻加速直線相同增大④將斜面傾角外推到θ=90°時(shí)的情況——小球自由下落,認(rèn)為小球仍會(huì)做___________運(yùn)動(dòng),從而得到了自由落體運(yùn)動(dòng)的規(guī)律。(5)科學(xué)方法:伽利略科學(xué)思想方法的核心是把_____和_________合理地結(jié)合起來。勻變速直線實(shí)驗(yàn)邏輯推理主題一自由落體運(yùn)動(dòng)、自由落體加速度【問題探究】探究點(diǎn)1自由落體運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)(1)將一張紙片和一個(gè)金屬球同時(shí)在同一高度釋放,如圖甲。紙片和金屬球哪個(gè)先落地?為什么?提示:金屬球先落地,因?yàn)榭諝庾枇?duì)紙片下落快慢的影響比對(duì)金屬球下落快慢的影響大。(2)將紙片揉成團(tuán)和金屬球同時(shí)在同一高度釋放,如圖乙。紙團(tuán)和金屬球哪個(gè)先落地?為什么?提示:紙團(tuán)和金屬球幾乎同時(shí)落地,因?yàn)榭諝庾枇?duì)二者下落快慢的影響差別不是很大。(3)將牛頓管(又叫毛錢管)管內(nèi)空氣幾乎全部抽出后,管內(nèi)放置形狀、質(zhì)量不同的金屬片、雞毛,在管直立過來時(shí),如圖丙。牛頓管內(nèi)接近真空時(shí),金屬片、雞毛哪一個(gè)先落地?為什么?提示:金屬片和雞毛同時(shí)落地,因?yàn)槎呦侣溥^程中不受空氣阻力的影響了。(4)結(jié)合上述實(shí)驗(yàn)探究,考慮物體下落有什么規(guī)律?提示:沒有空氣阻力時(shí),輕重不同的物體下落快慢都相同,即物體下落的快慢與物體重力的大小無關(guān)。探究點(diǎn)2自由落體加速度(1)重力加速度的大小與距地面的高度有關(guān)嗎?提示:重力加速度的大小與距地面的高度有關(guān)。(2)在地面上同一地點(diǎn),隨高度的增加重力加速度如何變化?提示:在地面上同一地點(diǎn),隨高度的增加,重力加速度減小。(3)在一定的高度內(nèi)重力加速度的大小變化明顯嗎?提示:在一定的高度內(nèi),重力加速度的大小變化不明顯,可認(rèn)為重力加速度的大小不變?！咎骄靠偨Y(jié)】1.對(duì)自由落體運(yùn)動(dòng)的理解:(1)物體下落過程的運(yùn)動(dòng)情況與物體質(zhì)量無關(guān)。物體在空氣中下落的運(yùn)動(dòng)快慢不同是由于空氣阻力作用的影響不同。(2)自由落體運(yùn)動(dòng)是一種理想化的運(yùn)動(dòng),實(shí)際物體在下落時(shí)只要受到的空氣阻力遠(yuǎn)小于重力,即可忽略不計(jì),可近似看成自由落體運(yùn)動(dòng)。(3)“自由”的含義是只受重力、初速度為零。(4)自由落體運(yùn)動(dòng)是人們由地面上方自由下落的物體抽象出來的一種理想化模型。它忽略了空氣阻力的影響,是一種初速度為零的勻加速直線運(yùn)動(dòng),其原因是物體受到了重力作用。2.自由落體運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn):(1)物體下落的快慢與物體質(zhì)量的大小無關(guān)。(2)不同物體從同一高度做自由落體運(yùn)動(dòng),它們的運(yùn)動(dòng)情況是相同的。(3)在同一地點(diǎn),不同物體做自由落體運(yùn)動(dòng)的加速度是相同的?！就卣寡由臁?.自由落體加速度的特點(diǎn):(1)在同一地點(diǎn),一切物體做自由落體運(yùn)動(dòng)的加速度都相同。(2)重力加速度隨距離地面高度的增加而減小。2.自由落體加速度的變化規(guī)律:(1)隨緯度的變化: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。(2)隨高度的變化:在地面上的同一地點(diǎn),隨高度的增加重力加速度減小,在一定的高度內(nèi),可認(rèn)為重力加速度的大小不變。在一般的計(jì)算中,可以取g=9.8m/s2或g=10m/s2?！镜淅痉丁筷P(guān)于自由落體運(yùn)動(dòng),下列說法正確的是(

