高中物理第二章探究自由落体运动教案粤教必修

§2.1 探究自由落体运动
一、教学目标
1.知识与技能
(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在理想条件下的运动。

(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。

2.过程与方法
由学生自主进行实验探究，利用打点计时器，记录下运动的信息，为下一节定量地探究运动规律做好准备，同时让学生进一步体验科学探究方法。

3.情感态度与价值观
渗透物理方法的教育，在研究物理规律的过程中抽象出一种物理模型—自由落体。

二、教材分析：
教学重点：（1）理解自由落体运动及其遵从的条件
（2）自由落体运动轨迹的纪录
教学难点：（1）理解并运用自由落体运动的条件
（2）纸带上记录的运动信息的分析
教学方法：以日常生活经验，导入目标—实践体验、分析讨论—总结归纳，得出结论
教学用具：牛顿管，金属片，纸片，打点计时器，纸带，重物和刻度尺等
课时安排：1课时
三、教学过程
（一）新课引入——落体运动
石头从空中下落，重力使屋檐的雨滴下来，树叶从树上竖直飘落。

问：这些物体有什么共同的运动特点呢？教师在学生表述的基础上提出问题：这些物体都做竖直下落运动，这类运动称为落体运动，这节课我们来研究落体运动是否具有一定的规律。

（二）新课教学
落体运动的思考
☆提出问题
我们通常有这样的一个生活经验：重的物体下落得快，物体下落得快慢到底与物体的质量有没有关系呢？
（2）（两千多年前）古希腊学者亚里士多德就认可了这一观点。

简介亚里士多德，他公元前三八四年生于希腊，在哲学、天文学、物理学、生物学和教育等方面都有研究，他的重要著作有：《形而上学》、《伦理学》、《政治学》和《分析前篇和后篇》等。

这些著作对后来的哲学和科学的发展起了很大的影响。

亚里士多德集中古代知识于一身，在他死后几百年中，没有一个人象他那样对知识有过系统考察和全面掌握。

他的著作是古代的百科全书。

恩格斯称他是“最博学的人”。

引导学生从亚里士多德的观点进行逻辑推理，得出矛盾。

过渡：同一个观点为什么会推导出两个截然相反的结论呢？这两个结论使亚里士多德的理论陷入了困境，
为了摆脱这一困境，伽利略认为只有一种可能性，重物和轻物应该下落得同样快。

要证明这个设想的正确性，必须通过做实验来证明。

☆实验与探究：轻重不同的物体的下落快慢
（课本P28-29）取一枚硬币，一张与硬币表面面积相同的纸片和三张表面积、轻重相同的纸片。

教师演示：a、将一枚硬币和一张展开的纸片从同一高度同时自由下落，
学生得出：重的物体下落得快
师：这种观点正确吗？如果给你一些完成相同的纸片，你能用它们来做实验反驳一下这个观点。

学生活动：学生观察并思考，提出自己的猜想，并动手设计自己的可行方案。

学生一：b、把一张纸片捏成纸团，将纸团和一张展开的纸片从同一高度自由下落（轻重相同而下落快慢不同）；
学生二：c、将一张纸片揉成一个纸团，把两张展开纸片粘在一起，与纸团从同一高度自由下落。

（物体轻但下落快）。

板书：1、结论1：物体下落过程的运动情况与物体的轻重（或质量）无关。

过渡：那是什么因素导致现实生活中的物体下落得有快有慢呢？是空气阻力的原因？在没有空气的空间里物体下落没有受到阻力的作用，它只受到重力的作用，物体下落情况又是怎样的呢？
（3）“牛顿管”实验：探究真空中不同物体的下落
（提示学生注意“听”和“看”）
板书：2、结论2：影响落体运动快慢的因素是空气阻力的作用，没有空气阻力时，只在重力作用下轻重不同的物体下落快慢相同。

☆自由落体运动概念引入
师：由于落体运动要受到空气阻力影响，要想研究落体运动就必须排除空气阻力，那么如果物体在下落过程中忽略空气阻力，物体的受力有什么特征呢？
自由落体运动
师生总结：
板书：3、（1）定义：物体仅在重力作用下，从静止开始下落的运动，叫自由落体运动。

