第二章 第5节 自由落体运动-【高考领航】2023-2024学年高中物理必修第一册同步核心辅导与测评（教科版）

第5节　自由落体运动 1．了解伽利略对自由落体运动的研究方法。 2．知道自由落体运动概念，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。 1．物理观念：自由落体运动、重力加速度。 2．科学思维：演示法、实验法、公式法。 3．科学探究：伽利略对自由落体运动的研究方法。 4．科学态度与责任：运用自由落体运动的规律分析解决实际问题。　　　　　　　　　　　　　　　 　自由落体运动 1．定义：只在重力作用下，物体由静止开始下落的运动。 2．条件：空气阻力的影响很小而可以忽略的情况下，且下落高度不是很大。 　伽利略对落体运动规律的探究 1．问题提出：伽利略从亚里士多德的论断出发，通过逻辑推理，否定了他的论断，要找出落体运动具体遵循的规律。 2．提出猜想：自由落体运动是一种最简单的变速运动，它的速度应该是均匀变化的，即v∝t，得出自由落体运动应满足x∝t2的推论。 3．实验验证：先“转换变通”后“合理外推”，让小球从斜槽上滚下，先设定运动的路程，再测出运动时间，可以发现通过的距离之比等于时间的平方之比。 4．合理外推：当斜面的倾角逐渐加大到90°，小球就成为落体运动，小球的运动仍应当满足下落距离与时间的平方成正比的关系。 　自由落体运动的规律 1．性质：自由落体运动是初速度为零，加速度a恒定的匀加速直线运动。 2．速度、位移与时间的关系式：v＝at，x＝at2。 　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：在地球上其大小随地理纬度的增加而增大，在赤道上最小，两极处最大，一般计算中常取g＝9.8_m/s2或g＝10 m/s2。 [课前小练] 1．判断下列说法是否正确。 (1)在空气中自由释放的物体都做自由落体运动。(×) (2)自由释放的物体只在重力作用下一定做自由落体运动。(√) (3)自由落体加速度的方向垂直地面向下。(×) (4)伽利略通过实验的观察与计算，直接得到自由落体运动的规律。(×) (5)伽利略根据斜面实验结论进行合理的外推，得到自由落体运动的规律。(√) 2．生活在青藏高原的胡秃鹫﹐以动物骸骨为主要食物。由于无法直接吞下巨大的牛骨，聪明的胡秃鹫会叼起牛骨飞到山谷的上空，然后将牛骨从几十米的高空释放，高速运动的牛骨落到石头上摔成小块然后被吞食。设某次胡秃鹫将牛骨从高空由静止释放，牛骨落到石头上时的速度达到了30 m/s。若不考虑空气阻力，重力加速度g＝10 m/s2，则下列说法正确的是(　　) A．牛骨下落的高度为90 m B．牛骨下落的时间为4.5 s C．牛骨下落到总高度一半时的速度大小为15 m/s D．牛骨落到石头上前最后1 s内下落的高度为25 m 解析：D　牛骨做自由落体运动，牛骨下落的时间为t＝＝ s＝3 s，B错误；牛骨下落的高度为h＝gt2＝×10×32 m＝45 m，A错误；牛骨下落到总高度一半时的速度大小为v′＝＝ m/s＝15 m/s，C错误；牛骨前2 s下落的高度为h2＝gt＝×10×22 m＝20 m，牛骨落到石头上前最后1 s内下落的高度为45 m－20 m＝25 m，D正确。故选D。 　对自由落体运动的理解 [思考探究] (1)如图，让小钢珠和羽毛从玻璃管上方同时开始下落，图甲真空管和图乙有空气的玻璃管中它们的下落情况是怎样的？ (2)由图甲中的现象，你能得出什么结论？ (3)你认为图乙中小钢珠和羽毛下落的快慢不同的原因是什么？ 提示：(1)在真空管中，小钢珠和羽毛下落得一样快；在有空气的玻璃管中，小钢珠比羽毛下落得快。 (2)在真空中，轻的物体和重的物体下落得一样快。 (3)空气阻力对小钢珠与羽毛的影响不同。 [思维深化] 1．物体做自由落体运动的条件 (1)初速度为零。 (2)除重力之外不受其他力的作用。 2．自由落体运动的特点 (1)自由落体运动是一种理想化的运动模型。只有当空气阻力比重力小得多，可以忽略时，物体的下落才可以当作自由落体运动来处理。 (2)自由落体运动实质上是初速度v0＝0、加速度a＝g的匀加速直线运动，是匀变速直线运动的一个特例。 　关于自由落体运动，下列说法正确的是(　　) A．物体从静止开始下落的运动就是自由落体运动 B．如果空气阻力比重力小得多，空气阻力可以忽略不计，这时由静止开始下落的运动是自由落体运动 C．一个棉花团由静止开始下落的运动是自由落体运动 D．雨滴经过窗子的这段运动可以看作是自由落体运动 解析：B　自由落体运动是从静止开始、只在重力作用下的运动，A选项中没有明确物体只受重力作用，A错误；D选项中雨滴经过窗子的这段运动的初速度不为零，因而不