5 自由落体运动 6 伽利略对自由落体运动的研究
[学习目标] 1.[物理观念]知道自由落体运动的条件、性质和特点.(重点) 2.[科学探究与科学思维]掌握自由落体运动的规律,会通过实验测定自由落体运动的加速度,知道在地球上不同地方,重力加速度的大小不同. 3.[科学探究与科学方法]了解伽利略研究自由落体运动的过程,领悟他的研究方法.(难点)
一、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
(1)运动性质:初速度等于零的匀加速直线运动.
(2)受力特点:只受重力作用.
(3)物体下落可看作自由落体运动的条件:在实际中物体下落时由于受空气阻力的作用,物体并不是做自由落体运动,只有当空气阻力比重力小得多,可以忽略时,物体的下落才可当作自由落体运动来处理.
二、自由落体的加速度
1.定义:在同一地点,一切物体自由下落的加速度都相同.这个加速度叫自由落体加速度,也叫重力加速度,通常用g表示.
2.方向:竖直向下.
3.大小
(1)在地球上的同一地点:一切物体自由下落的加速度都相同.
(2)在地球上不同的地点,g的大小一般是B(A.相同 B.不同)的,g值随纬度的增大而逐渐增大.
(3)一般取值:g=9.8_m/s2或g=10_m/s2.
三、伽利略对自由落体运动的研究
1.问题发现
亚里士多德观点:重物下落得快,轻物下落得慢.
矛盾:把重物和轻物捆在一起下落,会得出两种矛盾的结论.
伽利略观点:重物与轻物下落得一样快.
2.猜想与假说
伽利略猜想落体运动应该是一种最简单的变速运动,并指出这种运动的速度应该是均匀变化的假说.
3.理想斜面实验
(1)如果速度随时间的变化是均匀的,初速度为零的匀变速直线运动的位移x与运动所用的时间t的平方成正比,即x∝t 2.
(2)让小球从斜面上的不同位置由静止滚下,测出小球从不同起点滚动的位移x和所用的时间t.
(3)斜面倾角一定时,判断x∝t 2是否成立.
(4)改变小球的质量,判断x∝t 2是否成立.
(5)将斜面倾角外推到θ=90°情况——小球自由下落,认为小球仍会做匀加速运动,从而得到了自由落体运动的规律.
4.伽利略研究自然规律的科学方法:把实验和逻辑推理(包括数学推演)和谐地结合起来.他给出了科学研究过程的基本要素:对现象的一般观察→提出假设→运用逻辑得出推论→通过实验对推论进行检验→对假设进行修正和推广.
1.思考判断(正确的打“√”,错误的打“×”)
(1)在空气中自由释放的物体做自由落体运动. (×)
(2)物体在真空中一定做自由落体运动. (×)
(3)自由释放的物体只在重力作用下一定做自由落体运动. (√)
(4)在同一地点,轻重不同的物体自由落体加速度一样大. (√)
(5)自由落体加速度的方向垂直于地面向下. (×)
2.(多选)在忽略空气阻力的情况下,让石块和木块从同一高度同时从静止开始下落,下列说法中正确的是( )
A.重的石块先着地
B.轻的木块先着地
C.在着地前的任一时刻,二者具有相同的速度和位移
D.二者在下落这段时间内的平均速度相等
CD [在忽略空气阻力的情况下,只在重力作用下由静止释放的物体的运动可以看作自由落体运动,快慢程度与质量无关,运动情况是一样的,同时落地,初、末位置相同,位移相同,A、B错,C对;由平均速度的定义可知,D对.]
3.下列哪位科学家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,从而有力地推动了人类科学的发展( )
A.亚里士多德 B.伽利略
C.牛顿 D.爱因斯坦