师：自由落体运动的特点是怎样的？（提示学生从描述物体运动的物理量：位移、速度、加速度等方面概括）
师生互动得出：
（2）自由落体运动的特点是：①初速度为零；②只受重力作用（没有空气阻力或空气阻力可以忽略不计）说明：没有空气的空间在我们日常生活中一般是见不到的，这是一种理想的状态，在有空气的空间，如果空气阻力很小很小，物体下落也可以近似看成自由落体运动。

记录自由落体运动轨迹
☆实验与探究：P30 利用打点计时器探究自由落体运动的运动性质和规律
猜想与假设
师：对于运动问题，我们一般会关注哪两个物理量之间的关系呢？
生：一般我们最关注的是速度、位移随时间的变化规律。

师：下面我们一起来探究自由落体运动，而研究自由落体运动要从自由落体运动的轨迹开始研究。

首先，我们要模拟一个自由落体运动，可以让一重物从一定高度自由下落，大家可以猜想一下，认为自由落体运动的规律是什么呢？
生猜想：
师过渡：究竟哪个猜想才是正确的呢？我们必须要用实验来验证。

引问：
若要研究某种运动的规律时，我们可采用怎样的器材？
学生：利用打点计时器
☆组织学生分组实验：利用打点计时器记录重物的下落过程。

并跟学生讨论实验的注意事项。

附注意事项：
1、打点计时器安装要使两限位孔在同一竖直线上，以减少摩擦阻力；
2、应先开电源让打点计时器正常工作后，再松开纸带让重物下落；
3、手捏纸带松手之前，不要晃动，保证打出的第一个点清晰；
4、多打几条纸带，选取所打点迹清晰，呈一条直线的纸带进行研究。

师：由实验结果可知
1）轨迹——直线，运动方向——竖直向下；
2）变速——速度越来越大，自由落体运动是初速为零的加速直线运动（比较连续相等时间内的位移）师：自由落体运动是不是匀加速直线运动呢？
（4）引导思考讨论：
学生知道研究运动规律方法之一就是寻找位移与时间的关系，故可想到作s—t图象来分析推测自由落体的规律。

用图象处理实验数据：记起点为A，在纸带上找出清晰的六点分别标上B、C、D、E、F，自行设计表格，记录从A点到B、C、D、E、F、F所通过的位移所对应的运动时间。

研究自由落体运动测得的数据
根据测得的s、t的数据，作出以下两个图象
由上图右知，位移与时间可能成二次函数关系，但不能确定！再看下图可知s-t2成正比，
即自由落体运动是初速速为零的匀加速直线运动！
（三）课后总结：自由落体概念及特点；物体下落快慢与质量无关，且自由落体运动是初速速为零的匀加速直线运动！生活看到轻的物体下落得比重的物体快，是因为空气阻力对重的物体影响较大。

（四）、作业，完成创新设计P29—知能综合训练
高考理综物理模拟试卷
注意事项：
1. 答题前，考生先将自己的姓名、准考证号填写清楚，将条形码准确粘贴在考生信息条形码粘贴区。

