Свободное падение. Ускорение свободного падения

10 класс Тема урока: Свободное падение

Цели урока: 1) Ввести понятие о свободном падении тел и ускорении свободного падения;

2) распространить применение уравнения равноускоренного движения на свободное падение тел;

3) ознакомить учащихся с историей возникновения и сутью экспериментального метода познания.

Оборудование: трубка Ньютона, насос Комовского, картон, бумага, компьютер, мультимедийный проектор.

Ход урока

1.Оргмомент

2. Опрос (у доски 3 ученика по чертежам)

3. Изучение темы.

Одним из наиболее распространенных видов движения с постоянным ус­корением - свободное падение тел. 

Свободное падение - это движение тел только лишь под действием притяжения Земли ( под действием силы тяжести).

При падении тела на Землю из состояния покоя его скорость увеличивает­ся. Земля сообщает телам ускорение, которое направлено вниз вертикально.   

Долгое время считалось, что Земля сообщает разным телам различное уско­рение. И опыт вроде бы говорит о том же. (Сравните падение листа бумаги, скомканного листа бумаги, птичьего пера и камня.) Камень падает быстрее. Так считал Аристотель: чем тяжелее тело, тем быстрее оно падает. И только Галилею впервые удалось опытным путем доказать, что это не так. Важно учитывать сопротивление воздуха, именно оно искажает картину. Галилей установил, что свободное падение является равноускоренным дви­жением. Он догадался, что можно как бы «замедлить» свободное падение, изучая движение шаров по наклонному желобу. При этом он получил формулу. Галилей обнаружил, что шары одинакового диаметра, но изготовленные разного материала движутся по желобу с одинаковым ускорением . Данный факт демонстрируем на опыте (Виртуальные лабораторные уроки). Итак, ускорение свободно падающих тел не зависит от их массы. Для про­верки этой гипотезы Галилей по преданию наблюдал падение со знаменитой Пизанской башни различных тел: пушечного ядра и мушкетной пули. Все тела достигали поверхности практически одновременно. Впоследствии были созданы вакуумные насосы, которые позволили осу­ществить в откачанных трубках действительно свободное падение тел. 

Эксперимент 1 Трубка Ньютона: В стеклянной трубке помещается дробинка, кусочек пробки, пушинка и т.д. Если перевернуть трубку, то быстрее всего упадет дро­бинка, медленнее - пушинка. Если же выкачать из трубки воздух, то пушинка будет падать, не отставая от дробинки. - Почему во втором случае все тела падают одновременно? (Движение пушинки задерживалось сопротивлением воздуха, которое в меньшей степени сказывалось на движении дробинки.) 

При свободном падении все тела вблизи поверхности Земли независимо от их массы приобретают одинаковое ускорение, называемое ускорением свободного падения.
Условное обозначение ускорения свободного падения - g.

На поверхности Земли ускорение свободного падения (g) меняется в пре­делах от 9,78 м/с2 на экваторе до 9,83 м/с2 на полюсе. При решении многих задач можно принимать g вблизи поверхности Земли равным 9,8 м/с2 или даже более грубо 10 м/с2. При падении тел в воздухе на их движение влияет сопротивление воздуха. Поэтому ускорение тел в этом случае уже не равно g. При больших скоростях сопротивление воздуха существенно и его влиянием нельзя пренебречь.

Ускорение свободного падения всегда направлено к центру Земли и приблизительно равно : g = 9,81м/с2. 

Таким образом, в условиях Земли падение тел считается условно свободным, т.к. при падении тела в воздушной среде всегда возникает еще и сила сопротивления воздуха.

Идеальное свободное падение возможно лишь в вакууме, где нет силы сопротивления воздуха, и независимо от массы, плотности и формы все тела падают одинаково быстро, т. е. в любой момент времени тела имеют одинаковые мгновенные скорости и ускорения.

Движение тела по вертикали вниз

Движение тела по вертикали вверх

Составим таблицу

Вблизи поверхности Земли величина силы тяжести считается постоянной, поэтому свободное падение тела - это движение тела под действием постоянной силы. Следовательно, свободное падение - это равноускоренное движение.
Вектор силы тяжести и создаваемого ею ускорения свободного падения направлены всегда одинаково.

Все формулы для равноускоренного движения применимы для свободного падения тел.

Величина скорости при свободном падении тела в любой момент времени:

перемещение тела:

В этом случае вместо ускорения а, в формулы для равноускоренного движения вводится ускорение свободного падения g=9,8м/с2.

При идеальном свободном падении тело возвращается на Землю со скоростью, величина которой равна модулю начальной скорости.

Время падения тела равно времени движения вверх от момента броска до полной остановки в наивысшей точке полета.

Упражнения и вопросы для повторения 

 -  Что называется свободным падением тел? При каких условиях падение тел можно считать свободным? 

 -  Каким видом движения является свободное падение тел? 

 -  Зависит ли ускорение свободного падения тел от массы? 

 -  Как изменится ускорение падающего тела, если толкнем тело вниз, со­общив ему начальную скорость? 

 -  Напишите формулы, описывающие свободное падение тел. 

 -  С каким ускорением движется тело, брошенное вверх? Чему равно и как направлено это ускорение? 

 -  Чем объясняется то, что все тела, независимо от их массы, движутся как при падении, так и при движении тела, брошенного вертикально вверх, с одинаковым ускорением? 

 -  Учитывается ли сопротивление воздуха в полученных выше формулах, описывающих свободное падение и движение тела, брошенного верти­кально вверх? 

 -  Напишите формулы, описывающие движение тела, брошенного верти­кально вверх. 

4. Закрепление.

 Решение задач 

Задача 1 Тело падает с высоты 57,5 м. Сколько времени падает тело и какова его скорость при ударе о землю?

Задача 2 Стрела выпущена из лука вертикально вверх с начальной скоростью 30 м/с. На какую максимальную высоту поднимется стрела? 

Задача 3 Тело свободно падает с высоты 20 м над землей. Какова скорость тела в момент удара о землю? На какой высоте его скорость вдвое меньше?

5. Поразмыслим:

1)Как можно с помощью пустой консервной банки и секундомера измерить высоту дома?
2)Сколько времени падало тело свободно, если в момент падения его скорость равна 50м/с?
3)Тело упало с высоты 245м.Какой путь оно прошло в последнюю секунду падения?
4)Брошенный вертикально вверх камень достиг верхней точки на высоте 20м.
а)С какой начальной скоростью он был брошен?
б)Сколько времени камень был в полёте?
5)С какой высоты упало тело, если в последнюю секунду падения прошло 50м?
6)На какой высоте скорость тела, брошенного вертикально вверх со скоростью U0, уменьшится в 5 раз?

5. Дом/задание пар.15-16