3.3匀变速直线运动实例——自由落体运动(学案)
一、学习目标
1.认识自由落体运动,知道影响物体下落快慢的因素,理解自由落体运动是初速度为零的匀加速直线运动。
2.能用打点计时器或其他实验仪器得到相关的运动轨迹并能自主进行分析。
3.知道什么是自由落体的加速度,知道它的方向,了解在地球上的不同地方,重力加速度大小不同。
4.掌握如何从匀变速直线运动的规律推出自由落体运动规律,并能够运用自由落体规律解决实际问题。
5.初步了解探索自然规律的科学方法,重点培养实验能力和推理能力。
二、课前预习
1、自由落体运动:。在地球表面上,它是一个理想运动模型。一般情况下,如果空气阻力相对重力比较小,产生的影响小,可以近似看作自由落体运动。密度较大实心物体的下落都可以近似看成自由落体运动。
2、物体做自由落体运动需要满足两个条件1、和2、
。
3、自由落体运动是初速度为的直线运动。
4、自由落体加速度又叫做,用符号表示。在地球上不同的地方,g的大小是不同的:1、纬度越高,g越;2、同一纬度,高度越大,g越。一般的计算中可以取9.8m/s2或10m/s2,如果没有特殊说明,都按m/s2计算。
5、自由落体运动的速度时间关系是;位移与时间关系是;位移与速度的关系是。
三、典型例题
例1、下列说法正确的是()
A.物体从静止开始下落的运动叫做自由落体运动
B.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
C.从静止开始下落的钢球受到空气阻力作用,不能看成自由落体运动。
D.从静止开始下落的钢球受到空气阻力作用,因为阻力与重力相比可以忽略,所以能看成自由落体运动。
例2、下列说法不正确的是()
A.g是标题,有大小无方向。
B.地面不同地方g不同,但相差不大。
C.在同一地点,一切物体的自由落体加速度一样。
D.在地面同一地方,高度越高,g越小。
例3、AB两物体质量之比是1:2,体积之比是4:1,同时从同一高度自由落下,求下落的时间之比,下落过程中加速度之比。
例4、质量为2kg的小球从离地面80m空中自由落下,g=10m/s2,求
1、经过多长时间落地?
2、第一秒和最后一秒的位移。
3、下落时间为总时间的一半时下落的位移。
四、巩固练习
1、一位观察者测出,悬崖跳水者碰到水面前在空中下落了3s.如果不考虑空气阻力,悬崖有多高?实际上是有阻力的,因此实际高度比计算值大些还是小些?为什么?
2、甲物体的重力比乙物体的重力大5倍,甲从Hm高处自由落下,乙从2Hm高处同时自由落下.以下几种说法中正确的是()
A.两物体下落过程中,同一时刻甲的速率比乙大
B.下落ls末,它们的速度相等
C.各自下落lm它们的速度相等
D.下落过程中甲的加速度比乙大
3、关于自由落体运动,下列说法正确的是()
A.物体做自由落体运动时不受任何外力的作用
B.在空气中忽略空气阻力的运动就是自由落体运动
C.自由落体运动是初速度为零的匀加速直线运动
D.不同物体做自由落体时其速度变化的快慢是不相同的
4、从某一高塔自由落下一石子,落地前最后一秒下落的高度为塔高的7/16,求塔高。
5、A球处塔顶自由落下,当1m时,B球自距离塔顶7m处开始自由下落,两球恰好同时落地,求塔高为多少?
