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

匀变速直线运动的规律 第5节　自由落体运动 第二章 物理 必修 第一册 J　 返回导航 物理 必修 第一册 J　 返回导航 必备知识 自主学习 重力 静止 很小 忽略 高度 物理 必修 第一册 J　 返回导航 必备知识 自主学习 正比 ∝ ∝ t2 物理 必修 第一册 J　 返回导航 必备知识 自主学习 t2 ∝ 时间的平方 物理 必修 第一册 J　 返回导航 必备知识 自主学习 零 恒定 at 物理 必修 第一册 J　 返回导航 必备知识 自主学习 相同 重力加速度 竖直向下 增大 最小 9.8 m/s2 物理 必修 第一册 J　 返回导航 必备知识 自主学习 (1)亚里士多德研究自然规律的方法是实验的方法。(　　　　) (2)伽利略研究自然规律的方法是猜想和假设、数学推理和科学实验相结合的方法。(　　　　) (3)竖直下落的运动就是自由落体运动。(　　　　) (4)物体只在重力作用下的运动就是自由落体运动。(　　　　) (5)屋檐滴下的水滴下落可视为自由落体运动。(　　　　) (6)重力加速度的方向总是垂直向下。(　　　　) (7)重力加速度的大小总是等于9.8 m/s2。(　　　　) × √ × × √ × × 物理 必修 第一册 J　 返回导航 关键能力 互动探究 探究点一____自由落体运动 如图所示，让小钢珠和羽毛从玻璃管上方同时开始下落。 物理 必修 第一册 J　 返回导航 关键能力 互动探究 [问题设计] (1)图甲真空管和图乙有空气的玻璃管中它们的下落情况是怎样的？ (2)由图甲中的现象，你能得出什么结论？ (3)你认为图乙中小钢珠和羽毛下落的快慢不同的原因是什么？ 提示：(1)在真空管中，小钢珠和羽毛下落得一样快；在有空气的玻璃管中，小钢珠比羽毛下落得快。 (2)在真空中，轻的物体和重的物体下落得一样快。 (3)空气阻力对小钢珠与羽毛的影响不同。 物理 必修 第一册 J　 返回导航 关键能力 互动探究 1．物体做自由落体运动的条件 (1)初速度为零。 (2)除重力之外不受其他力的作用。 2．自由落体运动的特点 (1)自由落体运动是一种理想化的运动模型。只有当空气阻力比重力小得多，可以忽略时，物体的下落才可以当作自由落体运动来处理。 (2)自由落体运动实质上是初速度v0＝0、加速度a＝g的匀加速直线运动，是匀变速直线运动的一个特例。 物理 必修 第一册 J　 返回导航 关键能力 互动探究 【例1】 (多选)关于自由落体运动，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自由落体运动 D．当空气阻力的作用较小，可以忽略不计时，物体由静止开始自由下落的运动可看作自由落体运动 CD 物理 必修 第一册 J　 返回导航 解 析 物理 必修 第一册 J　 返回导航 关键能力 互动探究 自由落体运动的判断方法 (1)根据条件来判断：物体做自由落体运动的条件是物体的初速度为零且物体只受重力作用(或物体除受重力外也受其他力，但其他力远小于物体的重力，可以忽略)，两者缺一不可。 (2)根据题目中一些暗示语言来判断：有些题目直接给出诸如“物体由静止开始自由下落”“忽略空气阻力”或“空气阻力远小于重力”等提示语时，可将物体的下落看作自由落体运动。 物理 必修 第一册 J　 返回导航 关键能力 互动探究 [练1] 关于自由落体运动，下列说法正确的是(　　) A．物体从静止开始下落的运动就是自由落体运动 B．如果空气阻力比重力小得多，空气阻力可以忽略不计，这时由静止开始下落的运动是自由落体运动 C．一个棉花团由静止开始下落的运动是自由落体运动 D．雨滴经过窗子的这段运动可以看作是自由落体运动 B 物理 必修 第一册 J　 返回导航 解 析 物理 必修 第一册 J　 返回导航 关键能力 互动探究 探究点二____自由落体的加速度 物理 必修 第一册 J　 返回导航 关键能力 互动探究 [问题设计] (1)怎样测量做自由落体运动的物体的加速度？ (2)改变物体的质量，测量得到的加速度如表格所示，对此能得出什么结论？ 物理 必修 第一册 J　 返回导航 关键能力 互动探究 提示：(1)由第1节的知识可知，可以用“打纸带”的方法测量做自由落体运动的物体的加速度，如题图所示。 (2)在实验误差允许的范围内，在同一地点，不同质量的物体自由下落的加速度都相同。 