(讲义)第2章 第4节 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(人教版2019)

第4节　自由落体运动 学习任务 1．知道物体做自由落体运动的条件，知道自由落体运动是初速度为零的匀加速直线运动。 2．会探究自由落体运动规律和测定自由落体运动的加速度，知道重力加速度的大小和方向。 3．会运用自由落体运动的规律和特点解决有关问题。 4．了解伽利略研究自由落体运动的科学方法和探究过程。 　自由落体运动 1．亚里士多德的观点：物体下落的快慢跟它的轻重有关，重的物体下落得快。 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：重的物体与轻的物体应该下落得同样快。 3．自由落体运动 (1)定义：物体只在重力作用下从静止开始下落的运动。 (2)条件 (3)实际运动：物体下落时由于受空气阻力的作用，物体的下落不是自由落体运动；只有当空气阻力比较小，可以忽略时，物体的下落可以近似看作自由落体运动。 观察下列两幅图片，思考有关问题： 问题1　(1)伽利略的“比萨斜塔实验”：让重的铁球和轻的铁球同时下落，结果发现了什么现象？ 提示：两球几乎同时落地。 问题2　上述现象说明什么？ 提示：空气阻力对两个铁球的运动的影响可以忽略，两球下落可以看成自由落体运动。 问题3　小球的运动性质是什么？ 提示：初速度为零的匀加速直线运动。 问题4　宇航员在月球上的实验：铁球与羽毛同时由同一高度静止释放，同时落地。简单解释为什么。 提示：月球表面没有空气，铁球与羽毛都做自由落体运动。 1．物体做自由落体运动的两个条件 (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。实际上，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。如在空气中自由下落的石块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．运动特点：初速度为零、加速度为重力加速度g的匀加速直线运动，自由落体运动是匀变速直线运动的特例。 【典例1】　(多选)下列说法正确的是(　　) A．初速度为零、竖直向下的匀加速直线运动是自由落体运动 B．仅在重力作用下的运动叫作自由落体运动 C．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 D．当空气阻力可以忽略不计时，物体由静止开始自由下落的运动可视为自由落体运动 CD　[自由落体运动是物体只在重力作用下由静止开始下落的运动，选项A、B错误，C正确。当空气阻力比较小，可以忽略不计时，物体由静止开始自由下落的运动可视为自由落体运动，选项D正确。] [跟进训练] 1．关于自由落体运动，下列说法正确的是(　　) A．质量大的物体自由下落时的加速度大 B．从水平飞行的飞机上释放的物体将做自由落体运动 C．雨滴下落的运动是自由落体运动 D．从水龙头上滴落的水滴的下落运动，可以近似看成自由落体运动 D　[所有物体在同一地点的重力加速度相等，与物体质量的大小无关，选项A错误；从水平飞行的飞机上释放的物体，具有水平初速度，不是自由落体运动，选项B错误；雨滴下落时所受空气阻力与速度大小有关，速度增大时阻力增大，雨滴速度增大到一定值时，阻力与重力相比不可忽略，不能认为是自由落体运动，选项C错误；从水龙头上滴落的水滴所受的空气阻力与重力相比可忽略不计，可认为只受重力作用，选项D正确。] 　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：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。 跳伞运动是指跳伞员乘飞机、气球等航空器或其他器械升至高空后跳下，或者从陡峭的山顶、高地上跳下，并借助空气动力和降落伞在张开降落伞之前和开伞后完成各种规定动作。跳伞过程主要包括离机、自由坠落、开伞、降落和着陆。 问题1　两质量不同的跳伞运动员，做自由落体运动的加速度一样吗？ 提示：一样。 问题2　重力加速度的方向如何确定？ 提示：总是竖直向下。 问题3　在地球上的不同位置，自由落体加速度一定相同吗？ 提示：不相同。 1．自由落体加速度——重力加速度 产生原因 由于地球上的物体受到地球的吸引而产生 大小 与物体质量无关，与所处于地球上的位置及距地面的高度有关，在一般的计算中，可以取g＝9.8 m/s2或g＝10 m/s2 与纬度关系 在地球表面上，重力加速度随纬度的增加而增大，在赤道处重力加速度最小，在两极处重力加速度最大，但差别很小 与高度关系 在地面上的同一地点，随高度的增加，重力加速度减小，在一般的高度内，可认为重力加速度的大小不变