参考答案
该学案可以结合与之配套的教案(一种非常适合学生自学的详细教案,模拟真实的课堂教学情境,力争无坡度引入)使用,例题答案见教案。
1、45m小于因为实际加速度比g小不考虑空气阻力,跳水者做自由落体运动,则,如果考虑空气阻力,则实际加速度比g小,实际高度小于45m。
2、BC因为甲乙都是自由落体运动,所以运动规律完全一样,D错;因为是同时下落,根据可知同一时刻甲乙的速率一样大,A错,B正确;根据知C正确;
3、C做自由落体运动的物体只受重力,A错;忽略空气阻力,还需要初速度为零,B错;C正确;不同物体做自由落体运动的运动规律是完全一样的,所以加速度是一样的,当然速度变化快慢是一样的。D错。
4、80m方法一:
画出石子的运动草图。
设石下落的总时间为t,塔高为H,则下落距离为塔高的9/16时经过时间(t-1),根据自由落体运动的位移公式:
……①
……②
解①、②两式得:t=4sH=80m
解法二:
设石子落地前最后一秒的初速度为V,则落体瞬间的速度为V+g
根据有:
……①
②
解①、②得:V=30m/s,H=80m
解法三:
画出物体做自由落体运动的图象,如图所示。
三角形OMN的面积表示石子在前t-1秒内下降的高度。大三角形的面积表示塔高。根据面积比等于相似比的平方,应有:
得:t=4s
再根据H=gt2得:H=80m。
5、学会作图拣出规律:B球t时间内下落距离加7m等于A在t时间内下落距离加1m,先算出自由落体运动1m所需时间
t=,H=9+7=16m
一名优秀的教师在教学时都会提前最好准备,教师要准备好教案,这是教师工作中的一部分。教案可以让学生能够听懂教师所讲的内容,帮助教师在教学期间更好的掌握节奏。写好一份优质的教案要怎么做呢?为了让您在使用时更加简单方便,下面是小编整理的“匀变速直线运动的实验探究”,仅供参考,欢迎大家阅读。
第2节匀变速直线运动的实验探究
[问题导思]
【计时器的工作原理】
常用的计时器有打点计时器和电火花计时器两类,是用来记录时间时间的仪器。
(1)打点计时器是一种使用低压交流电源的计时器,(如上左图)其工作电压为4~6V。当电源频率为50Hz,它每隔0.02s打一个点。把纸带穿过限位孔,再把套在轴上的复写纸片压在纸带上面,通电后,在线圈和永久磁铁的作用下,振片便振动起来,位于振片一端的振针就跟着上下振动起来,当物体拖着纸带运动时,振针就在纸带上打出一系列的点,这些点记录了运动物体的位置,也记录了发生这些位移所用的时间。这就为我们定量地研究物体的运动情况提供了方便。
(2)电火花计时器是利用火花放电在纸带上打出小孔,从而显示出电迹的计时器(如上右图)使用时,墨粉纸盘轴上,并夹在两条纸带之间,接通220V交流电源,按下脉冲输出开关,计时器发出的脉冲电流经接正相的放电计、墨粉纸盘到负相的纸盘轴,产生火花放电,于是在运动的纸带1上就打出一列电迹,电源频率50Hz时,它每隔0.02s打一个点。
【纸带求匀速直线运动的加速度的方法】
(1)逐差法:如下左图所示,根据,同理,这样利用可以求出三个加速度值,再算出的平均值,即为我们所求匀变速直线运动物体的加速度。“逐差法”求加速度的目的是尽可能多地使用测量的数据以减小偶然误差。
(2)v-t图象法:根据匀变速直线运动某段时间中间时刻的瞬时速度等于这段时间内的平均速度,即,求出打出第n个计数点时纸带的瞬时速度如上右图所示,再作出v-t图象,图线的斜率,即为匀变速直线运动物体的加速度a.
【频闪照相】
频闪照相:可以侧线户物体在做匀变速直线运动时每隔相等时间间隔的维护子,对数据进行研究、分析、处理等,就可以发现它们是否遵循匀变速直线运动的规律,达到研究的目的,深刻体会匀变速直线运动的基本特点和运动过场的形成,处理方法同上
观察、测量数据以及对数据进行研究、分析、处理等,是物理学告诉发展的基础,学重大发明发现,都来源于实验观察、数据测量及研究、分析、处理。
[例题解析]
例1在研究匀变速直线运动规律的实验中,小车拖车纸带运动,每秒打点50次的打点计时器打出的纸带如下图所示,选出A、B、C、D、E共5个计树点,每相邻两点间4个实验点(图中未画出)。以A点为起点量出的到各点计数点的位移,已经在图上,求:(1)AE段的平均速度;(2)C点的瞬时速度;(3)小车运动的加速度a。
解析:(1)AE段的瞬时速度由公式。
根据题意,AE段的位移,所用时间t=0.1s,则:
(2)C点是AE段的时间中点,对匀变速直线运动来水,C点的瞬时速度等于该段的平均速度,所以
(3)根据上图所示,有:
AB、BC、CD、DE各段所用时间T=0.1s,由可得:
说明:此题目中各计数点间相邻位移差恰好相等,如果不相等,则应该利用逐差法,求得由求得,再由求得加速度的平均值。
匀变速直线运动的速度的教案示例
一、教学目标
1.在物理知识方面要求:
(1)掌握匀变速直线运动的速度公式,会用公式解决有关问题;
(2)能识别不同形式的匀变速直线运动的速度图象;
(3)会用速度图象求匀变速运动中任一时刻的速度或达到某一速度所用时间。
2.通过分析匀变速直线运动的速度图象使学生逐渐熟悉数学工具的应用,培养研究物理问题的能力。
3.学习利用公式和图象表示物理规律,达到提高学生分析问题能力的目的。
二、重点、难点分析
1.重点是使学生掌握在匀变速直线运动中,速度随时间的变化规律,利用速度图象分析运动规律。
2.通过实验数据得出速度图象,使学生明确速度图象反映的是速度随时间的变化规律,把位移图象和速度图象加以区别,避免两者混同起来。这是难点。
三、教学过程设计
(一)引入新课
做匀速直线运动的物体,它的瞬时速度是不变的;而做匀变速直线运动的物体,它的瞬时速度是时刻在改变的,今天我们研究瞬时速度变化的规律。
(二)主要教学过程设计
例:火车原以10.0m/s的速度匀速行驶,后来开始做匀变速运动,
加速度是0.2m/s2,从火车加速起第1s末、第2s末、第3s末的速度分别是多少?
