第2章 第4节 自由落体运动（Word教参）-【优化指导】2024-2025学年新教材高中物理必修第一册（粤教版2019）

第四节　自由落体运动 课程内容要求 核心素养提炼 1.了解亚里士多德关于力与运动的主要观点． 2．了解伽利略研究自由落体运动的实验和推理方法．认识伽利略对物体运动的研究在科学发展和人类进步上的重大意义． 3．通过实验探究自由落体运动，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究方法． 4．经历抽象概括和推理的过程，知道物体做自由落体运动的条件． 5．通过实验，探究自由落体运动的规律，了解重力加速度的概念，掌握其大小、方向，知道地球上不同地点的重力加速度可能会不同． 1.物理观念：理解自由落体运动的特点和规律；并会运用自由落体运动的特点和规律解答相关问题． 2．科学思维：通过观察演示实验，概括出自由落体运动的特点，培养学生观察、分析能力． 3．科学探究：培养学生仔细观察、认真思考、积极参与、勇于探索的精神． 4．科学态度与责任：培养学生严谨的科学态度和实事求是的科学作风． 1．亚里士多德的观点：重的物体下落快，轻的物体下落慢．物体下落的快慢由它们的重量决定． 2．伽利略的推断：重的物体不会比轻的物体下落的快． 3．实验探究： (1)将面积相同的硬币和纸片同时从同一高度由静止释放． (2)将两张一样的纸，一张搓成团，另一张铺平，从同一高度同时由静止释放． (3)将一张大纸和一张小纸，小纸搓成团，大纸铺平，从同一高度同时由静止释放． 结论：物体下落快慢与物体的轻重无关． 1．定义 物体只在重力作用下从静止开始下落的运动． 2．特点 (1)运动特点：初速度等于零的匀加速直线运动． (2)受力特点：只受重力作用． [思考] (1)将一个大铁球和一个小铁球同时从斜塔同一高度由静止释放，哪个铁球先落地？ (2)在月球上，铁球与羽毛由同时释放到同时落地．简单解释为什么？ 提示　(1)同时落地． (2)月球表面没有空气，铁球与羽毛都做自由落体运动． 1．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，也叫重力加速度． (2)方向：竖直向下． (3)大小：在地球上同一个地点，重力加速度的值固定不变，但是在地球上不同的地点，重力加速度的值略有不同．在粗略计算中，可以取g＝10 m/s2，如果没有特殊说明，按g＝9.8 m/s2进行计算． 2．自由落体运动的规律 自由落体运动是初速度为0的匀加速直线运动，且加速度为重力加速度g．自由落体的速度、位移与时间的关系式为：vt＝gt，s＝gt2 [判断] (1)重力加速度的方向总是垂直向下．(×) (2)月球上的重力加速度也是9.8 m/s2.(×) (3)自由落体运动的速度大小与时间成正比．(√) (4)自由落体运动的位移大小与时间成正比．(×) 探究点一　对自由落体运动及自由落体加速度的理解 做下面的小实验并认真观察 ①将一张纸片和一个金属球同时在同一高度释放，如图甲． ②将纸片揉成团和金属球同时在同一高度释放，如图乙． 试结合上述观察，讨论下列问题： (1)纸片和金属球哪个先落地？为什么？ 提示　金属球先落地，因为空气阻力对纸片下落快慢的影响比对金属球下落快慢的影响大． (2)纸团和金属球哪个先落地？为什么？ 提示　纸团和金属球几乎同时落地，因为空气阻力对二者下落快慢的影响差别不是很大． 1．自由落体运动的理解 (1)条件：①初速度为零；②只受重力． (2)运动性质：是初速度v0＝0、加速度a＝g的匀加速直线运动． (3)v­t图像：是一条过原点的倾斜直线(如图所示)，斜率k＝g. [特别提醒]　自由落体运动是一种理想化模型：只有当空气阻力比重力小得多，可以忽略时，物体从静止下落才可以当作自由落体运动． 2．自由落体加速度(重力加速度)的理解 (1)方向：总是竖直向下． (2)大小：①在同一地点，重力加速度都相同． ②大小与在地球上的纬度、距地面的高度有关： 与纬度的关系 在地球表面上，重力加速度随纬度的增加而增大，即赤道处重力加速度最小，两极处重力加速度最大，但差别不大 与高度的关系 在地面上的同一地点，重力加速度随高度的增加而减小．但在不太高的高度内，可认为重力加速度的大小不变 [特别提醒]　(1)重力加速度的方向既不能说是“垂直向下”，也不能说是“指向地心”，只有在赤道或两极时重力加速度的方向才指向地心． (2)物体在其他星球上也可以做自由落体运动，但不同天体表面的重力加速度不同． 关于自由落体运动的加速度g，下列说法正确的是(　　) A．重的物体g值大 B．同一地点，轻、重物体的g值一样大 C．g值在地球上任何地方都一样大 D．