2019-2020学年高中物理沪科版必修1课件：2.1-2.2 伽利略对落体运动的研究 自由落体运动的规律 .pptx

2.1 伽利略对落体运动的研究 2.2 自由落体运动的规律,自主阅读,自我检测,一、伽利略对落体运动的研究 1.亚里士多德的观点:重的物体比轻的物体下落得快。 2.伽利略对落体运动的研究 (1)伽利略的逻辑结果:重物与轻物下落得一样快。 (2)伽利略的猜想:下落物体的速度随着时间均匀增加,即vt。 (3)伽利略的数学推理结果:从静止开始做匀加速直线运动的物体通过的位移一定与运动时间的二次方成正比,即st2。,自主阅读,自我检测,(4)伽利略的理想斜面实验:因为物体实际下落太快,伽利略设计了“冲淡重力”的斜面实验,这样就减缓了物体下落速度。如图所示,让小球从斜面上不同位置滚下,观测到小球多次从不同起点滚下的位移和所用时间的二次方的比值 总是保持不变,如果不断加大斜面的倾角,小球对于每一个特定的倾角的斜面,上述比例关系仍然成立,只是常数随斜面倾角的增大而增大。伽利略合理外推至倾角为90°,即物体自由下落时,其比值也保持不变,即st2。 (5)伽利略的结论:物体在做自由落体运动时,其速度随时间 均匀增加,即vt。,自主阅读,自我检测,3.伽利略的科学方法 (1)伽利略对落体运动的研究思路 问题猜想数学推理实验验证合理外推得出结论 (2)科学思想方法的核心:把实验和逻辑推理结合起来。,自主阅读,自我检测,二、自由落体运动的规律 1.自由落体运动:物体只在重力作用下从静止开始下落的运动。 2.在空中运动的物体,若忽略空气阻力对它的影响,它做的一定是自由落体运动吗? 提示:不一定。自由落体运动有两个条件,除了只受重力作用外,初速度要求必须为零。 3.自由落体运动的加速度:自由落体的加速度也叫重力加速度,用g表示,它的大小约为9.8 m/s2,方向竖直向下。 4.自由落体运动的规律 (1)速度公式:vt=gt (2)位移公式:h=_ (3)速度与位移的关系 =2gh,自主阅读,自我检测,1.正误辨析 (1)亚里士多德认为物体下落快慢与物体的轻重无关。 ( ) (2)伽利略认为物体越重,下落得越快。 ( ) (3)自由落体运动加速度的大小与物体质量有关。 ( ) (4)重力加速度的方向竖直向下。 ( ) (5)在地球上不同的地方,g的大小不同,但方向都是竖直向下的。 ( ) 答案:(1)× (2)× (3)× (4) (5),自主阅读,自我检测,2.伽利略之前的学者认为,物体越重,下落得越快,伽利略等一些物理学家否定了这种看法。在高塔顶端同时释放一片羽毛和一个玻璃球,玻璃球先于羽毛落到地面,这主要是因为( ) A.它们的质量不同 B.它们的密度不同 C.它们的材料不同 D.它们受到的空气阻力不同 解析:直接影响物体下落快慢的原因应该是空气阻力,故选D。 答案:D,自主阅读,自我检测,3.一条铁链AB长0.49 m,将A端悬挂使它自由下垂,然后让它自由下落,求整条铁链通过悬点下方2.45 m处小孔O时需要的时间。(g取10 m/s2) 解析:以B端为研究对象,当B端到达O点时,所需 的时间为t1,其位移为h1,当A端到达O点时,B端自 由下落的位移为h2=2.45 m,所需的时间为t2,由 图可知:,答案:7.4×10-2 s,知识点一,知识点二,伽利略对落体运动的研究 问题导引 如图是著名的比萨斜塔,据说伽利略在比萨斜塔做过实验:让重的铁球和轻的铁球同时下落,发现两球几乎同时落地,仅仅相差“二指宽”。这“二指宽”产生的原因是什么呢? 要点提示:产生“二指宽”的落地差异是因为空气阻力的影响。,知识点一,知识点二,知识归纳 1.正确认识亚里士多德的观点 亚里士多德是世界历史上了不起的人物,对科学有很大贡献。他对自由落体运动的认识代表了人类对自由落体运动的初步探索,我们应这样看待亚里士多德的观点: (1)是人类在落体运动研究上迈出的第一步,有很大进步性; (2)是错误的; (3)统治了两千年。,知识点一,知识点二,2.如何认识伽利略的科学方法 (1)伽利略第一次把实验与逻辑推理(包括数学推演)和谐地结合了起来,打开了近代科学的大门,以前的学者只注重思辨,不注重实验。尊重事实,敢于质疑权威是创新的必备素质。