2．选择题必须使用2B铅笔填涂；非选择题必须使用0.5毫米黑色字迹的签字笔书写，字体工整、笔迹清楚。

3．请按照题号顺序在各题目的答题区域内作答，超出答题区域书写的答案无效；在草稿纸、试题卷上答题无效。

4．保持卡面清洁，不要折叠，不要弄破、弄皱，不准使用涂改液、修正带、刮纸刀。

一、单项选择题
1．如图，倾角为的光滑斜面上存在着两个磁感应强度大小相同的匀强磁场，其方向一个垂直于斜面向上，一个垂直于斜面向下，它们的宽度均为L。

一个质量为m、边长也为L的正方形线框以速度进入上部磁场恰好做匀速运动，边在下部磁场运动过程中再次出现匀速运动。

重力加速度为g，则
A．在进入上部磁场过程中的电流方向为
B．当边刚越过边界时，线框的加速度为
C．当边进入下部磁场再次做匀速运动时．速度为
D．从边进入磁场到边进入下部磁场再次做匀速运动的过程中，减少的动能等于线框中产生的焦耳热
2．在选定正方向后,甲、乙两质点运动的x-t图象如图所示,则在0~时间内( )
A．甲质点做直线运动,乙质点做曲线运动
B．乙质点的速度先增大后减小
C．时刻两质点速度大小一定相等
D．0~时间内,甲质点的平均速度大于乙质点的平均速度
3．假设在宇宙中存在这样三个天体A、B、C，它们在一条直线上，天体A和天体B的高度为某值时，天体A和天体B就会以相同的角速度共同绕天体C运转，且天体A和天体B绕天体C运动的轨道都是圆轨道，如图3所示.则以下说法正确的是( )
A．天体A做圆周运动的加速度大于天体B做圆周运动的加速度
B．天体A做圆周运动的线速度小于天体B做圆周运动的线速度
C．天体A做圆周运动的向心力大于天体C对它的万有引力
D．天体A做圆周运动的向心力等于天体C对它的万有引力
4．据《科技日报》报道，2020年前我国将发射8颗海洋系列卫星，包括4颗海洋水色卫星、2颗海洋动力环境卫星和2颗海陆雷达卫星，以加强对黄岩岛、钓鱼岛及西沙群岛全部岛屿附近海域的监测。

设海陆雷达卫星绕地球做匀速圆周运动的轨道半径是海洋动力环境卫星的n倍，则在相同的时间内
A．海陆雷达卫星到地球球心的连线扫过的面积是海洋动力环境卫星的n倍
B．海陆雷达卫星和海洋动力环境卫星到地球球心的连线扫过的面积相等
C．海陆雷达卫星到地球球心的连线扫过的面积是海洋动力环境卫星的倍
D．海陆雷达卫星到地球球心的连线扫过的面积是海洋动力环境卫星的倍
5．如图所示，倾角为θ的斜面体c置于水平地面上，小物块b置于斜面上，通过细绳跨过光滑的定滑轮与沙漏a连接，连接b的一段细绳与斜面平行。

在a中的沙子缓慢流出的过程中，a、b、c都处于静止状态，下列说法错误的是( )
A．b对c的摩擦力可能始终增加 B．滑轮对绳的作用力方向始终不变
C．地面对c的支撑力始终变小 D．c对地面的摩擦力方向始终向右
6．如图所示，理想变压器原线圈的a、b两端加上某一交流电压（电压有效值保持不变），副线圈c、d两端所接灯泡L恰好正常发光。

此时滑动变阻器的滑片P于图示位置。

现将滑片P下移（导线电阻不计），则以下说法中正确的是
A．灯仍能正常发光，原线圈输入电流变小
B．灯不能正常发光，原线圈输入功率变大
C．灯不能正常发光，原线圈输入电压变大
D．灯仍能正常发光，原线圈输入功率不变
二、多项选择题
7．下列说法正确的是_____
A．悬浮在液体中的微粒越大，某一瞬间撞击它的液体分子数越多，布朗运动越明显
B．液体表面层分子间距离大于液体内部分子间距离，所以液体表面存在表面张力
C．分子平均速率大的物体的温度一定比分子平均速率小的物体的温度高
D．自然界中进行的涉及热现象的宏观过程都具有方向性
E. 外界对气体做功，气体的内能可能减小
8．下列说法正确的是___________
A．分子间的引力和斥力都随分子间的距离增大而减小
B．机械能能全部转化为内能，内能不能全部转化为机械能而不引起其他变化
C．如果物体从外界吸收了热量，则物体的内能一定增加
D．液体表面层分子间的距离大于液体内部分子间的距离，所以液体表面分子间的作用表现为相互吸引，即存在表面张力
E. 单位时间内气体分子对容器壁单位面积上碰撞次数增多，气体的压强一定增大
9．如图甲所示，理想变压器原、副线圈的匝数比，n1：n2=4：1，原线圈接图乙所示的正弦交流电，副线圈与理想电压表、理想电流表、热敏电阻R T(阻值随温度的升高而减小)及报警器P组成闭合电路，回路中电流增加到一定值时报警器P将发出警报声．则以下判断正确的是
A．变压器副线圈中交流电的频率为50 Hz
B．电压表示数为9V
C．R T处温度升高到一定值时，报警器P将会发出警报声
D．R T处温度升高时，变压器的输入功率变小
10．公路急转弯处通常是交通事故多发地带。

