自由落体运动实验 PPT

第二章 匀变速直线运动
第5节 自由落体运动
作者编号：43999
新知导入
一个人捏住尺子的上端，另一个人手指在直尺的下端零刻度处等
待。前者释放，后者捏住。直尺下落的时间就是你的反应时间。
作者编号：43999
学习目标
1.知道通过实验建构自由落体运动模型的过程，知道自
由落体的条件。
2.知道自由落体运动是初速度为0的匀加速直线运动。
作者编号：43999
新知学习
5.自由落体运动的规律
自由落体运动
匀变速直线运动
速度公式
= 0 +
=
位移公式
1 2
= 0 +
2
1 2
ℎ =
2
位移速度公式
平均速度公式
作者编号：43999
2 − 0 2 = 2
0 +
=
2

a g
2 = 2ℎ
只有重力作用、在同一高度下落的轻重不同的物体下落快慢相同。
作者编号：43999
新知学习
3.自由落体运动
(1)定义：物体只在重力作用下，从静止开始下落的运动。
(2)特点：只受重力、v0=0
(3)当空气阻力的作用比较小，可以忽略不计时，从静止
开始下落的物体可视为自由落体运动。
作者编号：43999
新知学习
作者编号：43999
新知学习
1.逻辑推理
伽利略通过逻辑推理指出了亚里士多德的错误，最后
通过实验证明重物与轻物下落得同样快。
v2=4
v1=8
作者编号：43999
重物被轻
物拖累
重物轻物
绑一起
4<v12<8

自由落体的条件
物体只受重力作用，且初速度为零。
3
自由落体的加速度
地球上自由落体的加速度为9.8m/s²，通常简化 为10m/s²。
特性
匀加速直线运动
自由落体运动是匀加速直线运动，即物体的速度随时间均 匀增加。
方向竖直向下
自由落体运动的方向始终竖直向下，即与地球表面垂直。
不受其他外力影响
自由落体运动过程中，物体不受其他外力（如空气阻力） 的作用。
03
定理
等时性定理
距离定理
自由落体运动的时间与质量、形状、 速度等因素无关，仅与高度有关。
自由落体运动的距离与时间的平方成 正比，即$h = frac{1}{2}gt^2$。
均匀加速性定理
自由落体运动是加速度恒定的匀加速 直线运动，加速度大小为重力加速度 $g$。
03
自由落体运动的实例和应用
实例
自由落体运动中，物体的速度和位移 的变化规律可以通过数学公式进行描 述和预测。
自由落体运动中，物体的加速度不断 增大，但速度和位移的变化率保持不 变。
自由落体运动在实际生活中有着广泛 的应用，如建筑物的设计、桥梁的承 重计算等。
06
自由落体运动的局限性和未来发展
局限性
01 02
理论假设限制
自由落体运动的理论基础假设物体在无外力作用下做匀加速直线运动， 但在实偏差。
运动研究
自由落体运动是研究物体 运动的基础，是学习物理 的重要知识点之一。
04
自由落体运动的实验和验证
实验
实验目的
通过实验观察自由落体运动，验证其规律和特征。
实验器材
计时器、重物、高度测量工具等。
实验
实验步骤
1. 选择合适的高度，将重物从该高度释放。

解析自由落体运动的加速度： 在地球表面附近，自由落体 运动的加速度约为9.8m/s²， 这是一个恒定的值，不随物 体质量、形状等因素改变。
解析自由落体运动的时间、 速度和位移计算：时间可以 通过公式t=√(2h/g)计算，其 中h为下落高度，g为重力加 速度；速度可以通过公式 v=gt计算，其中t为下落时间； 位移可以通过公式h=1/2gt² 计算，其中t为下落时间，g 为重力加速度。
更精确的测量技术
随着科技的发展，未来有望出现更精确的测量技术，以进一步提高自 由落体运动的实验精度。
更深入的理论研究
当前对自由落体运动的理论研究仍有一定的局限性，未来有望通过更 深入的研究，揭示更多自由落体运动的规律和性质。
更广泛的应用领域
随着对自由落体运动认识的加深，其应用领域也将进一步拓宽，有望 在更多领域发挥重要作用。
4. 打点计时器在纸带 上打下一系列点迹；
实验器材与步骤
6. 选取一条点迹清晰的纸带，用刻度 尺测量各点迹间的距离；
7. 根据测量数据计算重力加速度的值。
实验数据分析与结论
数据分析
根据测量得到的位移和时间数据，可以 绘制出位移-时间图像或速度-时间图像， 进一步处理数据可以得到重力加速度的 值。通过对比不同纸带上的数据，可以 分析实验结果的稳定性和可靠性。
05 自由落体运动的常见问题 与解析
自由落体运动中的常见问题
01
02
03
04
什么是自由落体运动？
自由落体运动的加速度 是多少？
自由落体运动的时间、 速度和位移如何计算？
哪些因素会影响自由落 体运动？
问题解析与答案
解析什么是自由落体运动： 自由落体运动是指物体在仅 受重力作用下从静止开始下 落的运动。