物理 必修 第一册 J　 返回导航 关键能力 互动探究 1．自由落体加速度 (1)重力加速度又叫自由落体加速度，通常用g来表示。 (2)重力加速度的方向：总是竖直向下的。 (3)重力加速度的大小：在同一地点，一切物体的重力加速度都相同。在不同地理位置处的重力加速度一般不同，赤道上物体的重力加速度最小；南(北)极处重力加速度最大；物体所处地理位置的纬度越大，重力加速度越大。一般计算中，可以取g＝9.8 m/s2或g＝10 m/s2。 物理 必修 第一册 J　 返回导航 关键能力 互动探究 2．测量自由落体加速度的方法 (1)利用打点计时器。 (2)利用频闪照相 频闪照相可以每隔相等的时间拍摄一次。利用频闪照相可追踪记录做自由落体运动的物体在各个时刻的位置(如图为一小球做自由落体运动的频闪照片)。根据匀变速直线运动的推论Δh＝gT2可求自由落体加速度。 物理 必修 第一册 J　 返回导航 关键能力 互动探究 物体在其他星球上也可以做自由落体运动，但同一物体在不同的星球上所受重力一般不同，所以下落时的加速度一般不同。 物理 必修 第一册 J　 返回导航 关键能力 互动探究 BCD 物理 必修 第一册 J　 返回导航 解 析 物理 必修 第一册 J　 返回导航 素养训练 学业评价 物理 必修 第一册 J　 返回导航 关键能力 互动探究 [练2] 某同学用如图1所示装置测定重力加速度，已知打点频率为50 Hz。 图1 物理 必修 第一册 J　 返回导航 关键能力 互动探究 图2 物理 必修 第一册 J　 返回导航 关键能力 互动探究 (1)实验时下面步骤的先后顺序是________________。 A．释放纸带 B．接通打点计时器电源 (2)打出的纸带如图2所示，可以判断实验时重物连接在纸带的________________(选“左”或“右”)端。 (3)已知纸带上记录的点为打点计时器打出的点，所测得的重力加速度大小为________________________m/s2。(结果保留三位有效数字) 物理 必修 第一册 J　 返回导航 关键能力 互动探究 (4)若当地的重力加速度数值为9.8 m/s2，请列出测量值与当地重力加速度的值有差异的一个原因： ____________________________。 答案：(1)BA　(2)左　(3)9.75　(4)重物受到空气阻力和限位孔与纸带间的摩擦阻力 物理 必修 第一册 J　 返回导航 解 析 物理 必修 第一册 J　 返回导航 解 析 物理 必修 第一册 J　 返回导航 关键能力 互动探究 探究点三____自由落体运动的规律 熟透的苹果从树上落下来，不计空气阻力。只受重力作用可以看作是自由落体运动。 物理 必修 第一册 J　 返回导航 关键能力 互动探究 [问题设计] (1)自由落体运动与匀变速直线运动之间有什么关系？ (2)前面所学的匀变速直线运动的基本公式及推论，有哪些适用于自由落体运动？哪些不适用？ 提示：(1)自由落体运动属于匀变速直线运动，自由落体运动是匀变速直线运动中的一个特例。 (2)前面所学的匀变速直线运动的基本公式及推论对自由落体运动都适用。 物理 必修 第一册 J　 返回导航 关键能力 互动探究 1．自由落体运动的重要公式 (1)应用思路：自由落体运动是匀变速直线运动中的特例，因此匀变速直线运动规律也适用于自由落体运动。 (2)转化方法：将匀变速直线运动公式中的v0换成0，a换成g，匀变速直线运动公式就变为自由落体运动公式。 物理 必修 第一册 J　 返回导航 关键能力 互动探究 物理 必修 第一册 J　 返回导航 关键能力 互动探究 2．关于自由落体运动的几个比例关系式 (1)第1T末，第2T末，第3T末，…，第nT末速度之比v1∶v2∶v3∶…∶vn＝1∶2∶3∶…∶n； (2)前1T内，前2T内，前3T内，…，前nT内的位移之比x1∶x2∶x3∶…∶xn＝1∶22∶32∶…∶n2； 物理 必修 第一册 J　 返回导航 关键能力 互动探究 物理 必修 第一册 J　 返回导航 关键能力 互动探究 【例3】 从离地面80 m的空中自由落下一个小球，g取10 m/s2，求： (1)经过多长时间落到地面； (2)下落时间为总时间一半时的位移； (3)自开始下落时计时，在第1 s内和最后1 s内的位移； (4)第2 s末的瞬时速度和前2 s内的平均速度。 