第2章 第5节 自由落体运动（课件PPT）-【优化指导】2024-2025学年新教材高中物理必修第一册（鲁科版2019）

第二章 匀变速直线运动 第5节　自由落体运动 返回导航 高中物理　必修 第一册（L） 第二章 匀变速直线运动 返回导航 高中物理　必修 第一册（L） 第二章 匀变速直线运动 栏目索引 课前 自主学习 课堂 互动探究 课堂 达标训练 课前 自主学习 重力 静止 初速度 重力 匀加速直线 返回导航 高中物理　必修 第一册（L） 第二章 匀变速直线运动 × × √ 返回导航 高中物理　必修 第一册（L） 第二章 匀变速直线运动 自由下落 竖直向下 9.8 m/s2 10 m/s2 返回导航 高中物理　必修 第一册（L） 第二章 匀变速直线运动 gt 2gh 返回导航 高中物理　必修 第一册（L） 第二章 匀变速直线运动 × × √ 返回导航 高中物理　必修 第一册（L） 第二章 匀变速直线运动 重量 均匀变化 返回导航 高中物理　必修 第一册（L） 第二章 匀变速直线运动 s∝t2 匀加速直线 相同 90° 返回导航 高中物理　必修 第一册（L） 第二章 匀变速直线运动 × × √ 返回导航 高中物理　必修 第一册（L） 第二章 匀变速直线运动 课堂 互动探究 返回导航 高中物理　必修 第一册（L） 第二章 匀变速直线运动 返回导航 高中物理　必修 第一册（L） 第二章 匀变速直线运动 返回导航 高中物理　必修 第一册（L） 第二章 匀变速直线运动 返回导航 高中物理　必修 第一册（L） 第二章 匀变速直线运动 返回导航 高中物理　必修 第一册（L） 第二章 匀变速直线运动 返回导航 高中物理　必修 第一册（L） 第二章 匀变速直线运动 返回导航 高中物理　必修 第一册（L） 第二章 匀变速直线运动 返回导航 高中物理　必修 第一册（L） 第二章 匀变速直线运动 返回导航 高中物理　必修 第一册（L） 第二章 匀变速直线运动 返回导航 高中物理　必修 第一册（L） 第二章 匀变速直线运动 返回导航 高中物理　必修 第一册（L） 第二章 匀变速直线运动 返回导航 高中物理　必修 第一册（L） 第二章 匀变速直线运动 返回导航 高中物理　必修 第一册（L） 第二章 匀变速直线运动 返回导航 高中物理　必修 第一册（L） 第二章 匀变速直线运动 返回导航 高中物理　必修 第一册（L） 第二章 匀变速直线运动 返回导航 高中物理　必修 第一册（L） 第二章 匀变速直线运动 返回导航 高中物理　必修 第一册（L） 第二章 匀变速直线运动 返回导航 高中物理　必修 第一册（L） 第二章 匀变速直线运动 返回导航 高中物理　必修 第一册（L） 第二章 匀变速直线运动 返回导航 高中物理　必修 第一册（L） 第二章 匀变速直线运动 返回导航 高中物理　必修 第一册（L） 第二章 匀变速直线运动 返回导航 高中物理　必修 第一册（L） 第二章 匀变速直线运动 返回导航 高中物理　必修 第一册（L） 第二章 匀变速直线运动 返回导航 高中物理　必修 第一册（L） 第二章 匀变速直线运动 返回导航 高中物理　必修 第一册（L） 第二章 匀变速直线运动 返回导航 高中物理　必修 第一册（L） 第二章 匀变速直线运动 返回导航 高中物理　必修 第一册（L） 第二章 匀变速直线运动 返回导航 高中物理　必修 第一册（L） 第二章 匀变速直线运动 课堂 达标训练 返回导航 高中物理　必修 第一册（L） 第二章 匀变速直线运动 返回导航 高中物理　必修 第一册（L） 第二章 匀变速直线运动 返回导航 高中物理　必修 第一册（L） 第二章 匀变速直线运动 返回导航 高中物理　必修 第一册（L） 第二章 匀变速直线运动 返回导航 高中物理　必修 第一册（L） 第二章 匀变速直线运动 返回导航 高中物理　必修 第一册（L） 第二章 匀变速直线运动 返回导航 高中物理　必修 第一册（L） 第二章 匀变速直线运动 返回导航 高中物理　必修 第一册（L） 第二章 匀变速直线运动 谢谢观看！ 