第2章 第5节 自由落体运动-2021-2022学年新教材高中物理必修第一册【金版新学案】配套教师用书（鲁科版）

第5节　自由落体运动 核心素养 知识导图 物理观念 知道自由落体运动特点及自由落体加速度的概念。 科学思维 通过自由落体运动模型的建构，体会伽利略对自由落体运动的研究方法，领悟伽利略的科学思想。 科学探究 利用所给的实验器材自主设计、合作完成对自由落体运动规律的探究。 科学态度与责任 能结合近代实验科学产生的背景，初步认识实验对物理学发展的推动作用；培养实事求是的精神，与他人合作的意愿。 一、自由落体运动的特点 1．实验探究——牛顿管实验 (1)当玻璃管内有空气时，纸片比硬币下落慢得多。 (2)抽去玻璃管内部分空气，还是纸片比硬币下落得慢，但落地时间相差变小。 (3)继续抽取玻璃管内的空气，使其接近真空，纸片与硬币下落的快慢几乎一样。 2．自由落体运动 定义 物体只在重力作用下从静止开始下落的运动 条件 (1)初速度为零；(2)只受重力作用 性质 自由落体运动是初速度为零的匀加速直线运动 二、自由落体运动的加速度 1．自由落体加速度 (1)定义：物体自由下落时具有源于物体所受的重力作用的加速度，也称为重力加速度，用字母g表示。 (2)方向：地球上重力加速度的方向总是竖直向下。 (3)大小： ①在地球上同一地点，一切物体自由下落的加速度都相同。 ②一般的计算中，g通常取9.8 m/s2，在估算时，g还可以取10 m/s2。 ③随着纬度升高，重力加速度增大，而同一地区高度越大，重力加速度越小，但变化都不大。 2．自由落体运动的公式 (1)自由落体的特点：v0＝0，a＝g。 (2)速度公式：vt＝gt。 (3)位移公式：h＝gt2。 三、自由落体运动规律探索的回眸 1．伽利略的贡献 (1)从逻辑推理上否定了亚里士多德关于重物体下落得快、轻物体下落得慢的论断。 (2)提出了“自由落体运动是一种最简单的变速运动——匀变速直线运动”的猜想。 (3)在当时的实验条件下测量短时间是有困难的，伽利略采用了间接验证的方法：运用数学推导的方法得出初速度为零的匀变速直线运动应有s∝t2。 2．斜面实验 (1)从静止开始下落的运动都可看成自由落体运动。(×) (2)钢球在空中由静止开始自由下落可看成自由落体运动。(√) (3)质量大的物体下落时一定能看成自由落体运动。(×) (4)物体只在重力作用下的下落运动就是自由落体运动。(×) (5)自由落体运动是匀加速直线运动。(√) (6)在同一地点，质量不同的物体，重力加速度不相同。(×) 　自由落体运动是一种理想化模型，这种模型忽略了次要因素——空气阻力，突出了主要因素——重力。实际上，物体下落时当空气阻力远小于重力时，物体由静止开始的下落可看做自由落体运动。但如图中的运动员打开降落伞下落时，受到的空气阻力不能忽略，不能看作自由落体运动。 　同一地点重力加速度g的大小是相同的，在地球的不同地方，g的值略有不同。如果没有特别说明一般按9.8 m/s2计算。而且不能认为g的方向指向地心，只有在赤道上或两极处才指向地心。 　伽利略对自由落体运动的研究是科学实验和逻辑思维的完美结合，将落体实验转化为著名的沿斜面运动的实验，合理外推自由落体运动的规律。 伽利略通过数学运算得到结论：如果物体的初速度为零，而且速度随时间的变化是均匀的，那么它通过的位移与所用的时间的二次方成正比。从而否定了亚里士多德“重的物体下落快”的观点。 探究点一　对自由落体运动的理解 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。讨论下列问题： (1)为什么物体下落快慢相同？ 提示：因为没有空气阻力 (2)空气中的落体运动在什么条件下可看作自由落体运动？ 提示：　空气的阻力作用可以忽略 1．自由落体运动是一种理想化模型 在空气中，物体的运动都是要受阻力的，所以空气中不存在真正的自由落体运动。但在空气阻力很小的情况下，可以近似看为自由落体运动。所以自由落体运动是一种理想化模型。 (1)这种模型忽略了次要因素空气阻力，突出了主要因素重力。实际上，物体下落时由于受空气阻力的作用，并不做自由落体运动。 (2)如果空气阻力的作用比较小，可以忽略，物体的下落也可以近似看做自由落体运动。如在空气中自由下落的石块的运动可看做自由落体运动。 2．自由落体运动的实质 初速度为零，加速度a＝g的匀加速直线运动。 3．运动图像 自由落体运动的v ­t图像是一条过原点的倾斜直线，斜率k＝g。 [特别提醒]　物体在其他星球上也可以做自由落体运动，但下落的加速度与在地球表面下落的加速度不同。 关于自由落体运动，下列说法中正确的是(　　) A．质量大的物体自由下落时的加速度大 B．从水平飞行的飞机上释放的物体将做自由落体运动 C．雨滴下落的过程是自由落体运动 D．从水龙头上滴