第4节　自由落体运动 课件

物理第二章匀变速直线运动的研究第4节自由落体运动[学习目标]1．知道自由落体运动的条件、性质和特点．(重点)2．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．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)01必备知识素养奠基02关键能力素养形成03分层演练素养达标知识点1自由落体运动1．亚里士多德的观点：物体下落得快慢是由它们的______决定的．2．伽利略的研究(1)归谬：伽利略从__________________的论断出发，通过逻辑推理，否定了他的论断．(2)猜想：自由落体运动是一种最简单的变速运动，它的速度应该是____________的．重量亚里士多德均匀变化3．自由落体运动(1)定义：物体只在______作用下从静止开始下落的运动．(2)运动性质：初速度为零的____________直线运动．重力匀加速[判一判]1．(1)初速度为0的下落运动就是自由落体运动．(

)(2)只在重力作用下的下落运动就是自由落体运动．(

)(3)空气中从静止释放的铁球的运动可以近似看作自由落体运动．(

)(4)伽利略研究自然规律的方法是猜想和假设，数学推理和科学实验相结合的方法．(

)×√×√[想一想](1)一学生将纸巾卷成筒状(长约9cm，上半部分可用剪刀剪成绒状)，手握纸筒放手后另一学生接住；再同样地将相同长度的糖罐放手后，让另一学生接住．通过实验发现，为什么能够轻松接住纸巾，而很难接住糖罐？你认为影响物体下落快慢的因素有哪些？(2)逻辑的力量，亚里士多德的困境，整体的速度是多少呢？提示：(1)根本原因是纸巾下落时受到的空气阻力大，下落得慢；影响物体下落快慢的因素有空气阻力和当地重力加速度．(2)伽利略利用逻辑推理的方法对亚里士多德的论断进行了推断，得出了相互矛盾的结论，使亚里士多德的理论陷入了困境．伽利略对落体现象提出了一种新的观点：重物与轻物下落得同样快．知识点2自由落体加速度1．定义：在同一地点，一切物体自由下落的加速度都______，这个加速度叫作自由落体加速度，也叫作__________________，通常用g表示．2．方向：总是____________．3．大小：在地球表面不同的地方，g的大小一般是不同的．一般的计算中，g取

____________，近似计算时，g取____________．相同重力加速度竖直向下9.8

m/s210

m/s2[判一判]2．(1)物体越重，重力加速度越大，下落得越快．(

)(2)重力加速度g是标量，只有大小，没有方向，通常计算中g取9.8m/s2.(

)(3)在地球上不同的地方，g的大小不同，但它们相差不是很大．(

)(4)在地球上同一地点同一高度，重的物体重力加速度大．(

)(5)在地球上的同一地方，离地面高度越大，重力加速度g越小．(

)×√××√gt2gh[判一判]3．(1)匀变速直线运动的所有规律对自由落体运动都适用．(

)(2)做自由落体运动的物体的速度与时间成正比．(

)√√1．(对自由落体运动的理解)关于自由落体运动，下列说法正确的是(

)A．物体竖直向下的运动就是自由落体运动B．加速度等于重力加速度的运动就是自由落体运动C．在自由落体运动过程中，不同质量的物体运动规律相同D．物体做自由落体运动位移与时间成反比√2．(对自由落体运动的理解)甲球的质量是乙球质量的5倍，两球从同一高度同时自由落下，下列说法正确的是(

)A．甲、乙都做自由落体运动，所以都不受任何外力作用B．甲、乙从同一高度自由落下，所以两球同时落地C．甲球质量大，所以甲的加速度比乙的加速度大D．甲球质量大，所以甲落到地面的速度也大√3．(物理学史)在物理学发展的过程中，许多物理学家的科学研究推动了人类文明的进程．在对以下几位物理学家所做科学贡献的叙述中或者研究方法中，正确的说法是(