4.同学们利用如图所示方法估测反应时间。首先，甲同 学捏住直尺上端，使直尺保持竖直状态，直尺零刻度线 位于乙同学的两指之间。当乙看见甲放开直尺时，立即 用手指捏直尺，若捏住位置的刻度读数为x，重力加速
2x
度为g，则乙同学的反应时间为____g __。(用x、g表示) 基于上述原理，某同学用直尺制作测量反应时间的工具，若测量范围为 0～0.4 s，则所用直尺的长度至少为_8_0_ cm(g取10 m/s2)；若以相等时间间 隔在该直尺的另一面标记出表示反应时间的刻度线，则每个时间间隔在 直尺上对应的长度是_不__相__等__(选填“相等”或“不相等”)的。
目标一：自 由落体运动
特点：只受重力，初速度为0
自
目标二：伽利
1.设计 2.实验器材 3.操作要点
由 落
略对落体运动 规律探究
减少空气阻力的影响 4.实验结论：自由落体运动是匀加速直线运动
体
运
目标三：自由 大小： 9.8m/s 方向：竖直向下
动
落体加速度
目标四：自由落体 运动规律的应用
公式 vt=gt h= 12gt2 vt2=2gh 反应时间测量尺
随 纬 度 升 高 ， 纬度大g大，两极g最大 重 力 加 速 度 增 大
辨析
(1)自由落体加速度与纬度和高度有关。( √ ) (2)自由落体加速度的方向竖直向下。( √ ) (3)在地面附近，两极处的重力加速度小于赤道处的重力加速度。
( ×) (4)同一地点，重的物体重力加速度大。( × )
练习
时间单位 1 2 3 4 5 6 7 8
距离单位 32 130 298 526 824 1192 1600 2104
x x x 1
2
2 2

目的和目标
目的
通过本次学习，使学生掌握自由落体 运动的定义、性质、规律和计算方法 ，理解自由落体运动在实际生活中的 应用。
目标
通过动画演示、实验操作和案例分析 ，培养学生的观察能力、实验操作能 力和分析解决问题的能力，提高学生 对物理学的兴趣和热爱。
02
自由落体的基本概念
定义与特性
定义
自由落体是指仅受重力作用，从 静止开始下落的物体。
应用领域的拓展
随着科技的发展，自由落体运动的应用领域也将不断拓展。例如，在机器人技术、智能材 料等领域，可以利用自由落体运动的知识来设计更高效、更智能的系统和装置。
THANKS
感谢观看
公式
自由落体的运动轨迹的公式为 y=1/2gt²，其中g为重力加速度，t 为下落时间。
04
自由落体的实际应用
重力加速度的测量
重力加速度是自由落体运动的一 个重要参数，可以通过自由落体
实验进行测量。
实验中，可以利用自由落体的距 离、时间和速度等参数，通过公
式计算出重力加速度的值。
测量重力加速度的方法有多种， 如单摆法、落球法、自由落体法
特性
自由落体运动是初速度为零的匀 加速直线运动，加速度为地球的 重力加速度。
自由落体的公式
距离公式
$s = frac{1}{2}gt^2$
速度公式
$v = gt$
时间公式
$t = sqrt{frac{2s}{g}}$
自由落体的加速度
01
02
03
重力加速度
地球上的重力加速度约为 9.8m/s^2，方向竖直向 下。
动画制作过程中，需要将自由落体运动分解为多个连续的动作，并按照时间顺序逐 帧绘制。

