2.4 自由落体运动-2023-2024学年高一元创物理提前学+强基础（人教版2019必修第一册）

4 自由落体运动 核心目标 1. 了解伽利略研究自由落体运动的实验和推理方法，认识伽利其研究在科学发展和人类进步上的重大意义。 2. 通过实验探究自由落体运动，知道物体做自由落体运动的条件、规律，了解重力加速度，掌握其大小、方向。 【阅读+理解】----提前学知识要点 问题 站在高层建筑物上，让轻重不同的两个物体从同一高度同时落下，你认为哪个物体下落得快？ 在教室内拿两张同样大小的纸，将其中一张揉成一个团。让纸团和另一张纸在同样的高度落下，看看哪一个下落得快？ 结合实验及生活中的经验，讨论：什么因素影响物体下落的快慢？ 1. 自由落体运动 物体下落的运动是司空见惯的，但人类对它的认识却经历了差不多两千年的时间。最早研究这个问题的，大概要算古希腊学者亚里士多德了。 平常人们观察到的事实是，一块石头比一片树叶落得快些……亚里士多德认为物体下落的快慢跟它的轻重有关，重的物体下落得快。他的这一论断符合人们的常识，以至于其后两千年的时间里，大家都奉为经典。   伽利略认为，根据亚里士多德“重的物体下落得快”的论断，会推出相互矛盾的结论。例如，假定一块大石头的下落速度为8，一块小石头的下落速度为4，当把两块石头捆在一起时，大石头会被小石头拖着而变慢，整个物体的下落速度应该小于8；但是，把两块石头捆在一起后，整个物体比大石头要重，因此整个物体下落的速度应该比8 还要大。 这种相互矛盾的结论，说明亚里士多德“重的物体下落得快”的看法是错误的。根据仔细的分析，伽利略认为物体下落的运动只有一种可能性：重的物体与轻的物体应该下落得同样快。 伽利略通过逻辑推理，首先指出亚里士多德对落体认识的问题，然后得出重物与轻物应该下落得同样 快的结论，最后用实验证实了自己的结论。伽利略这种 推理与实验相结合的方法，为物理学的研究奠定了基础。研究中所体现的批判精神是创新所必需的。 那么，轻重不同的物体下落的情况到底怎样？下面我们一起来做个比较精细的实验，仔细研究一下。 演示：轻重不同的物体下落快慢的研究 如图甲，一个两端封闭的玻璃管（也称牛顿管）， 其中一端有一个开关，玻璃管可以与外界相通。把质量不相同的铁片和羽毛放到玻璃管中，玻璃管竖直放置，让铁片和羽毛从玻璃管上方同时开始下落，观察物体下落的情况。 如图乙，把玻璃管里的空气抽出去，再次观察物体下落的情况。 由实验可以看到，将玻璃管里的空气抽出去后，没有了空气阻力的影响，轻的物体和重的物体下落得同样快。在现实生活中人们之所以看到物体下落的快慢不同，是因为空气阻力的影响。如果没有空气阻力，所有物体下落的快慢都一样。 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。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。 由上面的实验我们可以看到，自由落体运动是加速运动。那么，它的加速度在下落过程中是否变化呢？ 实验：研究自由落体运动的规律 如图，固定打点计时器，纸带一端系着重物，另一端穿过计时器。用手捏住纸带上端，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。仿照前面对小车运动的研究，测量重物下落的加速度。改变重物的质量，重复上面的实验。 2. 自由落体加速度  对不同物体进行的实验结果表明，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。 重力加速度的方向竖直向下，它的大小可以通过多种方法用实验测定。精确的实验发现，在地球表面不同的地方，g的大小一般是不同的。在赤道的海平面处g为9.780 m/s2，在北京g为9.801 m/s2。 在一般的计算中，g可以取9.8 m/ s2 或10 m/ s2。 下表列出了一些地点的重力加速度。 做一做：用手机测自由落体加速度 很多智能手机都有加速度传感器。安装能显示加速度情况的应用程序，会看到红、绿、蓝三条加速度图线，它们分别记录手机沿如下左图所示坐标轴方向的加速度变化情况。把手机放在水平桌面上，让手机在桌面上沿x轴或y轴方向平移一下，可以看到屏幕上加速度图像的红线或绿线出现一个波峰；把手机平放在手掌上，让手机在竖直方向移动一下，可以看到蓝色图线发生变化。蓝色图线记录手机竖直方向的加速度，测自由落体加速度，就是看蓝色图线。 用手托着手机，打开加速度传感器，手掌迅速向下运动，让手机脱离手掌而自由下落，然后接住手机，观察手机屏幕上加速度传感器的图像（如下右图）。从图中可以看到，蓝色图线有一小段时间的数值是－10 m/s2，这就是自由落体的加速度，方向向下。我们还能看到，自由落体之后有一个向上的波峰，这是用手接住手机时手机做减速运动的加速度，方向向上。 自由落体运动是初速度为0的匀加速直线运动，所以匀