g值在赤道处大于北极处 B　[g值与物体轻重无关，A错误、B正确；g值在地球上不同地方大小不同，在赤道处小于北极处，C、D错误．] [训练1]　关于自由落体运动，以下说法正确的是(　　) A．质量大的物体自由落体时的加速度大 B．从水平飞行着的飞机上释放的物体将做自由落体运动 C．雨滴下落的过程是自由落体运动 D．从水龙头上滴落的水滴的下落过程，可近似看作自由落体运动 D　[所有物体在同一地点的重力加速度相等，与物体质量大小无关，故A错误；从水平飞行着的飞机上释放的物体，由于惯性具有水平初速度，不是自由落体运动，故B错误；雨滴下落过程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，故C错误；从水龙头上滴落的水滴所受空气阻力与重力相比可忽略不计，可认为只受重力作用，故D正确．] 探究点二　自由落体运动的规律 1．匀变速直线运动的基本公式和自由落体运动的基本公式的比较 匀变速直线运动 自由落体运动 速度公式 vt＝v0＋at vt＝gt 位移公式 s＝v0t＋at2 s＝gt2 速度—位移关系式 v－v＝2as v＝2gs [特别提醒]　(1)自由落体运动的运动时间由下落的高度决定． (2)自由落体运动中下落的位移与离地高度是两个不同的概念，处理问题时要注意区分． 2．匀变速直线运动的一切推论公式，如平均速度公式、逐差相等公式、初速度为零的匀变速直线运动的比例式，都适用于自由落体运动． 一物体做自由落体运动，落地时速度是30 m/s(g取10 m/s2).问： (1)物体下落到地面所需时间？ (2)物体开始下落时的高度？ (3)物体在最后1 s内下落的高度？ 解析　(1)由vt＝gt得：t＝＝ s＝3 s (2)方法一　根据v＝2gh，则下落的高度为： s1＝＝ m＝45 m. 方法二　s1＝·t＝×3 m＝45 m. 方法三　s1＝gt2＝×10×32 m＝45 m. 方法四　v­t图像． s1＝×3×30 m＝45 m. (3)物体在前2 s内的位移为： s2＝gt＝×10×4 m＝20 m， 所以最后1 s内的位移： s3＝s1－s2＝45 m－20 m＝25 m. 答案　(1)3 s　(2)45 m　(3)25 m [训练2]　某探险者在野外攀岩时，踩落一小石块，约5 s后听到石块直接落到崖底的声音．探险者离崖底的高度最接近的是(　　) A．25 m　　　B．50 m　　　C．110 m　　　D．150 m C　[小石头落入崖底，其下落规律可以看作自由落体运动，即s＝gt2，代入数据得s＝×9.8×52 m＝122.5 m，考虑声音传回来大约需0.3 s，即下落距离应略小于122.5 m，即选项C正确．] 1．(自由落体运动)在真空中，将苹果和羽毛同时从同一高度由静止释放，下列频闪照片中符合事实的是(　　) C　[由于苹果和羽毛从同一高度同时下落，故任意时刻都在同一高度，且是加速，故频闪间距不断变大，故C正确．] 2．(重力加速度)(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．在地球上不同的地方，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的加速度都相同 D．在地球上的同一地方，离地面高度越大重力加速度g越小 BCD　[重力加速度是矢量，方向竖直向下，与重力的方向相同．在地球表面，不同的地方，g的大小略有不同，但都在9.8 m/s2左右，故A错误，B正确；在地球表面同一地点，g的值都相同，但随着高度的增大，g的值逐渐变小，故C、D正确．] 3．(自由落体运动规律的应用)质量为m的物体从高为s处自由下落，开始的用时为t，则(　　) A．物体落地所用的时间为t B．物体落地所用的时间为3t C．物体落地时的速度为6gt D．物体落地时的速度为3gt A　[由题意知，＝，解得s＝，所以落地所用的时间为t，A正确，B错误；由速度公式知，物体落地的速度为gt，C、D错误．] 4．(自由落体运动规律的应用)如图所示，测定一个人的反应速度，请甲同学拿着一把长30 cm的直尺，他的手抓在尺的上端处，尺的零刻度端在下，乙同学的手候在尺的零刻度处准备听到口令后就抓住尺子，当甲同学松开直尺，乙同学见到直尺下落，立即用手抓住直尺，另一同学丙也重复乙的做法，现记录乙抓住尺的刻度数据为20 cm和丙同学抓住尺的刻度数据为24 cm，求： (1)乙和丙同学哪个反应速度快？ (2)求出乙同学的反应时间为多少？(重力加速度g取10 m/s2) 解析　(1)当直尺下落时，反应越快，抓住时直尺下落的距离越短，乙同学反应快． (2)直尺下落的位移是：s＝20 cm－0＝20 cm＝0.2 m， 根据公式s＝gt2 代入数据得t＝ ＝ s＝0.2 s 答案　(1)乙同学反应快　(2)0.2 s 学科网（北京）股份有限公司 $$