如图所示，某公路急转弯处是一圆弧，当汽车行驶的速率为vc时，汽车恰好没有向公路内外两侧滑动的趋势，则在该弯道处
A．路面外侧高内侧低
B．车速只要低于v c，车辆便会向内侧滑动
C．车速虽然高于v c，但只要不超出某一最高限度，车辆便不会向外侧滑动
D．当路面结冰时，与未结冰时相比，v c的值变小
三、实验题
11．如图所示，A、B为两块平行金属板，A板带正电荷、B板带负电荷．两板之间存在着匀强电场，两板间距为d、电势差为U，在B板上开有两个间距为L的小孔．C、D为两块同心半圆形金属板，圆心都在贴近B板的O′处，C带正电、D带负电．两板间的距离很近，两板末端的中心线正对着B板上的小孔，两板间的电场强度可认为大小处处相等，方向都指向O′.半圆形金属板两端与B板的间隙可忽略不计．现从正对B板小孔紧靠A板的O处由静止释放一个质量为m、电荷量为q的带正电的微粒(微粒的重力不计)，问：
(1)微粒穿过B板小孔时的速度多大？
(2)为了使微粒能在C、D板间运动而不碰板，C、D板间的电场强度大小应满足什么条件？
(3)从释放微粒开始，经过多长时间微粒通过半圆形金属板间的最低点P点？
12．为了研究物体的动能与物体的质量有怎样的关系，某实验小组设计了这样一个实验：装置如图所示，将质量不同的小球从光滑斜面上同一高度处由静止释放，小球到达水平面时，立即遇到一系列条形布帘阻挡，经过一定的位移x后停下。

因为布帘对小球的阻力恒定，所以每次小球克服阻力所作的功都与x成正比，他们记录了每次实验小球的质量m和小球的位移x，如下表所示：
m（kg）0.10 0.20 0.30 0.40 0.50
x（m）0.08 0.16 0.23 0.32 0.41
请回答下列问题：
(1)实验中，每次小球释放的高度总是相同的，这样做的目的是______________；
(2)在图中两出x-m图像_________________；
(3)根据图像可以得出x与m的数学表达式为：_________________，你认为决定图像的斜率大小的因素可能是___________________。

四、解答题
13．如图所示，在直角坐标系xoy的第一象限中有两个全等的直角三角形区域Ⅰ和Ⅱ，充满了方向均垂直纸面向里的匀强磁场，区域Ⅰ的磁感应强度大小为B0，区域Ⅱ的磁感应强度大小可调， C点坐标为（4L，3L），M点为OC的中点。

质量为m带电量为-q的粒子从C点以平行于y轴方向射入磁场Ⅱ中，速度大小为
，不计粒子所受重力，粒子运动轨迹与磁场区域相切时认为粒子能再次进入磁场。

（1）若粒子无法进入区域Ⅰ中，求区域Ⅱ磁感应强度大小范围；
（2）若粒子恰好不能从AC边射出，求区域Ⅱ磁感应强度大小；
（3）若粒子能到达M点，求区域Ⅱ磁场的磁感应强度大小的所有可能值。

14．如图所示，倾斜轨道底端用一小段圆弧与水平面平滑连接，上端与半径为R=0.5 m的圆管形轨道相切于P点，圆管顶端开口水平，距离水平面的高度为R。

质量为m=0.2 kg的小球B静止在斜面的底端。

另有质量相同的小球A以初速度v0=5 m/s沿水平面向右运动，并与小球B发生弹性碰撞，不考虑一切摩擦，重力加速度g取10 m/s2。

(1)求小球B被碰后的速度大小；
(2)求小球B到达圆管形轨道最高点时对轨道的压力大小和方向；
(3)若保持小球A的初速度不变，增加其质量，则小球B从轨道的最高点抛出后，求小球B的落地点到O 点的最远距离不会超过多少。