答案：(1)4 s　(2)20 m　(3)5 m　35 m　(4)20 m/s　10 m/s 物理 必修 第一册 J　 返回导航 解 析 物理 必修 第一册 J　 返回导航 解 析 物理 必修 第一册 J　 返回导航 解 析 物理 必修 第一册 J　 返回导航 关键能力 互动探究 物理 必修 第一册 J　 返回导航 关键能力 互动探究 [练3] (多选)物体从离地面45 m高处做自由落体运动(g取10 m/s2)，则下列选项中正确的是(　　 ) A．物体运动3 s后落地 B．物体落地时的速度大小为30 m/s C．物体在落地前最后1 s内的位移为25 m D．物体在整个下落过程中的平均速度为20 m/s ABC 物理 必修 第一册 J　 返回导航 解 析 物理 必修 第一册 J　 返回导航 素养训练 学业评价 1．关于自由落体运动及重力加速度的说法，正确的是(　　) A．竖直向下的运动一定是自由落体运动 B．熟透的苹果从枝头开始自由下落的运动可看作自由落体运动 C．同一地点，轻重物体的g值可能不一样大 D．g值在两极处小于在赤道处 B 物理 必修 第一册 J　 返回导航 解 析 物理 必修 第一册 J　 返回导航 素养训练 学业评价 B 物理 必修 第一册 J　 返回导航 解 析 物理 必修 第一册 J　 返回导航 素养训练 学业评价 C 物理 必修 第一册 J　 返回导航 解 析 物理 必修 第一册 J　 返回导航 素养训练 学业评价 物理 必修 第一册 J　 返回导航 解 析 物理 必修 第一册 J　 返回导航 课时梯级训练(11) 物理 必修 第一册 J　 返回导航 章末综合检测(二) 物理 必修 第一册 J　 返回导航 谢谢观看 物理 必修 第一册 J　 返回导航 物理观念 科学探究 科学态度与责任 自由落体运动、重力加速度。 伽利略对自由落体运动的研究方法。 运用自由落体运动的规律分析解决实际问题。 一、自由落体运动 1．定义：只在____作用下，物体由____开始下落的运动。 2．物体的下落可看作自由落体运动的条件：空气阻力的影响____而可以____的情况下，且下落____不是很大。 二、伽利略对落体运动规律的探究 1．问题提出 推翻亚里士多德的观点，找出落体运动具体遵循的规律。 2．提出猜想 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____，即v__t。 基于v__t的假设，得出x∝_____的推论。 3．实验验证 让小球从阻力很小、倾角为α的斜槽上滚下，每一个由静止开始滚下的小球到每个相等的时间间隔末，运动的距离之比为1∶4∶9∶16…，证实了x∝______，即v__t。 4．合理外推 当斜面的倾角逐渐加大直到90°，小球就成为落体运动，小球的运动仍应当满足下落距离与__________成正比的关系。 三、自由落体运动的规律 1．自由落体运动的性质：自由落体运动是初速度为__，加速度a____的匀加速直线运动。 2．速度、位移与时间的关系式：v＝____，x＝______。 at2 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____，这个加速度叫作自由落体加速度，也叫作____________，通常用g表示。 2．方向：________。 3．大小：在地球上其大小随地理纬度的增加而____，在赤道上____，两极处最大，一般计算中常取g＝_____________或g＝10 m/s2。 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，它的初速度为零。若空气阻力比较小，可以忽略不计时，物体由静止开始自由下落可看作自由落体运动，C、D正确。 自由落体运动是从静止开始、只在重力作用下的运动，A选项中没有明确物体只受重力作用，A错误；D选项中雨滴经过窗子的这段运动的初速度不为零，因而不是自由落体运动，D错误；如果空气阻力可以忽略不计，从静止下落的物体的运动可以看作自由落体运动，B正确，C错误。 质量/kg 1 2 3 加速度/(m·s－2) 9.801 9.802 9.800 【例2】 (多选)关于重力加速度的下列说法正确的是(　　) 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．