第二章 第4节 自由落体运动-2022-2023学年高一新教材物理必修第一册【步步高】学习笔记（人教版）津鲁琼云晋皖黑吉桂贵粤辽渝鄂冀湘甘赣豫新青藏宁蒙陕

第4节　自由落体运动 学习目标要求 核心素养和关键能力 1.了解伽利略对自由落体运动的研究方法，领会伽利略的科学思想。 2.知道自由落体运动的概念，了解物体做自由落体运动的条件。 3.理解自由落体运动的加速度，知道它的大小和方向。 4.掌握自由落体运动规律，并能解决相关实际问题。 5.掌握竖直上抛运动的特点及分析方法。 1.科学思维 (1)了解伽利略利用斜面实验冲淡重力和合理的理论外推得出自由落体运动规律的方法和过程，提高学生探究物理问题的思维能力。 (2)会运用对称思维方法分析竖直上抛运动。 2.关键能力 理论推理能力，逆向思维能力。 一、自由落体运动 1.定义：物体只在重力作用下从静止开始下落的运动。 2.特点 (1)运动特点：初速度等于零。 (2)受力特点：只受重力作用。 这种运动只在真空中才能发生，在有空气的空间，如果空气阻力的作用比较小，可以忽略，物体的下落可以近似看作自由落体运动。 【判一判】 (1)物体从静止下落的运动是自由落体运动。(×) (2)只在重力作用下的运动是自由落体运动。(×) (3)空气中从静止释放的铁球的运动可以看作自由落体运动。(√) 二、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相同。这个加速度叫作自由落体加速度，也叫作重力加速度，通常用g表示。 2.方向：竖直向下。 3.大小 (1)g值随纬度升高而增大，随高度增加而减小。 (2)一般计算中g可以取9.8 m/s2或10 m/s2。 三、自由落体运动规律 自由落体运动是初速度为0的匀加速直线运动，把v0＝0和a＝g代入匀变速直线运动的公式可得 (1)速度与时间的关系式：v＝gt (2)位移与时间的关系式：x＝gt2 (3)速度与位移的关系式：v2＝2gx 探究1　自由落体运动和自由落体加速度 ■情境导入 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)为什么在抽掉空气的玻璃管中不同物体下落快慢相同？ (2)空气中的落体运动在什么条件下可看作自由落体运动？ 答案　(1)因为没有空气阻力　(2)空气的阻力作用可以忽略 ■归纳拓展 1.自由落体运动 (1)自由落体运动是一种理想模型。 (2)物体做自由落体运动的条件 ①初速度为零；②只受重力。 (3)运动特点：初速度为零，加速度为重力加速度g的匀加速直线运动。是匀变速直线运动的特例。 2.自由落体加速度(重力加速度) (1)方向：总是竖直向下，但不一定垂直地面； (2)大小：①在同一地点，重力加速度都相同。 ②地球上纬度不同的地点重力加速度不同，其大小随纬度的增加而增大，赤道上最小，两极处最大，但各处的重力加速度都接近9.8 m/s2，一般计算中g取9.8 m/s2或10 m/s2。 【例1】 (多选)下列说法正确的是(　　) A.初速度为零、加速度竖直向下的匀加速直线运动是自由落体运动 B.仅在重力作用下的运动叫作自由落体运动 C.物体只在重力作用下从静止开始下落的运动叫作自由落体运动 D.当空气阻力可以忽略不计时，物体由静止开始自由下落的运动可视为自由落体运动 答案　CD 解析　自由落体运动是物体只在重力作用下由静止开始下落的运动，选项A、B错误，C正确；当空气阻力比较小，可以忽略不计时，物体由静止开始自由下落的运动可视为自由落体运动，选项D正确。 探究2　探究自由落体加速度的大小 1.实验器材 打点计时器、纸带、复写纸、带铁夹的铁架台、几个质量不同的重物、夹子、交流电源、毫米刻度尺。 2.实验步骤 (1)按如图所示将打点计时器竖直固定在铁架台上，连接好电路。 (2)使纸带穿过两个限位孔，下端用夹子夹住连到重物上，让重物靠近打点计时器。 (3)用手捏住纸带上端把纸带拉成竖直状态，启动打点计时器，松手后重物自由下落，计时器在纸带上留下一串小点，重物落地后立刻关闭电源。 (4)改变重物的质量，重复几次上面的实验，选取一条点迹清晰的纸带进行处理。 3.数据处理 (1)用刻度尺测量打点计时器在纸带上打出的点之间的距离。 (2)用vn＝求出各点的速度，作v－t图像，图像应为一条过原点的倾斜直线。 (3)根据v－t图像的斜率求加速度或根据Δx＝aT2计算加速度。 4.实验结论 自由落体运动是初速度为零、加速度恒定(约为9.8 m/s2，与物体的质量无关)的匀加速直线运动。 【例2】 (2020·江苏省梅村高级中学月考)某同学用如图甲所示的装置测量自由落体加速度g，得到如图乙所示的一段纸带： 甲 乙 (1)该实验使用电火花计时器，对于其使用的电源，下列说法正确的是________； A.可以使用两节干电池对其供电 B.8 V左右的交流电源 C.220 V的交流电源 D.220 V的直流电源 (2)关于该实验的操作，