5 自由落體運(yùn)動 6 伽利略對自由落體運(yùn)動的研究
[學(xué)科素養(yǎng)與目標(biāo)要求]
物理觀念:1.知道物體做自由落體運(yùn)動的條件,知道自由落體運(yùn)動是初速度為零的勻加速直線運(yùn)動.2.掌握自由落體加速度.3.能夠運(yùn)用自由落體運(yùn)動的規(guī)律和特點(diǎn)解決有關(guān)問題.
科學(xué)探究:1.會通過實(shí)驗(yàn)探究自由落體運(yùn)動的規(guī)律、測量自由落體加速度.2.了解伽利略研究自由落體運(yùn)動的科學(xué)方法.
一、自由落體運(yùn)動
1.定義:物體只在重力作用下從靜止開始下落的運(yùn)動.
2.運(yùn)動性質(zhì):初速度為0的勻加速直線運(yùn)動.
3.物體的下落可看做自由落體運(yùn)動的條件:空氣阻力的作用比較小,可以忽略.
二、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相同,這個(gè)加速度叫做自由落體加速度,也叫做重力加速度,通常用g表示.
2.方向:豎直向下.
3.大小
(1)在地球上不同的地方,g的大小一般是不同的(填“不同”或“相同”),g值隨緯度的增大而逐漸增大.
(2)一般取值:g=9.8m/s2或g=10m/s2.
三、伽利略對自由落體運(yùn)動的研究
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.伽利略的研究:
(1)邏輯歸謬:伽利略從亞里士多德的論斷出發(fā),通過邏輯推理,否定了“重物比輕物落得快”的論斷.
(2)猜想與假說:伽利略猜想自由落體運(yùn)動是一種最簡單的變速運(yùn)動,它的速度應(yīng)該是均勻變化的.
(3)數(shù)學(xué)推理:伽利略通過數(shù)學(xué)推理得出初速度為0的勻變速運(yùn)動的位移與所用時(shí)間的二次方成正比,即x∝t2.
(4)間接驗(yàn)證:讓小球從斜面上的不同位置滾下,測出小球滾下的位移x和所用時(shí)間t.實(shí)驗(yàn)表明:小球沿斜面滾下的運(yùn)動是勻加速直線運(yùn)動;斜面傾角一定時(shí),小球的加速度相同;小球的加速度隨斜面傾角的增大而增大.
(5)合理外推:伽利略認(rèn)為當(dāng)斜面傾角為90°時(shí),小球?qū)⒆杂上侣洌詴?u>勻加速直線運(yùn)動.
1.判斷下列說法的正誤.
(1)在空氣中自由釋放的物體都做自由落體運(yùn)動.( × )
(2)物體只在重力作用下的運(yùn)動是自由落體運(yùn)動.( × )
(3)自由落體加速度的方向垂直地面向下.( × )
(4)伽利略通過實(shí)驗(yàn)的觀察與計(jì)算,直接得到自由落體運(yùn)動的規(guī)律.( × )
2.質(zhì)量為2m的物體A從高h處由靜止下落,質(zhì)量為m的物體B從高h處由靜止下落,不計(jì)空氣阻力,則A、B兩物體下落的加速度之比為;下落時(shí)間之比為tA∶tB=;落地前瞬間的速度之比vA∶vB=.
答案 1∶1 2∶1 2∶1
一、自由落體運(yùn)動與自由落體加速度
1.自由落體運(yùn)動
(1)自由落體運(yùn)動實(shí)質(zhì)上是初速度v0=0、加速度a=g的勻加速直線運(yùn)動,是勻變速直線運(yùn)動的一個(gè)特例.
(2)自由落體是一種理想化模型,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)際上,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.
(3)運(yùn)動圖象:自由落體運(yùn)動的v-t圖象(如圖1)是一條過原點(diǎn)的傾斜直線,斜率k=g.
圖1
2.自由落體加速度(重力加速度)
(1)方向:總是豎直向下,但不一定垂直地面;
(2)大小:①在同一地點(diǎn),重力加速度都相同.②地球上緯度不同的地點(diǎn)重力加速度不同,其大小隨緯度的增加而增大,赤道上最小,兩極處最大,但各處的重力加速度都接近于9.8m/s2,因此一般計(jì)算中g取9.8 m/s2或10 m/s2.
例1 (多選)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)動是自由落體運(yùn)動
B.僅在重力作用下的運(yùn)動叫做自由落體運(yùn)動
C.物體只在重力作用下從靜止開始下落的運(yùn)動叫做自由落體運(yùn)動
D.當(dāng)空氣阻力可以忽略不計(jì)時(shí),物體由靜止開始自由下落的運(yùn)動可視為自由落體運(yùn)動
答案 CD
解析 自由落體運(yùn)動是物體只在重力作用下由靜止開始下落的運(yùn)動,選項(xiàng)A、B錯(cuò)誤,C正確.當(dāng)空氣阻力可以忽略不計(jì)時(shí),物體由靜止開始自由下落的運(yùn)動也可視為自由落體運(yùn)動,選項(xiàng)D正確.