核心素养 物理观念 科学思维 科学探究 科学态度与责任 1.知道自由落体运动的条件、特点、性质． 2．知道自由落体运动是匀变速直线运动，知道重力加速度． 1.通过自由落体运动模型的建构， 体会基于事实证据和科学推理对不同观点和结论进行质疑、 分析和判断的科学研 1.通过实验测量自由落体加速度的大小及落体运动的规律． 在实验中，养成实事求是的科学态度，且有与他人合作的意愿；增强运动规律服务生产生活的意识． 核心素养 物理观念 科学思维 科学探究 科学态度与责任 3．了解伽利略研究自由落体运动的实验和推理方法， 了解亚里士多德关于力与运动的主要观点． 究方法， 领悟伽利略的科学思想． 2．掌握自由落体运动的规律，并能解决相关实际问题． 2．利用自由落体运动规律测量人的反应时间． 知道实验器材的改进能促进人类的认知发展． 知识点一 自由落体运动的特点 1．定义：物体只在____作用下从____开始下落的运动． 2．条件：(1)______为零；(2)只受____作用． 3．性质：自由落体运动是初速度为零的__________运动． 1．物体从静止下落的运动是自由落体运动．(　 　) 2．只在重力作用下的运动是自由落体运动．(　 　) 3．空气中从静止释放的铁球的运动可以看作自由落体运动．(　 　) 知识点二 自由落体运动的加速度 1.重力加速度 (1)定义：物体________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，用字母g表示． (2)方向：地球上重力加速度的方向总是________． (3)大小 在地球上不同地点的重力加速度大小有差异，一般的计算中，g通常取______________，在粗略计算时，g还可以取____________． 2．自由落体运动的公式 (1)自由落体的特点：v0＝0，a＝g. (2)速度公式：v＝____． (3)位移公式：h＝_______． (4)速度—位移关系式：v2＝______． eq \f(1,2) gt2 1．在同一地点，质量不同的物体，重力加速度不相同．(　 　) 2．重力加速度的方向总是垂直地面向下的．(　 　) 3．重力加速度的大小与物体的质量无关．(　 　) 知识点三 自由落体运动规律探索回眸 1.亚里士多德的观点：物体下落的快慢是由它们的____决定的． 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________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__________． (4)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. 结果表明：小球沿斜面滚下的运动的确是__________运动，只要斜面的倾角一定，小球的加速度都是____的．增大斜面的倾角，小球的加速度随斜面倾角的增大而变大． (5)合理外推：伽利略将斜面倾角外推到______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． 1．最早对自由落体运动进行科学的研究，否定了亚里士多德错误论断的科学家是牛顿．(　 　) 2．亚里士多德的观点是：重物、轻物下落得一样快．(　 　) 3．伽利略通过实验证明了，只要斜面的倾角一定，小球自由滚下的加速度是相同的．(　 　) 探究点一　自由落体运动的特点　(运动观念之形成) ►情境探究 树上挂着熟透了的苹果掉了下来．从现象看自由落体运动的轨迹如何？初速度是多少？速度如何变化？它是什么运动？ 提示：竖直下落．开始时静止，速度越来越快．匀加速直线运动． ►探究归纳 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．自由落体运动的实质 自由落体运动是初速度v0＝0、加速度a＝g的匀加速直线运动，它只是匀变速直线运动的特例． 