)A．在对自由落体运动的研究中，伽利略猜想运动速度与下落时间成正比，并直接用实验进行了验证B．伟大的物理学家牛顿最先建立了速度、加速度等概念，并创造了一套科学研究方法C．在推导匀变速直线运动位移公式时，把整个运动过程划分成很多小段，每一小段近似看成匀速直线运动，然后把各小段的位移相加，物理学中把这种研究方法叫作“微元法”D．亚里士多德认为两个物体从同一高度自由落下，重物体与轻物体下落一样快√解析：伽利略猜想自由落体的运动速度与下落时间成正比，并未直接进行验证，而是验证了位移与时间的平方成正比，故A错误；伽利略是伟大的物理学家，他最先建立了速度、加速度等概念，并创造了一套科学研究方法，故B错误；在推导匀变速直线运动位移公式时，把整个运动过程划分成很多小段，每一小段近似看成匀速直线运动，然后把各小段的位移相加，物理学中把这种研究方法叫作“微元法”，故C正确；伽利略认为两个从同一高度自由落下的物体，重物体与轻物体下落一样快，故D错误．4．(自由落体运动规律的应用)(多选)在足球比赛开始之前，裁判员都会把双方球队的队长叫到一起，然后利用掷硬币的方法让双方球队的队长来挑选一侧的场地．若硬币从离地面高为h＝1.8m的空中自由下落，不计空气阻力，重力加速度g取10m/s2.下列说法正确的是(

)A．硬币落地时的速度大小为6m/sB．硬币在下落过程中的平均速度大小为6m/sC．硬币在最后0.1s内下落的位移大小为0.55mD．硬币在最后0.1s内下落的位移大小为0.25m√√探究一自由落体运动的理解和应用【情景导入】1.如图所示，在有空气的玻璃管中，金属片比羽毛下落得快，在抽掉空气的玻璃管中，金属片和羽毛下落快慢相同．(1)为什么物体下落快慢相同？(2)空气中的落体运动在什么条件下可看作自由落体运动？2．自由落体运动的运动性质是什么？根据你的猜测，如何用x－t图像、v－t图像表达自由落体运动？提示：1.(1)因为没有空气阻力(2)空气的阻力作用可以忽略2．自由落体运动是初速度为0的匀加速直线运动．其

x－t图像和v－t图像如图所示．1．自由落体运动的实质自由落体运动是初速度v0＝0，加速度a＝g的匀加速直线运动，它只是匀变速直线运动的特例．2．自由落体加速度——重力加速度产生原因由于地球上的物体受到地球的吸引而产生的大小与物体质量无关，与所处地球上的位置及距地面的高度有关，在一般的计算中，可以取g＝9.8m/s2或g＝10m/s2大小与纬度关系在地球表面上，重力加速度随纬度的增加而增大，在赤道处重力加速度最小，在两极处重力加速度最大，但差别很小与高度关系在地面上的同一地点，随高度的增加，重力加速度减小，在一般的高度内，可认为重力加速度的大小不变方向竖直向下．由于地球是一个球体，所以各处的重力加速度的方向是不同的3.匀变速直线运动与自由落体运动的规律比较【例1】近年来多次发生高空坠物造成人员伤亡的事件，于是就有人做了一个实验：在高为80m的楼房阳台上，自由释放一颗质量为50g的石子，问：(空气阻力不计，g取10m/s2)(1)石子经过多少时间落到地面？(2)石子落地的速度是多大？(3)石子最后1s内运动的位移大小是多少？【例2】雨后，屋檐还在不断滴着水滴，如图所示．小红认真观察后发现，这些水滴都是在质量积累到足够大时才由静止开始下落．她测得，屋檐到窗台的距离H＝3.2m，窗户的高度为h＝1.4m．如果g取10m/s2，试计算：(1)水滴下落到达窗台时的速度大小；(2)水滴经过窗户的时间．[针对训练1]