在地球上同一地点同一高度，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 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，A错误，B正确；在地球表面同一地点同一高度，g的值都相同，但随着高度的增大，g的值逐渐减小，C、D正确。 重力加速度的三点说明 (1)重力加速度的大小只与物体所处的地理位置有关，与物体本身无关。 (2)我们在研究自由落体运动时，物体下落的高度不太高，一般认为重力加速度大小不变。 (3)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才指向地心。 (1)根据打点计时器的使用步骤，应先接通电源，后释放纸带，故顺序为：BA。 (2)纸带与重物相连的那端最先打点，点的分布比较密集些，所以重物连接在纸带的左端。 (3)由于每相邻两个计数点间还有1个点，所以相邻计数点间的时间间隔T＝0.04 s，根据匀变速直线运动的推论公式Δx＝aT2可以求出重力加速度的大小，得： g＝＝ m/s2＝9.75 m/s2。 (4)因为实验过程中重物受到空气阻力和限位孔与纸带间的摩擦阻力等作用，所以所求加速度的值偏小。 (3)第1T内，第2T内，第3T内，…，第nT内的位移之比xⅠ∶xⅡ∶xⅢ∶…∶xn＝1∶3∶5∶…∶(2n－1)； (4)通过第1个x，第2个x，第3个x，…第n个x所用时间之比t1∶t2∶t3∶…∶tn＝1∶(－1)∶(－)∶…∶(－)。 (1)由x＝gt2得，下落总时间为 t＝ ＝ s＝4 s。 (2)小球下落时间的一半为t′＝＝2 s 这段时间内的位移为 x′＝gt′2＝×10×22 m＝20 m。 (3)小球第1 s内的位移为 x1＝gt＝×10×12 m＝5 m 小球前3 s内的位移为 x3＝gt＝×10×32 m＝45 m 小球从第3 s末到第4 s末的位移，即最后1 s内的位移为x4＝x－x3＝80 m－45 m＝35 m。 (4)第2 s末的瞬时速度v＝gt＝10×2 m/s＝20 m/s， ＝(0＋v)＝(0＋20)m/s＝10 m/s。 应用自由落体规律应注意两点 (1)自由落体运动是一种特殊的匀变速直线运动，故匀变速直线运动的基本公式、推论对于自由落体运动都是适用的，但加速度为重力加速度g。 (2)在诸多可供选择的公式、推论中，v＝＝这条推论往往可以避开时间的二次方运算，使用较为广泛。 由x＝gt2，得t＝＝3 s，落地速度v＝gt＝30 m/s，最后1 s内的位移Δx＝gt－gt＝25 m，全程的平均速度＝＝ m/s＝15 m/s，A、B、C正确，D错误。 物体做自由落体运动的条件是初速度为零且只受重力作用，A错误；熟透的苹果在下落过程中虽受空气阻力作用，但该阻力远小于它的重力，可以忽略该阻力，故可将该过程看作自由落体运动，B正确；同一地点，重力加速度都相同，与质量无关，C错误；赤道处g值小于两极处，D错误。 2．下列各图中，以竖直向上为正方向，其中表示物体做自由落体运动的是(　　) 自由落体运动的位移—时间关系为x＝gt2，C、D错误；自由落体运动是初速度为零的匀加速直线运动，根据速度时间关系式v＝gt，可知v－t图像是一条倾斜直线，又因为以竖直向上为正方向，A错误，B正确。 3．如图为甲同学制作的反应时间测量尺，用来测量其他同学的反应时间，乙同学先把手放在直尺0 cm的位置做捏住直尺的准备，但手不能碰直尺，看到甲同学放开直尺时，乙同学立即捏住下落的直尺，已知乙同学捏住10 cm的位置，反应时间为0.14 s，若丙同学进行同样的实验，捏住了20 cm的位置，则丙同学的反应时间为(　　) A．0.28 s B．0.24 s C．0.20 s D．0.16 s 设直尺下落的加速度为a，由h＝at2得，a＝＝ m/s2≈10.2 m/s2，丙同学的反应时间t1＝＝ s≈0.20 s，C正确。 4．某同学用如图甲所示装置测量自由落体加速度g，得到如图乙所示的一段纸带，他每两个点取一个计数点(已知交流电频率为50 Hz)，测得AB＝7.65 cm，BC＝9.17 cm，则打B点时重物的瞬时速度为__________m/s，测得的自由落体加速度g＝________________m/s2，它比真实值偏________________(选填“大”或“小”)。(结果均保留两位有效数字) 答案：2.1　9.5　小 vB＝≈2.1 m/s，由xBC－xAB＝gT2可得g＝9.5 m/s2。 $$