【参考答案】
一、单项选择题
题号 1 2 3 4 5 6
答案 C B D C C A
二、多项选择题
7．BDE
8．ABD
9．AC
10．AC
三、实验题
11．(1) (2) (3)
12．保证小球到达水平时的速度相同. 见解析. x=0.8m；布帘的粗糙或蔬密程度等. 四、解答题
13．（1）；（2）；（3）若粒子由区域Ⅰ达到M点，n=1时，；n=2时，；n=3时，；②若粒子由区域Ⅱ达到M点，n=0时，，n=1时，
14．(1) 5 m/s (2) 向上的压力，大小为4 N (3) 不会超过3 m
高考理综物理模拟试卷
注意事项：
1. 答题前，考生先将自己的姓名、准考证号填写清楚，将条形码准确粘贴在考生信息条形码粘贴区。

2．选择题必须使用2B铅笔填涂；非选择题必须使用0.5毫米黑色字迹的签字笔书写，字体工整、笔迹清楚。

3．请按照题号顺序在各题目的答题区域内作答，超出答题区域书写的答案无效；在草稿纸、试题卷上答题无效。

4．保持卡面清洁，不要折叠，不要弄破、弄皱，不准使用涂改液、修正带、刮纸刀。

一、单项选择题
1．在如图所示的电路中，电压表、电流表均为理想电表。

电源电动势为12V，内阻为1Ω，电动机线圈电阻为0.5Ω，开关闭合，电动机正常工作，电压表示数为10V，则
A．电源两端的电压为12V
B．电源的输出功率为24W
C．电动机消耗的电功率为80W
D．电动机所做机械功的功率为18W
2．下列说法正确的是
A．一个质点所受合外力恒为F，那么该质点一定做匀变速直线运动
B．一个质点所受合外力恒为F，那么该质点的动能一定增加
C．一个质点做直线运动，每通过相同的位移Δx，速度的增加量Δv也相同，则A＝>0且恒定，那么该质点的加速度a一定在增大
D．一个1 kg的质点，在恒定合外力F的作用下，产生的加速度为1 m/s2，那么F不一定等于1 N 3．1831年，法拉第在一次会议上展示了他发明的圆盘发电机（图甲）。

它是利用电磁感应原理制成的，是人类历史上第一台发电机。

图乙是这个圆盘发电机的示意图：铜盘安装在水平的铜轴上，它的边缘正好在两磁极之间，两块铜片C、D分别与转轴和铜盘的边缘良好接触。

使铜盘转动，电阻R中就有电流通过。

若所加磁场为匀强磁场，回路的总电阻恒定，从左往右看，铜盘沿顺时针方向匀速转动，CRD平面与铜盘平面垂直，下列说法正确的是（）
A．电阻R中没有电流流过
B．铜片C的电势高于铜片D的电势
C．保持铜盘不动，磁场变为方向垂直于铜盘的交变磁场，则铜盘中有电流产生
D．保持铜盘不动，磁场变为方向垂直于铜盘的交变磁场，则CRD回路中有电流产生
4．将篮球从同一位置斜向上抛出，其中有两次篮球垂直撞在竖直墙面上，如图所示。

不计空气阻力，则下列说法正确的是( )
A．从抛出到撞墙，第二次球在空中运动的时间较短
B．篮球两次抛出时速度的竖直分量第一次小于第二次
C．篮球两次撞墙的速度可能相等
D．抛出时的速度大小，第一次一定比第二次小
5．远距离输电装置如图所示，升压变压器和降压变压器均是理想变压器，输电线等效电阻为R。

下列说法正确的是
A．当开关由a改接为b时，电压表读数变大
B．当开关由a改接为b时，电流表读数变大
C．闭合开关后，电压表读数变大
D．闭合开关后，电流表读数变大
6．托卡马克（Tokamak）是一种复杂的环形装置，结构如图所示。