复习加速度概念,提出问题:火车的加速度是0.2m/s2,什么意思?表示火车的速度是均匀增加的,根据这道题的物理规律,我们如何用数学表达式分别表示出第1s末、第2s末、第3s末的速度:
v1=10.0m/s+0.2m/s2×1s=10.2m/s
开始的速度加上1s内速度的增加,即为第1s末的速度。
v2=10.0m/s+0.2m/s2×2s=10.4m/s
开始的速度加上2s内速度的增加,即为第2s末的速度。
v3=10.0m/s+0.2m/s2×3s=10.6m/s
1.匀变速直线运动的速度
vt=v0+at——匀变速直线运动的速度公式,也可以从加速度的定
明确:①此公式对匀加速直线运动和匀减速直线运动都适用。在匀加速直线运动中,a为正值,表明物体的速度随时间均匀增加;在匀减速直线运动中,a为负值,表明物体的速度随时间均匀减少。
②物体做初速度为零的匀加速直线运动时,上式可写成vt=at。
例:一辆汽车做匀减速直线运动,初速度为15m/s,加速度大小为3m/s2,求:(1)第3s末的瞬时速度;(2)汽车末速度为零时所经历的时间。
分析:由于汽车做匀减速运动,a为负值。
(1)已知v0,a和t,求vt,可根据公式vt=v0+at来求。
vt=15m/s+(-3m/s2)×3s=6m/s
(2)已知v0、a和vt,求t,可依据速度公式得:
第3s末的瞬时速度为6m/s,末速度为零,所经历的时间为5s。
匀变速直线运动的速度随时间变化的关系可以用公式表示,也可以用图象表示。
2.匀变速直线运动的速度图象
分析:从表中的数据看,在误差允许范围内,每2s速度增加3m/s,汽车做匀加速运动,它的速度图象是一条向上倾斜的直线。直线的起点为零时刻的速度v0,横轴的某一时刻对应直线上纵轴的一点即为该时刻的速度vt。
再画直线B,请同学思考这是怎样运动的速度图象?
总结:两条直线都是表示初速度为15m/s的匀加速运动,不同点是AB两物体的速度变化快慢不同即加速度不同,aA>aB,所以从速度图线可以求加速度。
请同学将上述例题用图象表示出来。
可以看出做匀减速运动的速度图象是向下倾斜的直线。如图2所示。
请同学画出初速度为零的匀加速运动的图象。如图3所示。
为了巩固同学对速度图象的认识,可做以下练习:
图4中A、B、C、D、E各图线分别表示物体做什么运动?请定性指出来。
图5中图线表示物体做什么运动?
图6表示一个做直线运动的物体的速度图线,(1)说明该物体在OA、AB、BC三段时间内做什么运动?(2)求各段运动的加速度。
(三)课堂小结
1.匀变速直线运动的速度公式是运动学的基本公式之一,在我们今后研究运动规律时,经常用它来分析。
2.已知物体做匀加速运动时,加速度a作为已知数,代入公式中取正值;已知物体做匀减速运动时,加速度a作为已知数,代入公式中取负值。求出加速度a为正值时,表示物体做匀加速运动;求出加速度a为负值时,表示物体做匀减速运动。
3.用图象表示物体规律是一种非常直观鲜明的方法,拿到图象后,首先明确横、纵坐标轴所表示的物理量,再分析变化规律。
文章来源:http://m.jab88.com/j/22562.html
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