2.4 自由落体运动 课件 -2023-2024学年高一上学期物理粤教版（2019）必修第一册

第二章 匀变速直线运动 第四节 自由落体运动 物体由静止从某一高处下落的运动是一种常见的现象，如树叶从树上飘落下来，雨滴从空中落下来……你思考过这类现象吗？物体下落的运动有没有一定的规律可循呢？本节我们就一起经历对这种运动的探究之旅。 影响物体下落快慢的因素 在日常观察中，不同物体下落快慢是不同的。大多数人对落体运动都有这样的认识：重的物体比轻的物体下落快。例如，从树上落下的苹果就比飘下的树叶下落得快。但是，重的物体一定下落得快吗? 历史上，古希腊学者亚里士多德曾认为，重的物体下落快，轻的物体下落慢，并断言物体下落快慢是由它们的重量决定的，两千多年后，意大利的青年学者伽利略对亚里士多德的论断表示了怀疑。他认为，根据亚里士多德的论断，一块大石头的下落速度要比一块小石头的下落速度大。假定一块大石头的下落速度为 8，小石头的下落速度为 4，当我们把两块石头拴在一起时，大石头的下落速度会被小石头拖着而减慢，整个系统的下落速度应该小于 8；但两块石头拴在一起，总的重量比大石头的重量还要大，因此整个系统下落的速度要比8还大。这样，就从“重的物体比轻的物体落得快”的前提推断出互相矛盾的结论。伽利略由此推断，重的物体不会比轻的物体下落得快。下面我们通过实验进一步探究影响物体下落快慢的因素。 实验与探究 1.将面积相同的硬币和纸片同时从同一高度由静止释放。仔细观察，看看有什么发现。 2.按下表中的实验内容进行实验，看看有什么发现，并将实验现象以及对应的结论填入表格中。 实验内容 实验结果 结论 两张一样的纸，将其中一张搓成团，另一张铺平，从同一高度同时由静止开始释放 一张大纸和一张小纸，将小纸搓成团，大纸铺平，从同一高度同时由静止开始释放 搓成团的纸下落得快 小纸下落得快 纸片下落快慢与轻重无关 纸片下落快慢与轻重无关 从上面的实验结果可以初步看出：物体下落快慢与物体的轻重无关。 自由落体运动 观察与思考 如图所示，把形状和质量都不同的物体(如小金属片、小羽毛) 放入一端封闭、另一端有开关的牛顿管。在以下三种情况下，观察把牛顿管倒立过来后这些物体下落的快慢情况。 牛顿管内有空气。 (2) 牛顿管内的空气被抽出一些。 (3) 牛顿管内空气被全部抽出 (近似真空)。 牛顿管内物体的下落运动 影响物体下落快慢的因素可能是下落过程中受到空气的阻力。下面我们针对空气阻力因素来进行实验研究。 实验结果表明，牛顿管内有空气时，金属片和羽毛下落的快慢不同；被抽去部分空气时，它们下落的快慢比较接近，被抽去的空气越多，它们下落的快慢就越接近；当把牛顿管中空气全部抽去后，它们下落的快慢就完全相同了。 由此可见，影响下落物体运动快慢的因素是空气阻力的作用，没有空气阻力时，轻重不同的物体只受重力作用，下落的快慢相同。 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。这种运动只有在真空中才能发生，在有空气存在的空间里，如果空气阻力的作用较小，可以忽略不计，物体的下落可以看作自由落体运动。 自由落体运动的规律 通过前面的学习，我们知道自由落体运动是初速度为零的加速直线运动。遵循简单性原则，我们猜想：自由落体运动是一种简单的加速运动，即匀加速直线运动。下面我们就来检验这一猜想。 讨论与交流 如图所示是小球做自由落体运动的频闪照片，请根据照片提供的信息思考下列问题。 (1) 任意两个连续相等的时间里，小球下落的位移之差是否相同？是否验证了上述猜想？ 自由落体的频闪照片 (两次曝光的时间间隔为 s) 任意两个连续相等的时间里，小球下落的位移之差相同。 位移之比： 猜想正确 (2) 如果猜想正确，小球做自由落体运动的加速度是多少? 自由落体运动是一种初速度为零的匀加速直线运动。在同一地点，一切物体自由下落的加速度都相同，方向总是竖直向下的，这个加速度叫作自由落体加速度，也叫重力加速度，用符号 g 表示，它的大小可以用实验的方法来测定。精确的实验表明，在地球不同的纬度，g 的大小是不同的，赤道地区的 g 为9.780 m/s²，北京的g为9.801 m/s²。通常的计算可以把g取作9.8 m/s²，粗略计算可以把 g 取作 10 m/s²。下表列出了一些城市或地区的重力加速度。 一些城市或地区的重力加速度 由于自由落体运动是初速度为零、加速度为重力加速度的匀加速直线运动，因此匀变速直线运动的基本公式及其推论都适用于自由落体运动，只需把初速度v0取为零，并用g代替加速度a。自由落体运动的速度公式和位移公式可以写成 vt=gt s=gt² 例题：如图所示，椰子从距地面高度h为20 m的树上由静止落下。不计椰子下落时受到的空气阻力，取g=10 m/s。求椰子落地的时间和到达地面时的速度。 椰子树 分析：椰子下落过程是初速度为零的匀加速直线运动，忽略空气阻