自由落体运动及经典例题讲解.doc

第4节自由落体运动理解领悟落体运动是一种常见的运动。本节课通过实验,分析得出自由落体运动的规律,明确重力加速度的意义,从而对自由落体运动规律有具体、深入的认识。基础级物体下落的几个小实验请自己动手做如下的几个小实验:烧断悬线让小球由静止开始下落;让等面积的铁片和纸片从等高处由静止开始下落;让等重的纸片和纸团从等高处由静止开始下落;让铁片和轻纸团从等高处由静止开始下落。从以上小实验,你观察到了什么现象?又得到了什么启发?从小实验(1)可以看到:烧断悬线后,小球在重力的作用下,由静止开始沿竖直方向下落,其下落速度越来越快。那么,物体下落的快慢与哪些因素有关呢?从小实验(2)可以看到:等面积的铁片比纸片下落得快,似乎重的物体比轻的物体下落得快。果真是这样吗?从小实验(3)可以看到:等重的纸片比纸团下落得慢。从小实验(4)可以看到:铁片和轻纸团下落的快慢程度几乎相同。小实验(3)和(4)说明,物体下落的快慢并不决定于物体的轻重,而是与物体受到的空气阻力有关。等面积的铁片比纸片下落得快,是由于铁片受到的空气阻力小;等重的纸片比纸团下落得慢,是由于纸片受到的空气阻力大;铁片和轻纸团下落的快慢程度几乎相同,说明在空气阻力很小的情况下,重的物体下落并不比轻的物体快多少。那么,我们有理由提出这样的猜想:在同一地点,如果没有空气阻力,不同物体只在重力作用下从静止开始下落,其下落的快慢程度应该是相同的。“钱毛管”实验为了证实上述猜想,需要创设一个没有空气的环境,即真空环境。如教材“走进物理课堂之前”图4所示,在玻璃管内放有鸡毛和铜钱(此管叫做“钱羽管”),当管内存有空气时,鸡毛比铜钱明显下落得慢。把管内抽成真空,可以观察到鸡毛与铜钱下落的快慢程度没有区别。“钱羽管”实验表明:若只受重力作用,不同物体在同一地点所做的落体运动是完全相同的。关于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,叫做自由落体运动。因此,物体做自由落体运动必须同时满足两个条件:一是物体只受重力作用,除此之外不受其他力的作用;二是从静止开始下落,不能有初速度。请思考:从停在空中用降落伞放下的救灾物资的运动是否是自由落体运动?为什么?从水平飞行的飞机上落下的重物的运动是否是自由落体运动?为什么?从正在上升的气球中落下的重物的运动是否是自由落体运动?为什么?从停在空中用降落伞放下的救灾物资的运动不是自由落体运动,因为降落伞还受到空气阻力的作用;从水平飞行的飞机上落下的重物的运动和从正在上升的气球中落下的重物的运动,也都不是自由落体运动,因为从水平飞行的飞机上落下的重物具有水平方向的初速度,从正在上升的气球中落下的重物具有竖直向上的初速度,它们不是从静止开始下落的。实际上,物体在空中下落时总是或多或少地要受到空气阻力的作用。若空气阻力很小而可以忽略,则物体从静止开始下落的运动可以近似看成自由落体运动。因此,自由落体运动是一种理想化物理模型。这种模型忽略了次要因素——空气阻力,突出了主要因素——重力,对分析生活中的多数落体运动问题,满足空气阻力远小于重力的条件,其产生的误差是可以忽略的,因此对落体运动进行理想化的处理是有实际意义的。用打点计时器研究自由落体运动本章第一节中,我们用打点计时器对小车的运动进行了研究。本节课我们仿照这一方法,让重物做自由落体运动,用打点计时器在与重物相连的纸带上打点。分析纸带上的实验数据,你能得出相关结论吗?利用纸带上的点迹算出相应时刻重物的瞬时速度,作出速度图象,图线是一条倾斜的直线。重物又是从静止开始下落的,因此自由落体运动是初速度为0的匀加速直线运动。根据速度图象图线的斜率,可以求出重物自由下落的加速度。在同一地点,用不同重量的重物重复上述实验,测得重物自由下落的加速度都相同。关于重力加速度在同一地点,一切物体自由下落的加速度都相同,这一加速度就叫做自由落体加速度,也叫做重力加速度,通常用g表示。重力加速度的值与地理位置有关,不同地点的重力加速度的大小通常是不同的,但相差不大。通常取g=≈10m/s2。重力加速度的方向竖直向下。关于自由落体运动的规律既然自由落体运动是初速度为0的匀加速直线运动,且加速度为重力加速度g,那么将匀变速直线运动的公式或关系式中的v0取为0,a取为g,就可以得到反映自由落体运动规律的一套公式或关系式:速度公式,位移公式 ,速度—位移关系式,用平均速度球位移的公式。初速度为0的匀加速直线运动的一些比例关系,对于自由落体运动也适用。你能写出这些比例关系式吗?发展级用频闪照相的方法研究自由落体运动利用频闪摄影的方法研究物体的运动,是一种十分有效的手段。教材在本节“问题与练****的第4题给出了小球自由下落的闪光照片,要求采用多种方法,通过这幅照片测量自由落体加速度。请先认真思考,再参阅本书“课本****题解读”中给出的解答。