)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),物體由靜止開始自由下落的運(yùn)動(dòng)可視為自由落體運(yùn)動(dòng)【解題指南】判斷物體是否做自由落體運(yùn)動(dòng)時(shí)應(yīng)從定義進(jìn)行判斷:(1)初速度為零。(2)物體只受重力?！窘馕觥窟xC、D。自由落體運(yùn)動(dòng)是物體只在重力作用下由靜止開始下落的運(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),物體由靜止開始自由下落可視為自由落體運(yùn)動(dòng)。故正確答案為C、D?！疽?guī)律方法】自由落體運(yùn)動(dòng)的判斷方法(1)根據(jù)條件來判斷:物體做自由落體運(yùn)動(dòng)的條件是物體的初速度為零且物體只受重力作用(或物體除受重力外也受其他力,但其他力遠(yuǎn)小于物體的重力,可以忽略),兩者缺一不可。(2)根據(jù)題目中一些暗示語言來判斷:有些題目直接給出諸如“物體由靜止開始自由下落”“忽略空氣阻力”或“空氣阻力遠(yuǎn)小于重力”等提示語時(shí),可將物體的下落看成自由落體運(yùn)動(dòng)?！咎骄坑?xùn)練】(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(biāo)量,只有大小,沒有方向,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),一切物體做自由落體運(yùn)動(dòng)的加速度都相同D.在地球上的同一地點(diǎn),離地面高度越大,重力加速度g越小【解題指南】解答本題把握以下三點(diǎn):(1)g與物體的質(zhì)量無關(guān)。(2)在同一地點(diǎn),重力加速度相同。(3)g隨緯度的增加而增大,隨高度的增加而減小?！窘馕觥窟xB、C、D。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A錯(cuò)誤,B正確。在地球表面同一地點(diǎn),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。主題二自由落體運(yùn)動(dòng)的規(guī)律及應(yīng)用【問題探究】如圖所示,一個(gè)小金屬球從離地h高處由靜止釋放,小球下落一段時(shí)間落地。(1)小球的運(yùn)動(dòng)性質(zhì)是什么?提示:小球做自由落體運(yùn)動(dòng),是初速度為零的勻加速直線運(yùn)動(dòng):v0=0,a=g。(2)怎樣確定小球的落地時(shí)間?提示:由位移公式:h=

gt2,則t=

。(3)怎樣確定小球的落地速度?提示:由速度—位移關(guān)系式:v2=2gh,則v=

?！咎骄靠偨Y(jié)】1.關(guān)于自由落體的幾個(gè)重要公式:自由落體運(yùn)動(dòng)是勻變速直線運(yùn)動(dòng)的特例,因此勻變速直線運(yùn)動(dòng)規(guī)律也適用于自由落體運(yùn)動(dòng)。只要將勻變速直線運(yùn)動(dòng)公式中的v0換成0,a換成g,x換成h,勻變速直線運(yùn)動(dòng)公式就變?yōu)樽杂陕潴w運(yùn)動(dòng)公式。2.關(guān)于自由落體運(yùn)動(dòng)的幾個(gè)比例關(guān)系式:(1)第1T末,第2T末,第3T末,…,第nT末速度之比v1∶v2∶v3∶…∶vn=1∶2∶3∶…∶n。(2)前1T內(nèi),前2T內(nèi),前3T內(nèi),…,前nT內(nèi)的位移之比h1∶h2∶h3∶…∶hn=1∶4∶9∶…∶n2。(3)第1T內(nèi),第2T內(nèi),第3T內(nèi),…,第nT內(nèi)的位移之比hⅠ∶hⅡ∶hⅢ∶…∶hN=1∶3∶5∶…∶(2n-1)。(4)通過第1個(gè)h,第2個(gè)h,第3個(gè)h,…第n個(gè)h所用時(shí)間之比t1∶t2∶t3∶…∶tn=3.重力加速度的測(cè)量方法:(1)利用自由落體運(yùn)動(dòng)測(cè)重力加速度。物體做自由落體運(yùn)動(dòng)的位移與時(shí)間的關(guān)系為h=

gt2,可見,只要測(cè)出做自由落體運(yùn)動(dòng)的物體在某段時(shí)間內(nèi)的位移,就可由g=

求出該地的重力加速度。(2)利用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器(或頻閃攝影法)測(cè)重力加速度。①方法:讓重物自由下落,通過打點(diǎn)計(jì)時(shí)器獲取打點(diǎn)紙帶(或頻閃照片)。②數(shù)據(jù)處理。以用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器研究自由落體運(yùn)動(dòng)為例,對(duì)實(shí)驗(yàn)得到的如圖所示的紙帶進(jìn)行研究?？衫迷谝欢螘r(shí)間t內(nèi)的平均速度等于這段時(shí)間中間時(shí)刻的瞬時(shí)速度,求出各計(jì)數(shù)點(diǎn)的速度,即

