(讲义)第2章 5.自由落体运动-【提分教练】2023-2024学年新教材高中物理必修第一册(教科版2019)

5．自由落体运动 1．知道物体做自由落体运动的条件，知道自由落体是初速度为零的匀加速直线运动． 2．掌握自由落体加速度． 3．能够运用自由落体运动的规律和特点解决有关问题． 4．会通过实验探究自由落体运动的规律，会利用打点计时器测自由落体加速度． 一、自由落体运动 1．亚里士多德观点：重的物体比轻的物体下落得快． 2．自由落体运动的定义：只在重力作用下，物体由静止开始下落的运动． 3．自由落体运动的特点： (1)受力特点：只受重力作用． (2)物体下落可看作自由落体运动的条件：在实际中物体下落时由于受空气阻力的作用，物体并不是做自由落体运动，只有当空气影响很小可以忽略的情况下，且下落高度不是很大，则可以近似地看作自由落体运动． 二、伽利略对自由落体运动的研究 1．问题提出 不仅要推翻亚里士多德的观点，更重要的是要找出落体运动具体遵循的规律． 2．提出猜想 伽利略提出一个大胆的猜想：物体下落的过程是一个速度随时间均匀增大的过程，其速度与时间成正比，即v∝t.在此基础上通过构造几何图形进行推理，伽利略得出自由落体运动应满足x∝t2的推论． 3．实验验证 伽利略让铜球在近似光滑的斜槽上不同位置由静止滚下，测出小球从不同起点滚动的位移x和所用的时间t.验证了运动距离与时间平方成正比．证实了斜面上滚下的小球速度与时间成正比的猜想． 4．合理外推 将斜面倾角外推到θ＝90°情况——小球自由下落，小球仍会做匀加速运动，从而得到了自由落体运动的规律． 三、自由落体运动的规律 (1)性质：初速度等于零的匀加速直线运动． (2)基本公式 速度公式v＝gt． 位移公式x＝gt2. 四、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)在地球上的同一地点：一切物体自由下落的加速度都相同． (2)在地球上不同的地点，g的大小一般是B(A．相同　 B．不同)的，g值随纬度的增大而逐渐增大． (3)一般取值：g＝9.8_m/s2或g＝10_m/s2． 1．思考判断(正确的打“√”，错误的打“×”) (1)只在重力作用下的下落运动就是自由落体运动． (×) (2)物体越重，重力加速度越大，下落得越快． (×) (3)理想斜面实验是通过“合理外推”得出自由落体运动的规律的，并没有直接验证自由落体运动的规律． (√) (4)重力加速度的方向总是垂直地面向下． (×) (5)物体在月球上做自由落体运动的重力加速度也是9.8 m/s2. (×) 2．(多选)一个铁钉和一团棉花同时从同一高处下落，总是铁钉先落地，这是因为(　　) A．铁钉比棉花团重 B．棉花团受到的空气阻力不能忽略 C．棉花团的加速度比重力加速度小 D．铁钉的重力加速度比棉花团的重力加速度大 BC　[铁钉下落快，原因是棉花团受到的空气阻力相对其重力不能忽略，导致加速度比铁钉的加速度小，与各自的重力无关，故B、C正确，A错误；两者的重力加速度与质量无关，同一地点物体的重力加速度相同，故D错误．] 3．下列哪位科学家首先采用了实验检验猜想和假设的科学方法，把实验和逻辑推理和谐地结合起来，从而有力地推动了人类科学的发展(　　) A．亚里士多德　　　　 B．伽利略 C．牛顿 D．爱因斯坦 B　[在物理学发展史上，伽利略把实验和逻辑推理和谐地结合起来，有力地推动了人类科学的发展，故B正确．] 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)因为没有空气阻力． (2)空气阻力作用可以忽略． 考点1　自由落体运动的研究及规律 1．对自由落体运动的理解 (1)自由落体运动的条件： ①运动条件：初速度为零． ②受力条件：除重力外不受其他力的作用． (2)自由落体运动是一种理想化模型 ①这种模型忽略了次要因素——空气阻力，突出了主要因素——重力．实际中，物体下落时由于受空气阻力的作用，并不做自由落体运动． ②当空气阻力远小于重力时，物体由静止开始的下落可看作自由落体运动．如在空气中石块的自由下落可看作自由落体运动，空气中羽毛的下落不能看作自由落体运动． (3)自由落体运动的图像：自由落体运动的v­t图像(如图所示)是一条过原点的倾斜直线，斜率k＝g. 2．研究自由落体运动的方法 (1)利用打点计时器进行研究． (2)利用频闪照片进行研究． 3．自由落体运动的重要推论 (1)整个自由落体运动的平均速度等于末速度v的一半，也等于中间时刻的瞬时速度v，即＝＝v． (2)在连续相等的时间(T)内位移之差为一恒定值，即Δh＝gT2. (3)自由落