环心处有一欧姆线圈，四周是一个环形真空室，真空室外部排列着环向场线圈和极向场线圈。

当欧姆线圈中通以变化的电流时，在托卡马克的内部会产生巨大的涡旋电场，将真空室中的等离子体加速，从而达到较高的温度。

再通过其他方式的进一步加热，就可以达到核聚变的临界温度。

同时，环形真空室中的高温等离子体形成等离子体电流，与极向场线圈、环向场线圈共同产生磁场，在真空室区域形成闭合磁笼，将高温等离子体约束在真空室中，有利于
核聚变的进行。

已知真空室内等离子体中带电粒子的平均动能与等离子体的温度T成正比，下列说法正确的是
A．托卡马克装置中核聚变的原理和目前核电站中核反应的原理是相同的
B．极向场线圈和环向场线圈的主要作用是加热等离子体
C．欧姆线圈中通以恒定电流时，托卡马克装置中的等离子体将不能发生核聚变
D．为了约束温度为T的等离子体，所需要的磁感应强度B必须正比于温度T
二、多项选择题
7．如图所示，由两束单色光组成的复合光垂直半球形玻璃砖平面射入，在圆弧处发生折射与全反射，折射光为单色光b，则下列说法正确的是______．
A．两束单色光从空气进入玻璃中，频率均变小
B．光线c一定是a的全反射光线
C．该玻璃砖对单色光a的折射率比对单色光b的折射率大
D．单色光a在玻璃砖中的传播速度比单色光b在玻璃砖中传播速度小
E．让两束单色光分別通过同一双缝干涉实验装置，单色光a得到的干涉条纹间距小
8．下列说法正确的是________。

A．物体的内能是物体所有分子热运动的动能和分子间的势能之和
B．布朗运动就是液体分子或者气体分子的热运动
C．利用浅层海水和深层海水之间的温度差制造一种热机，将海水的一部分内能转化为机械能是可能的D．气体分子间距离减小时，分子间斥力增大、引力减小
E. 石墨和金刚石的物理性质不同，是由于组成它们的物质微粒排列结构不同
9．如图所示，两根足够长的光滑平行金属导轨固定在同一水平面内，两导轨间的距离为L。

导轨上面横放这两根导体棒ab和cd，构成矩形回路，导体棒ab的质量为2m，导体棒cd的质量为m，电阻皆为R，回路中其余部分的电阻可不计。

在整个导轨平面内都有竖直向上的匀强磁场，磁感应强度为B。

开始时，棒cd静止，给棒ab水平向右的初速度，若两导体棒在运动中始终不接触，则
A．在运动过程中回路产生的焦耳热最多是
B．两金属棒之间的距离先减小后增大
C．当ab棒的速度变为初速度的时，cd棒的加速度是
D．假如改成给棒ab水平向右的恒力F，则最终两金属棒都做匀速运动
10．奥运祥云火炬的燃烧系统由燃气罐(内有液态丙烷)、稳压装置和燃烧器三部分组成，当稳压阀打开以后，燃气以气态形式从气罐里出来，经过稳压阀后进入燃烧室进行燃烧．则以下说法中正确的是．A．燃气由液态变为气态的过程中要对外做功
B．燃气由液态变为气态的过程中分子的分子势能减少
C．燃气在燃烧室燃烧的过程是熵增加的过程
D．燃气在燃烧后释放在周围环境中的能量很容易被回收再利用
三、实验题
11．如图所示，小球被轻质细绳系住斜吊着放在静止的光滑斜面上，设小球质量为m，斜面倾角α=30°，细绳与竖直方向夹角θ=30°，斜面体的质量M=3m，置于粗糙水平面上．求：
（1）当斜面体静止时，细绳对小球拉力的大小？
（2）地面对斜面体的摩擦力的大小和方向？
（3）若地面对斜面体的最大静摩擦力等于地面对斜面体支持力的k倍，为了使整个系统始终处于静止状态，k值必须满足什么条件？
12．如图，一粗细均匀的等臂U形管竖直放置，其A端封闭有一定量的气体，B端开口与大气相通，两侧被水银柱隔开。

平衡时测得A内气柱的长度为30.0cm、两管内水银面的高度差为h＝10．0cm。

现从B端
开口处用活塞缓慢向下压气体，当活塞压下cm时，A、B两端水银面相平。

已知活塞与管密封良好，设整个过程温度保持不变。

求大气压强的值。