3．对重力加速度的理解 (1)产生原因：由于地球上的物体受到地球的吸引力而产生的． (2)大小：与地球上的位置及距地面的高度有关．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．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． (3)重力加速度的方向总是竖直向下． ►对点例练 关于重力加速度的说法，正确的是(　　) A．在比萨斜塔同时由静止释放一大一小两个金属球，二者同时着地，说明二者运动的加速度相同，这个加速度就是当地的重力加速度 B．地球上各处的重力加速度g值都相同 C．济南的重力加速度为9.8 m/s2，说明在济南做下落运动的物体，每经过1 s速度增加9.8 m/s D．黑龙江和广州的重力加速度都竖直向下，两者的方向相同 A　解析：在比萨斜塔释放的金属球，受到的空气阻力远小于球的重力，可以认为金属球做自由落体运动，故球运动的加速度为当地重力加速度，所以二者的加速度相同，A正确；地球上各处的重力加速度的大小一般不同，方向也不同，故B、D错误；在济南下落的物体不一定做自由落体运动，其加速度也不一定等于重力加速度，故C错误． [训练1] (2021·内蒙古包头高一期末)关于自由落体运动，下列说法正确的是(　　) A．物体的质量越大，下落时加速度就越大 B．在地表附近同一地点，轻重不同的物体速度的变化率相同 C．在任意位置，任意相等时间内速度变化量相等 D．初速度为0加速度大小为9.8 m/s2的匀变速直线运动是自由落体运动 B　解析：自由落体运动是忽略空气阻力的运动，无论质量是大是小，下落时加速度都是g，A错误；在地表附近同一地点，轻重不同的物体重力加速度的值是相同的，则轻重不同的物体速度的变化率相同，B正确；在任意位置，物体的重力加速度不一样，所以任意相等时间内速度变化量不相等，C错误；自由落体运动是初速度为0加速度大小为g方向竖直向下的匀变速直线运动，D错误．故选B． 探究点二　自由落体运动的规律　(运动观念之形成) ►情境探究 一个简单的方法，可以测量悬崖、楼房、井深等的高度．如图所示，将石块从井口由静止释放，2 s末听到了石块落水的声音．想一想这种测量高度的原理是什么？ 提示：石块从悬崖落下做自由落体运动，通过频闪照相可以测出时间t，由h＝ eq \f(1,2) gt2，便可求出悬崖的高度． ►探究归纳 1．自由落体运动的基本规律 匀变速直线运动 自由落体运动 速度公式 vt＝v0＋at v＝gt 位移公式 s＝v0t＋ eq \f(1,2) at2 h＝ eq \f(1,2) gt2 速度—位移关系式 v t eq \o\al(\s\up1(2),\s\do1()) －v0 eq \o\al(\s\up1(2),\s\do1()) ＝2as v2＝2gh 2.自由落体运动的几个推论 匀变速直线运动 自由落体运动 中间时刻的速度 v＝ eq \o(v,\s\up6(－)) ＝ eq \f(v0＋vt,2) v＝ eq \o(v,\s\up6(－)) ＝ eq \f(vt,2) ＝ eq \f(gt,2) 中间位置的速度 v＝ eq \o\al(\s\up1(2),\s\do1()) eq \r(\f(v0＋v t eq \o\al(\s\up1(2),\s\do1()) ,2)) v＝ eq \o\al(\s\up1(2),\s\do1()) eq \r(\f(v t ,2)) ＝ eq \f(\r(2),2) gt 位移差公式 Δs＝aT2 Δh＝gT2 3.