重的物体下落快
2）薄纸片和纸团从同一高度下落
实验结果：纸团快，薄纸片慢
轻重相同的物体 下落不一样快
3）厚纸片和一本里面放有薄纸片的厚纸片的作业本 从同一高度下落
实验结果：一样快
轻重不同的物 体下落一样快
结论： 物体下落的快慢与质量无关。
那么，实际生活中为什么苹果要比树叶下落得快？ 即： 影响物体下落快慢的因素是什么？
故事导入：
我国古代出现过这种故事：传说三国 时期，周仓欲与关羽比力气，关羽说 你能把一根稻草扔过河去吗？周仓多 次试扔均无成功，然后反问关羽，关 羽随手将一捆稻草轻而易举地扔过了 河，周仓佩服得五体投地。这个故事 能说明关羽臂力过人吗？
一、落体运动的思考
1、亚里士多德和伽利略的简介
亚里士多德简介：世界古代史上 最伟大的哲学家、科学家和教育 家。被称为百科全书式的学者。
只受重力
作业：实验与探究Ⅱ
纸带分析
AB
C
1.9 5.8 9.6
D 13.4
E 17.3
F mm
思考： 1、重物在下落过程中其速度有没有变化？依据是什么？
2、s与t的关系是s t2，还是 s t？
3、影响实验精确程度的因素有哪些？
AB C 1.9 5.8 9.6
D 13.4
E 17.3
F mm
一定比其中任一石块大，其下落速度比任一石块快。 矛 结论2：如果把大石头和小石头捆在一起，独自下落慢的 盾 小石头就会拖慢独自下落快的大石头，最终其下落速度比 ？
大石头慢。
这两个结论能同时成立吗？ （说明了什么？）
B 实验：比萨斜塔实验
伽利略还在比萨斜塔 做过落体实验：在塔 顶，他同时释放两个 铅球，一个轻，一个 重，最后两个铅球同 时落地。这个实验有 力地反驳了亚里士多 德的观点。

速度公式
v=gt，其中v是末速度，g是重力加速 度，t是时间。
含义
自由落体运动的速度与时间成正比，即 随着时间的增加，速度不断增大。
自由落体运动的位移与时间关系
位移公式
h=1/2gt²，其中h是下落高度，g是 重力加速度，t是时间。
含义
自由落体运动的位移与时间的平方成 正比，即随着时间的增加，位移不断 增大。同时，从同一高度落下的物体， 无论质量大小，它们下落的时间都相 同。
自由落体运动的研究前景展望
深入研究自由落体运动的微观机制
随着物理学理论的不断发展，未来可以进一步深入研究自由落体运动的微观机制，探索其更 深层次的物理规律。
拓展自由落体运动的应用领域
自由落体运动在实际生活中有广泛的应用，未来可以进一步拓展其应用领域，例如在航空航 天、地质勘探等领域的应用。
跨学科研究自由落体运动
在体育运动中，自由落体运动被广泛应用于 计算运动员的跳跃高度和远度等成绩，为比 赛和训练提供准确数据。
05
自由落体运动的拓展与延伸
竖直上抛运动与自由落体运动的对比
01
02
03
04
运动轨迹
竖直上抛运动是直线运动，自 由落体运动也是直线运动，但
方向相反。
初速度
竖直上抛运动有向上的初速度， 自由落体运动的初速度为零。
通过绘制v-t图像或利用逐差法等方法，分析自由落体运动的规律，并求出重力加速度g的值。
实验结论与误差分析
实验结论
通过实验数据分析和处理，可以得出自由落体运动的规律，即初速度为零、加速度为g 的匀加速直线运动。同时，还可以求出重力加速度g的值。
误差分析
实验中可能存在的误差来源包括打点计时器的误差、纸带与打点计时器之间的摩擦、测 量误差等。为了减小误差，可以采取多次测量取平均值、选用精度更高的测量工具等方