伽利略把自己的科学方法付诸应用,成功地解决了自由落体运动的运动性质问题,其中有观察、有猜想、有实验、有逻辑推理(包括数学推演),他的方法为后人所采用,创造了科学的奇迹。 (2)伽利略为自由落体运动的研究,开创了研究物理规律的科学方法抽象思维、数学推导与科学实验相结合,这种方法到现在仍然是物理学乃至整个自然科学最基本的研究方法,不但标志着物理学的真正开端,也有力地推进了人类科学认识的发展,近代科学研究的大门从此打开。,知识点一,知识点二,典例剖析 【例1】 (多选)伽利略对落体运动的研究是科学实验和逻辑思维的完美结合,如图可大致表示其实验和思维的过程,对这一过程的分析,下列说法正确的是( ) A.其中的甲、乙、丙图是实验现象,丁图是经过合理的外推得到的结论 B.其中的丁图是实验现象,甲、乙、丙图是经过合理的外推得到的结论 C.运用甲图的实验,可“冲淡”重力的作用,使时间更容易测量 D.运用丁图的实验,可“放大”重力的作用,使实验现象更明显,知识点一,知识点二,解析:甲、乙、丙图是实验现象,丁图是经过合理的外推得到的结论,运用甲图的实验,可以“冲淡”重力的作用,使时间更容易测量。 答案:AC 规律方法伽利略科学方法的核心是把实验和逻辑思维(包括数学推演)和谐地结合起来,从而有力地推进了人类科学认识的发展。,知识点一,知识点二,变式训练1伽利略在著名的斜面实验中,让小球分别沿倾角不同、阻力很小的斜面从静止开始滚下,他通过实验观察和逻辑推理,得到的正确结论是( ) A.倾角一定时,小球在斜面上的位移与时间成正比 B.倾角一定时,小球在斜面上的速度与时间成正比 C.斜面长度一定时,小球从顶端滚到底端时的速度与倾角无关 D.斜面长度一定时,小球从顶端滚到底端所需的时间与倾角无关 解析:伽利略在著名的斜面实验中得出倾角一定时, 的比值保持不变,推出小球在斜面上的速度与时间成正比,选项A错误,选项B正确;倾角不同, 的比值不同,即斜面长度一定时,小球从顶端滚到底端时的速度与倾角有关,且倾角越大,速度越大,所用时间越短,选项C、D错误。 答案:B,知识点一,知识点二,自由落体运动及其运动规律 问题导引 伽利略的实验告诉我们,自由落体运动是匀加速直线运动,若已知自由落体的加速度为g,你能推导做自由落体运动的物体在任意时刻速度的表达式吗? 要点提示:根据加速度的定义式, 得vt=v0+at,由于自由落体运动的初速度为0,加速度为g,所以有vt=gt。,知识点一,知识点二,知识归纳 1.理想模型 自由落体运动是一种理想化模型,只有当下落物体所受空气阻力可以忽略时才可看作自由落体运动。 2.运动性质 物体仅受重力作用,v0=0,a=g。即初速度为零的匀加速直线运动。 3.运动规律 (1)速度公式:vt=gt;,在应用自由落体运动的规律解题时,通常选取竖直向下的方向为正方向。,知识点一,知识点二,4.由v-t图像求位移 (1)匀速直线运动的v-t图像如图所示,t0时间内位移s=v0t0,即为图中阴影部分的面积。,(2)匀变速直线运动的v-t图像如图所示。 把t0时间分为若干时间间隔t,t内速度变化很小,可认为做匀速直线运动。 由此可推知,图线与t轴所围“面积”即为t0时间内物体的位移。,知识点一,知识点二,5.关于自由落体运动的几个比例关系式 (1)第T末,第2T末,第3T末,第nT末速度之比 v1v2v3vn=123n; (2)前T内,前2T内,前3T内,前nT内的位移之比 h1h2h3hn=149n2; (3)第T内,第2T内,第3T内,第nT内的位移之比 hhhhN=135(2n-1)。 6.两个重要推论 (1)在一段时间t内的平均速度等于这段时间内中间时刻的瞬时速度,还等于这段时间初末速度矢量和的一半,即 (2)逐差相等 任意两个连续相等的时间间隔内的位移差相等,即h=h-h=h-h=gT2。,知识点一,知识点二,典例剖析 【例2】从离地面500 m的空中自由落下一个小球,g取10 m/s2,求: (1)小球落到地面所用的时间。 (2)自开始下落计时,小球在第1 s内的位移、最后1 s内的位移。 解析:由h=500 m和重力加速度,根据位移公式可直接算出落地所用时间,根据运动时间,可算出第1 s内的位移。最后1 s内的位移是下落总位移和前(n-1) s下落位移之差。