第2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（鲁科版）

第5节　自由落体运动 核心素养要求 核心素养呈现 1.知道自由落体运动的条件、性质和特点。 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。 　自由落体运动的特点和加速度 1．自由落体运动的特点 (1)定义：物体只在重力作用下从静止开始下落的运动。 (2)运动性质：初速度为零的匀加速直线运动。 2．自由落体运动的加速度 (1)定义：物体自由下落时具有的加速度源于物体所受的重力作用，称为重力加速度，通常用g表示。 (2)方向：总是竖直向下。 (3)大小：在地球上不同的地方，g的大小是不同的。一般的计算中，g取 9.8_m/s2，近似计算时，g取10_m/s2。 1．竖直下落的运动就是自由落体运动。( × ) 2．物体只在重力作用下的运动是自由落体运动。( × ) 3．高空雨滴下落的运动是自由落体运动。( × ) 4．屋檐滴下的水滴下落可视为自由落体运动。( √ ) 　自由落体运动的规律 1．速度公式：v＝gt。 2．位移公式：h＝gt2。 3．速度位移公式：v2＝2gh。 我们已经知道，自由落体运动是一种初速度为0，只受重力作用的运动。那么前面所学的匀变速直线运动的规律，还有哪些适用于自由落体运动。请举出一些！ 提示：平均速度公式，初速度为零的匀变速直线运动的比例式等均可用。 　伽利略对自由落体运动的研究 1．亚里士多德的观点：重物比轻物下落的快。 2．伽利略的研究 (1)归谬：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。 (2)猜想：自由落体运动是一种最简单的变速运动，它的速度应该是均匀变化的。 (3)数学推理：伽利略通过数学推理得出对于初速度为0的匀变速直线运动应有s∝t2。 (4)斜面实验：伽利略采用了间接验证的方法，让小球从斜面上的不同位置滚下，测出小球从不同起点滚动的位移s和所用时间t。观测是否保持不变；不断增大斜面的倾角，对于每一特定的倾角，如果小球从不同高度滚下时这个比值仍保持不变，则说明小球在斜面上运动是匀变速直线运动。 (5)合理外推：伽利略将斜面倾角外推到90°时的情况，小球的运动就成为自由下落，伽利略认为小球仍会做匀变速直线运动。 3．伽利略的科学方法：把实验和逻辑推理(包括数学演算)和谐地结合起来，从而发展了人类的科学思维方式和科学研究方法。 观察下列两幅图片： (1)伽利略在比萨斜塔上做过实验：让重的铁球和轻的铁球同时下落，发现两球几乎同时落地。简单说明原因。 (2)在月球上，铁球与羽毛同时由静止释放同时落地。简单说明原因。 提示：(1)忽略空气阻力的影响，两球都做自由落体运动，下落快慢与物体轻重无关。 (2)月球表面没有空气，铁球与羽毛都做自由落体运动。 　自由落体运动的理解 [思考探究] 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？ 提示：(1)真空中金属片与羽毛都做自由落体运动，下落快慢与物体轻重无关。 (2)空气的阻力作用可以忽略。 [思维深化] 1．自由落体运动的受力特点：自由落体运动是一种理想化的运动，物体在空气中的运动都要受到阻力的作用，但当自由下落的物体所受的空气阻力远小于物体的重力时，物体的运动可视为自由落体运动。 2．自由落体运动的运动特点 (1)在同一地方，一切物体在自由落体运动中的加速度都相同，即物体自由下落时速度变化的快慢都一样，平时看到轻重不同、密度不同的物体下落时的快慢不同，加速度也不同，那是因为它们受到的阻力不同。 (2)在地球表面上各处的重力加速度不同。重力加速度随纬度的增加而增大，赤道处的重力加速度最小。 (3)在地球表面上同一地点，重力加速度随高度的增加而减小，在一般的高度内，可认为重力加速度的大小不变。 (4)重力加速度的方向总是竖直向下。 　(多选)关于重力加速度的说法中正确的是(　　) A．重力加速度g是标量，只有大小没有方向，通常计算中g取9.8 m/s2 B．在地面上不同的地方，g的大小不同，但它们相差不是很大 C．在地球上同一地点，一切物体在自由落体运动中落至同一高度时的加速度都相同 D．重力加速度的方向总是垂直于地面 【解析】　重力加速度是矢量，方向竖直向下，而非垂直于地面；在地球表面，不同地方的重力加速度g的大小略有不同，但都在9.8 m/s2左右；在地球表面同一地点，同一高度，g的值都相同。 【答案】　BC (1)从赤道到两极，重力加速度逐渐增大。赤道处最小，约为9.780 m/s2；两极处最大，约为9.832 m/s2。 (2)随高度的增加，重力加