3. 数据处理误差
在计算过程中可能存在舍入误差、计算误 差等。
实验注意事项和改进措施
实验注意事项 1. 确保实验装置稳定可靠，避免意外情况发生。
2. 在无风或微风条件下进行实验，以减小空气阻力的影响。
实验注意事项和改进措施
• 选择密度大、体积小的物体进行实验，以减小空气阻力的 影响。
实验注意事项和改进措施
• 解析：根据竖直上抛运动的对称性，可知物体在上升和下落过程中经过的时间 相等，均为t/2。因此，物体在这段时间内的平均速度大小为0（因为位移为0 ），平均速率为v0（因为路程等于初速度乘以时间）。
• 例题2：一物体从某一高度自由落下，经过时间t后落地，则物体在下落过程中 的平均速度大小和平均速率分别是多少？
位移比例关系
在自由落体运动中，物体从静止开始下落，在连续相等的时间间隔内，其位移之 比为1:3:5:7...。
应用
利用位移比例关系，可以通过测量物体在连续相等时间间隔内的位移来验证自由 落体运动的规律。
自由落体运动图像分析
v-t图像
自由落体运动的v-t图像是 一条过原点的直线，斜率
表示重力加速度g。
利用自由落体公式
通过测量物体下落的高度，结合自由落体公式 h = 1/2 * g * t^2，可以估算出物体落地的时间。
3
考虑物体形状和质量
不同形状和质量的物体受到的空气阻力不同，因 此在实际应用中需要考虑这些因素对物体落地时 间的影响。
分析雨滴下落过程
雨滴形状和大小
01
不同形状和大小的雨滴受到的空气阻力不同，因此下落速度也
关系
在自由落体运动中，物体的速度随时间均 匀增加，加速度保持不变。
02
自由落体运动规律探究

想一想
如果没有空气阻力的影响，轻重不同 的物体下落的快慢会是什么情况呢？
——如果没有空气阻力的影响，所有 物体下落的快慢是相同的。
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。
自由落体运动的条件：只受重力、初速度为 0
理想化物理模型
近似条件：空气阻力影响很小时，物体的下落 也可近似看作自由落体运动。
1.78
2.17
2.62
2.95
3.29
/
实验：研究自由落体运动的规律
a1=9.70 m/s2
实验：研究自由落体运动的规律
a2=9.67 m/s2
实验：研究自由落体运动的规律
a3 = 9.66 m/s2
实验：研究自由落体运动的规律
a1=9.70 m/s2 a2=9.67 m/s2 a3=9.66 m/s2
1.46
1.85
2.32
2.62
2.98
3.42
/
纸带2
0
1
2
3
4
5
6
7
8
t /s
0
0.04
0.08
0.12
0.16
0.2
0.24
0.28
0.32
x /cm
0.00
2.17
5.82
11.04 17.80 26.15 36.18 47.66 60.52
Δx /cm
2.17
3.65
5.22
6.76
8.35
0.00
2.49
6.50
12.05 19.15 27.82 38.31 50.11 63.25
Δx /cm
2.49
4.01

那么，轻重不同的物体下落的情况到底怎样？下面我们一起来做个
比较精细的实验，仔细研究一下。
问题三：真空时，轻重不同的物体下落一样快吗？ 演示实验2：把大小相同的，轻重不同的两个小球分别同时放入一下环 境中，观察下落情况。
真空
结论：在真空环境，轻重不同的物体下落一样快
逻辑推理
问题三：真空时，轻重不同的物体下落一样快吗？ 演示实验3：轻重不同的物体下落快慢的研究 结论：轻的物体和重的物体下落得同样快。
②符号：通常用g表示。 ③方向：竖直向下。
④大小：一般g =9.8m/s2，粗略计算g=10m/s2。
问题二：轻重绑在一起是快了还是慢了？ 伽利略的疑惑
v=4m/s
比大石头更重
v=8m/s
4<v<8
重的被“拖累”变慢了。
v>8m/s
合在一起更重应该更快。
说明亚里士多德“重的物体下落得快”的看法是错误的。
ห้องสมุดไป่ตู้
一、自由落体运动
亚里士多德认 为：重的物体 下落得快。
伽利略认为：在没有 阻力的情况下，轻重 物体下落一样快。
回顾实验
石 头
树 叶
在现实生活中人们之所以看到物体下落的快慢不同，是因为空气阻 力的影响。如果没有空气阻力，所有物体下落的快慢都一样。如果空气 阻力的作用比较小，可以忽略，物体的下落可以近似看作自由落体运动。
由上面的实验我们可以看到，自由落体运动是加速运动。那么，它的加
速度在下落过程中是否变化呢？
问题五：重力加速有何规律？ 你从表中发现了什么规律吗？你能尝
试解释这个规律吗？尝试解释就是作出猜 想。
①重力加速度随纬度的增加而增大。 ②地球是一个两极稍扁赤道略鼓的不规则球体，所以极地半径比赤道半径 小。