自由落体运动的几个比例(初速度为零的匀加速直线运动均适用) (1)按时间等分(设相等的时间间隔为T)，则 ①T末、2T末、3T末、…、nT末的瞬时速度之比 v1∶v2∶v3∶…∶vn＝1∶2∶3∶…∶n. ②T内、2T内、3T内、…、nT内的位移之比 s1∶s2∶s3∶…∶sn＝12∶22∶32∶…∶n2. ③第一个T内、第二个T内、第三个T内、…、第n个T内的位移之比 s1′∶s2′∶s3′∶…∶sn′＝1∶3∶5∶…∶(2n－1). (2)按位移等分(设相等的位移为s)的比例式 ①通过前s、前2s、前3s、…、前ns的位移时的瞬时速度之比 v1∶v2∶v3∶…∶vn＝1∶ eq \r(2) ∶ eq \r(3) ∶…∶ eq \r(n) . ②通过前s、前2s、前3s、…、前ns的位移所用时间之比 t1∶t2∶t3∶…∶tn＝1∶ eq \r(2) ∶ eq \r(3) ∶…∶ eq \r(n) . ③通过连续相同的位移所用时间之比 t1′∶t2′∶t3′∶…∶tn′＝1∶( eq \r(2) －1)∶( eq \r(3) － eq \r(2) )∶…∶( eq \r(n) － eq \r(n－1) ). ►对点例练 (2021·浙江高一期中)据媒体报道，从某大厦28楼窗口落下半块砖头，竟将停在楼下的一辆轿车车顶砸了个口，幸好车内无人，否则后果更加严重．假定此砖头可看作质点，它是从距车顶80 m高处由静止开始落下，且空气阻力忽略不计，g取10 m/s2.求： (1)砖头在空中的运动时间； (2)砖头砸到车上时的速度大小； (3)砖头在砸到车之前最后1 s内位移． 解析：(1)由自由落体位移公式h＝ eq \f(1,2) gt2可得砖头在空中的运动时间为t＝ eq \r(\f(2h,g)) ＝4 s (2)砖头砸到车上时的速度大小为v＝gt＝40 m/s (3)砖头前3 s的位移为 h′＝ eq \f(1,2) gt′2＝45 m 故在砸到车之前最后1 s内位移为 Δh＝h－h′＝35 m 答案：(1)4 s；(2)40 m/s；(3)35 m [训练2] (2021·浙江丽水高一期末)如图所示，水平桌面上方有三个金属小球a、b、c，离桌面高度分别为h1∶h2∶h3＝5∶3∶1.若同时静止释放a、b、c，不计空气阻力，则(　　) A．三球运动时间之比为5∶3∶1 B．三球到达桌面时的速度之比是 eq \r(5) ∶ eq \r(3) ∶1 C．三个小球下落到距地面相同高度处速度大小相等 D．b与a落地的时间差等于c与b落地的时间差 B　解析：由自由落体位移公式h＝ eq \f(1,2) gt2，可得t＝ eq \r(\f(2h,g)) ，故三球运动时间之比为 eq \r(5) ∶ eq \r(3) ∶1，进一步可知b与a落地的时间差与c与b落地的时间差不相等，A、D错误；由自由落体速度公式v＝ eq \r(2gh) 可知三球到达桌面时的速度之比是 eq \r(5) ∶ eq \r(3) ∶1，B正确；三个小球下落到距地面相同高度处时，下落的位移不同，由v＝ eq \r(2gh) 可知，此时速度大小不相等，C错误．故选B． [训练3] (生活情境)(2021·湖北高一期中)为了制止高楼住户向窗外随意丢弃垃圾的陋习，某同学在自家(二楼)窗子上、下边框安装光电探测装置，利用自由落体运动规律推断丢弃垃圾住户的楼层．重力加速度g取10 m/s2，每层楼高3米左右，设他家窗子上、下边框之间的距离为0.9 m．某天光电探测装置检测到一下落物件经过该窗口的时间为0.03 s，假设丢物住户是从窗口将物件从静止丢下的．估计丢物住户的楼层是(　　) A．14楼 B．17楼 C．20楼 D．23楼 探究点三　解决实际问题　(科学态度与责任) B　解析：设窗户上沿到物体下落点的距离为h，下落时间为t1，则有 h＝ eq \f(1,2) gt eq \o\al(\s\up1(2),\s\do1(1)) 到窗户下沿则有 h＋0.9＝ eq \f(1,2) g(t1＋0.03)2 联立可得 h＝44.56 m 楼层数约为 n＝ eq \f(h,3) ＝ eq \f(44.56,3) ≈15 故选B． [训练4] (航天情境)(2021·浙江杭州高一期末)2020年12月1日，嫦娥五号探测器成功着在月球正面风暴洋西北部的预选着陆区．