作出v-t圖象,圖象的斜率即為重力加速度?！就卣寡由臁?1)自由落體運(yùn)動(dòng)是勻變速直線運(yùn)動(dòng)的特例,分析勻變速直線運(yùn)動(dòng)的各種方法對(duì)于自由落體運(yùn)動(dòng)同樣適用。(2)若分析自由落體運(yùn)動(dòng)的中間一段過程,則該過程是初速度不為零的勻變速直線運(yùn)動(dòng),v=v0+gt,h=v0t+

gt2?！镜淅痉丁繌碾x地面500m的空中自由落下一個(gè)小球,g取10m/s2,求小球:(1)落到地面所用的時(shí)間。(2)自開始下落計(jì)時(shí),在第1s內(nèi)的位移、最后1s內(nèi)的位移?！窘馕觥坑蒱=500m和重力加速度,根據(jù)位移公式可直接算出落地所用時(shí)間,根據(jù)運(yùn)動(dòng)時(shí)間,可算出第1s內(nèi)的位移。最后1s內(nèi)的位移是下落總位移和前(n-1)s下落位移之差。(1)由h=

,得落地所用時(shí)間:

(2)第1s內(nèi)的位移:因?yàn)閺拈_始運(yùn)動(dòng)起前9s內(nèi)的位移為

所以最后1s內(nèi)的位移為Δh=h-h9=500m-405m=95m。答案:(1)10s

(2)5m

95m主題三伽利略對(duì)自由落體運(yùn)動(dòng)的研究【問題探究】1.伽利略對(duì)落體運(yùn)動(dòng)進(jìn)行了怎樣的猜想?提示:猜想落體運(yùn)動(dòng)是一種最簡(jiǎn)單的變速運(yùn)動(dòng),速度應(yīng)該均勻變化,速度可能與時(shí)間成正比,也可能是速度與位移成正比。2.伽利略在從猜想到進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證的過程中,遇到了哪些困難?又是如何解決的?分析:困難之一:無法測(cè)量_________。解決方案:改測(cè)位移與_____的關(guān)系(從靜止開始做勻加速直線運(yùn)動(dòng)的物體x∝t2)。瞬時(shí)速度時(shí)間困難之二:沒有準(zhǔn)確的計(jì)時(shí)工具,無法測(cè)定像自由落體這樣較短的_____。解決方案:設(shè)計(jì)了著名的__________。時(shí)間斜面實(shí)驗(yàn)3.伽利略是如何進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證的?提示:伽利略巧妙地應(yīng)用斜面實(shí)驗(yàn)及科學(xué)推理研究了自由落體運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn),(如圖所示)讓小球沿斜面滾下,減小加速度,延長(zhǎng)運(yùn)動(dòng)時(shí)間,便于觀測(cè)?！咎骄靠偨Y(jié)】1.伽利略對(duì)自由落體運(yùn)動(dòng)的研究:(2)思想方法:實(shí)驗(yàn)和邏輯推理相結(jié)合。2.伽利略的研究方法:(1)運(yùn)用“歸謬法”否定了亞里士多德關(guān)于重的物體下落快、輕的物體下落慢的論斷。(2)提出自由落體運(yùn)動(dòng)是一種最簡(jiǎn)單的變速運(yùn)動(dòng)——?jiǎng)蜃兯僦本€運(yùn)動(dòng)的假說。【拓展延伸】伽利略的間接驗(yàn)證法(1)運(yùn)用數(shù)學(xué)推導(dǎo)的方法得出初速度為零的勻變速直線運(yùn)動(dòng),符合x∝t2。(2)①運(yùn)用斜面實(shí)驗(yàn)測(cè)出小球沿斜面向下的運(yùn)動(dòng)符合x∝t2,是勻變速直線運(yùn)動(dòng)。②不同質(zhì)量的小球沿同一傾角的斜面運(yùn)動(dòng),

的值不變,說明它