(2022·甘肃秦安一中期中)从离地面405m的空中自由下落一个小球，不计空气阻力，g取10m/s2.求：(1)小球落到地面所用的时间；(2)小球落地瞬间的速度大小．探究二实验：研究自由落体运动的规律

1．实验仪器——打点计时器(1)按如图所示连接好实验装置，让重锤做自由落体运动，与重锤相连的纸带上便会被打点计时器打出一系列点迹．(2)对纸带上计数点间的距离h进行测量，利用hn－hn－1＝gT2求出重力加速度的大小．2．实验步骤(1)把打点计时器竖直固定在铁架台上，连接好电源．(2)把纸带穿过两个限位孔，下端通过铁夹将重锤和纸带连接起来，让重锤靠近打点计时器．(3)用手捏住纸带上端，把纸带拉成竖直状态，先接通电源，再松开纸带让重锤自由下落，打点计时器在纸带上打下一系列的点．(4)重复几次，选取一条点迹清晰的纸带分析．(2)v－t图像法根据纸带，求出各时刻的瞬时速度，作出v－t图像，求出该v－t图像的斜率k，则k＝a.这种方法的优点是可以舍掉一些偶然误差较大的测量值，有效地减少偶然误差．4．注意事项(1)应选用质量和密度较大的重锤．增大重锤的重力可使阻力的影响相对减小．(2)打点计时器应竖直放置，以减小阻力．(3)重锤应从靠近打点计时器处释放，要先接通打点计时器的电源，再释放纸带．【例3】下图中甲、乙两图都是使用电磁打点计时器测量重力加速度g的装置示意图，已知该打点计时器的打点频率为50Hz.(1)甲、乙两图相比较，图________所示的装置更合理．(2)丙图是采用较合理的装置并按正确的实验步骤进行实验打出的一条纸带，其中打出的第一个点标为1，后面依次打下的一系列点迹分别标为2、3、4、5、…经测量，第15至第17点间的距离为11.70cm第1至第16点间距离为43.88cm，则打下第16个点时，重锤下落的速度大小为________m/s，测出的重力加速度g＝________m/s2.(要求保留3位有效数字)[针对训练2]某同学在暗室中用如图甲所示的装置做“研究水滴的自由落体运动和测定重力加速度”的实验．实验器材有：支架、漏斗、橡皮管、尖嘴玻璃管、螺丝夹子、接水铝盒、一把有荧光刻度的刻度尺、频闪仪．具体实验步骤如下：①在漏斗内盛满清水，旋松螺丝夹子，使水滴以一定的频率一滴滴地落下．②用频闪仪发出的白闪光将水滴流照亮，由大到小逐渐调节频闪仪的频率，当频闪仪闪光频率等于水滴滴落的频率时，看到空间有一串仿佛固定不动的水滴．③用竖直放置的刻度尺测得各个水滴所对应的刻度．④采集数据进行处理．(2)滴水法①如图，让水滴自水龙头滴下，在水龙头正下方放一个盘，调节水龙头，让水一滴一滴地滴下，并调节到使第一滴水碰到盘的瞬间，第二滴水正好从水龙头口开始下落，并且能依次持续下去；探究三竖直上抛运动的规律及应用定义物体具有竖直向上的初速度，只在重力作用下的运动运动性质先做竖直向上的匀减速运动，上升到最高点后，又开始做自由落体运动，整个过程中加速度始终为g重要特性作出竖直上抛运动的过程图，如图所示，结合图像分析，可知(1)对称性①时间对称性：对同一段距离，上升过程和下降过程时间相等，tAB＝tBA，tO

C＝tC

O；②速度对称性：上升过程和下降过程通过同一点时速度大小相等，方向相反.(2)多解性通过某一点对应两个时刻，即：物体可能处于上升阶段，也可能处于下降阶段【例4】气球下悬挂一重物，以v0＝10m/s匀速上升，当到达离地面h＝17