据悉当它靠近月球过程中，缓速下降距离月面30至2 m左右后，调整状态，想停在月面上方1.8 m处，如图所示，之后关闭发动机，在月球表面自由下落，则探测器自由下落到月面的时间最接近的是(月球表面的重力加速度约为地球表面的 eq \f(1,6) )(　　) A．0.5 s B．1.5 s C．2.5 s D．3.5 s B　解析：根据自由落体公式得 h＝ eq \f(1,2) at2＝ eq \f(1,2) eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,6)g)) t2 解得 t＝ eq \f(6,7) eq \r(3) s≈1.5 s 故选B． A组 学业基础练 1.(2021·四川眉山高一期末)关于自由落体运动，下列说法正确的是(　　) A．做自由落体运动的物体不受任何外力 B．加速度a＝9.8 m/s2的运动一定是自由落体运动 C．自由落体运动是初速度为零的匀加速运动 D．做自由落体运动的物体，质量越大，下落得越快 C　解析：做自由落体运动的物体只受重力作用，选项A错误；物体只在重力作用下的运动，其加速度均为9.8 m/s2，但加速度为a＝9.8 m/s2的运动不一定是自由落体运动，选项B错误；自由落体运动是初速度为零的匀加速运动，选项C正确；做自由落体运动的物体加速度是恒定不变的，与物体的质量无关，选项D错误；故选C． 2．(2021·珠海市艺术高级中学高二期中)一位攀岩者攀岩过程踩落了一块石子，旁观者发现石子经2 s落到地面，由此可知攀岩者当时距离地面高度约为(石子的运动可视为自由落体运动)(　　) A．40 m　　　B．20 m　　　C．10 m　　　D．80 m B　解析：根据h＝ eq \f(1,2) gt2＝ eq \f(1,2) ×10×22 m＝20 m，所以攀岩者当时据地面高度约为20 m，则B正确；A、C、D错误；故选B． 3．(2021·河北邯郸高一期末)2020年12月17日凌晨1时59分，嫦娥五号返回器携带月球样品安全降落在内蒙古四子王旗预定区域．如图所示在返回器接近地面过程中减速伞分离时会拉出主伞，以保证返回器落地时的速度不大于13 m/s，重力加速度g＝10 m/s2，则这个速度相当于从多高的地方自由下落到地面(　　) A．1.69 m B．6.25 m C．8.45 m D．12.5 m C　解析：根据自由落体运动的规律有v2＝2gh 代入数据可得h＝ eq \f(v2,2g) ＝8.45 m 故选C． 4．(2021·广西玉林市·高一期末)一根长为2 m的木棒，上端悬挂在天花板上的O点，如图所示，木棒的正下方距棒的下端2 m处固定着一个高为1 m的中空圆筒，木棒被释放后自由落下，取重力加速度大小g＝10 m/s2，不计空气阻力，下列说法正确的是(　　) A．木棒的下端到圆筒上端时的速度大小为 eq \r(10) m/s B．木棒的下端到圆筒上端时的速度大小为2 eq \r(5) m/s C．木棒通过圆筒所用的时间为(1－ eq \f(\r(10),5) ) s D．木棒通过圆筒所用的时间为(1－ eq \f(\r(5),5) ) s B组 等级提升练 C　解析：设木棒下落L时的速度为v，由位移—速度关系式解得v＝ eq \r(2gL) ＝2 eq \r(10) m/s，选项A、B错误；木棒刚进入圆筒时的位移大小为L，由位移—时间关系得L＝ eq \f(1,2) gt1 eq \o\al(\s\up1(2),\s\do1()) ，解得t1＝ eq \r(\f(2L,g)) ＝ eq \f(\r(10),5) s 刚通过圆筒的总位移大小h＝2L＋H＝ eq \f(1,2) gt2 eq \o\al(\s\up1(2),\s\do1()) 解得t2＝ eq \r(\f(2×（2L＋H）,g)) ＝1 s 所以木棒通过圆筒所用的时间t＝t2－t1＝ eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(1－\f(\r(10),5))) s 选项C正确、D错误．故选C． $$