,答案:(1)10 s (2)5 m 95 m,知识点一,知识点二,规律方法应用自由落体运动的规律时,应先确定研究对象,选定研究过程,明确物体的运动情况,结合自由落体运动规律进行求解。,知识点一,知识点二,变式训练2一观察者发现,每隔一定时间就有一个水滴自8 m高处的屋檐落下,而且当看到第五滴水刚要离开屋檐时,第一滴水正好落到地面,那么这时第二滴水离地面的高度是(g取10 m/s2)( ) A.2 m B.2.5 m C.2.9 m D.3.5 m,解析:设两滴水之间的时间间隔为t,答案:D,知识点一,知识点二,重力加速度大小的测定方法 问题导引 利用如图所示的实验装置测定重力加速度。用手捏住纸带上端把纸带拉成竖直状态,并使重物停在靠近打点计时器处。先接通电源,再松开纸带让重物自由下落,打点计时器在纸带上打下一系列的点。如何根据打上点的纸带求出重物的重力加速度?,知识点一,知识点二,知识点一,知识点二,知识归纳 1.打点计时器法 (1)按如图所示连接好实验装置,让重锤做自由落体运动,与重锤相连的纸带上便会被打点计时器打出一系列点迹。 (2)对纸带上计数点间的距离h进行测量,利用hn-hn-1=gT2求出重力加速度的大小。,知识点一,知识点二,知识点一,知识点二,3.滴水法 如图所示,让水滴自水龙头滴下,在水龙头正下方放一个盘,调节水龙头,让水一滴一滴地滴下,并调节到使第一滴水碰到盘的瞬间,第二滴水正好从水龙头口开始下落,并且能依次持续下去,用刻度尺测出水龙头口距盘面的高度h,再测出每滴水下落的时间T,知识点一,知识点二,知识点一,知识点二,典例剖析 【例3】如图所示,将打点计时器固定在铁架台上,使重物带动纸带从静止开始自由下落,利用此装置可以测定重力加速度。 (1)所需器材有打点计时器(带导线)、纸带、复写纸、带铁夹的铁架台和带夹子的重物,此外还需 (填字母代号)中的器材。 A.直流电源、天平及砝码 B.直流电源、毫米刻度尺 C.交流电源、天平及砝码 D.交流电源、毫米刻度尺 (2)通过作图像的方法可以剔除偶然误差较大的数据,提高实验的准确程度。为使图线的斜率等于重力加速度,除作v-t图像外,还可作 图像,其纵轴表示的是 ,横轴表示的是 。,知识点一,知识点二,知识点一,知识点二,知识点一,知识点二,变式训练3在测量重力加速度的实验中,打点计时器所用电源的频率为50 Hz,实验中得到一条点迹清晰的纸带,把第一个点记作O,另选连续的4个点A、B、C、D作为测量的点,每两个测量点之间还有4个实际打出的点,如图所示,图中所标数据是各测量点到O的距离(单位: mm),那么由此可以计算重物做自由落体运动的加速度为多少?,知识点一,知识点二,解析:因为打点周期T'=0.02 s,所以各测量点之间的时间为T=5×0.02 s=0.1 s。 由纸带数据得sOB=196 mm,sBD=588 mm。,答案:9.8 m/s2,1,2,3,4,1.在物理学的发展历程中,下面的哪位科学家首先建立了用来描述物体的运动的概念,并首先采用了实验检验猜想和假设的科学方法,把实验和逻辑推理和谐地结合起来,从而有力地推进了人类科学的发展( ) A.亚里士多德 B.伽利略 C.牛顿 D.爱因斯坦 答案:B,1,2,3,4,2.关于自由落体运动,以下说法正确的是( ) A.质量大的物体自由下落时的加速度大 B.从水平飞行着的飞机上释放的物体将做自由落体运动 C.雨滴下落的过程是自由落体运动 D.从水龙头上滴落的水滴,下落过程可近似看作自由落体运动 解析:所有物体在同一地点的重力加速度相等,与物体质量大小无关,故A错;从水平飞行着的飞机上释放的物体,由于惯性具有水平初速度,不是自由落体运动,故B错;雨滴下落过程所受空气阻力与速度大小有关,速度增大时阻力增大,雨滴速度增大到一定值时,阻力与重力相比不可忽略,不能认为是自由落体运动,故C错;从水龙头上滴落的水滴所受的空气阻力与重力相比可忽略不计,可认为只受重力作用,故D对。 答案:D,1,2,3,4,1,2,3,4,4.登上月球的宇航员利用频闪仪(频率为每秒20次)给自由下落的小球拍照所拍的频闪照片如图所示(图上所标数据为小球到达各位置时总的下落高度),则月球表面的重力加速度为多少?(保留两位有效数字)。,1,2,3,4,解析:小球每两个相邻位置的时间差,答案:1.6,