2.4 自由落体运动 课件-2025-2026学年高一上学期物理教科版必修第一册

第二章 匀变速直线运动的研究 第四节 自由落体运动 无边落木萧萧下 飞流直下三千尺 物体下落的运动是司空见惯的，轻重不同的物体哪个下落的快呢？ 课堂引入 他的这一论断符合人们的常识，以至于其后两千年的时间，大家都奉为经典。 一、古人的观点 最早研究这个问题的，大概要算古希腊的学者亚里士多德了。 平常日常观察到的事实，如一块石头比一片树叶落得快些……二千多年前，古希腊哲学家亚里士多德认为物体下落的快慢跟它的轻重有关，重的物体下落得快。他的这一论断符合人们的常识，以至于其后两千年的时间里，大家都奉为经典。 权威面前谁敢质疑 伽利略 v12＞8 v1=8 v2=4 4<v12<8 结论与假设 出现了矛盾！ 一、古人的观点 伽利略通过逻辑推理指出了亚里士多德的错误，最后通过实验证明重物与轻物下落得同样快。 重物被轻物拖累 重物轻物 绑一起 实验一:一张纸片、一个硬币，从同一高度下落 实验二:两张一样的纸，一张卷成团，从同一高度下落 实验三:两张纸叠在一起，第三张卷成团，从同一高度下落 　　轻物和重物都有可能下落得快，那么到底是什么因素造成了这种结果呢？如果没有这个因素的影响，轻重不同的物体谁会下落得更快呢？ 二、实验探究 二、实验探究 实验条件控制 实验现象 1 未抽出空气 2 抽出大部分空气 3 抽出所有空气 羽毛下落的很慢 相同 速度接近 实验结论：在完全没有空气阻力的情况下，轻重物体下落的一样快。 二、实验探究 央视科学实验 月球实验 　　通过上面的实验可以看出：物体下落的快慢与质量无关，下落得快慢不同是由空气阻力造成的。 G铅球 f铅球 G羽毛 f羽毛 无空气阻力下，只受重力的运动是否隐藏着某种普遍性的规律？ 问题与思考 1.定义: 物体在只受重力作用下，从静止开始下落的运动。 (1) v0 = 0 (2) 只受重力作用 2.特点: 当空气阻力与重力相比很小，可忽略不计，物体下落也可看作自由落体运动。 (3) 轨迹为直线 三、自由落体运动 它的加速度在下落过程中是否变化呢？我们可以通过什么方法测量它的加速度大小呢？ 　 从前面的实验中我们看到，物体自由下落的速度越来越快，那么自由落体运动是什么性质的运动呢？ 三、自由落体运动 打点计时器、纸带、复写纸、带铁夹的铁架台、几个质量不同的重物、夹子、交流电源、毫米刻度尺。 四、研究自由落体运动的规律 1.实验器材 重物拖着纸带竖直下落时，如果阻力比重物的重力小得多，可近似认为重物仅在重力作用下运动。 2.实验原理 注意手的位置！ （1）将计时器竖直固定在铁架台上 （2）竖直提起纸带，使重物靠近计时器下端 （3）先打开打点计时器，再松开纸带 （4）关闭电源，取下纸带 （5）更换重物，重复几次上面的实验，选取一条点迹清晰的纸带处理 3.实验步骤 四、研究自由落体运动的规律 （1）用刻度尺测量打点计时器打出的纸带上的点之间的距离。 （2）用各计数点对应的瞬时速度用平均速度来代替，即 ，做v-t图像，图像为一条倾斜的直线。 (3)根据v－t图像的斜率求加速度，即加速度等于9.81m/s2，或根据Δx=xN－xN-1＝aT2，求得Δx近似一个常量，解得加速度等于9.81m/s2。 4.数据处理 四、研究自由落体运动的规律 四、研究自由落体运动的规律 自由落体运动是初速度为零、加速度恒定(约为9.8 m/s2，与物体的质量无关)的匀加速直线运动。 5.实验结论 四、研究自由落体运动的规律 h/m 也叫自由落体加速度 方向：竖直向下 在一般的计算中g=9.8m/s2，粗略计算取10m/s2;题目中有字母出现时，g不用具体数据代入。 研究表明：在同一地点，一切物体自由下落的加速度都相同，这个加速度叫自由落体加速度，也叫做重力加速度。通常用g表示。 五、自由落体运动加速度 地点 纬度 重力加速度 赤道 0° 9.780 广州 23°06' 9.788 武汉 30°33' 9.794 上海 31°12' 9.794 东京 35°43' 9.798 北京 39°56' 9.801 纽约 40°40' 9.803 莫斯科 55°45' 9.816 北极 90° 9.832 你能从表中发现什么规律吗？ 地球表面不同地点，g值有所不同。 纬度越高，g值越大。g极地>g赤道 同一地点不同高度，g值有所不同。 高度越高，g值越小。g低>g高 五、自由落体运动加速度 用手机测自由落体加速度 用频闪照相法测自由落体加速度 频闪照相法测自由落体加速度 速度几乎是均匀增加 ∆v 0.327 0.3255 0.327 0.327 时间间隔1/30s 五、自由落体运动加速度 1.让水龙头的水一滴一滴地落到正下方的盘子里，调节阀门，直到前一滴水落在盘子里时，下一滴水恰好离开水龙头做自由落体运动； 2.记录下N滴水下落的总时间T，则一滴水下落的时间 t=T/N； 3.用米尺量出水龙头滴水处到盘子的距离h，利用 h=1/2gt2可计算出重力加速度的值。 用滴水法测自由落体加速度 通过上面的研究你能发现自由落体运动的规律吗？ 五、自由落体运动加速度 自由落体运动是初速度为零的匀加速直线运动，所以，匀变速直线运动公式也适用于自由落体运动。 六、自由落体运动的公式 a=g v0=0 （x=h） 学以致用1：测反应时间 是否可以用一把刻度尺测一下你的反应时间，测完后大家可以比较一下谁反应快？ 提示：捏尺的手指应位于尺下部的0刻度位置,且手的任何部位不要碰到直尺. 学以致用2：测相机曝光时间 已知石子从距地面以上 2.5 m的高度下落，每块砖的平均厚度为 6 cm，请估算这架照相机的曝光时间？ 石子下落的径迹 学以致用2：测相机曝光时间 已知石子从距地面以上 2.5 m的高度下落，每块砖的平均厚度为 6 cm，请估算这架照相机的曝光时间？ 石子下落的径迹 学以致用2：测相机曝光时间 已知石子从距地面以上 2.5 m的高度下落，每块砖的平均厚度为 6 cm，请估算这架照相机的曝光时间？ h t 解法三（精确计算法） 石子下落的径迹 伽利略对自由落体运动的研究 科学漫步 对现象观察研究→提出假说→逻辑推理 →实验验证→对假说进行修正和推广。 伽利略第一次把实验和逻辑推理（包括数学演算）和谐地结合起来，从而发展了人类的科学思维方式和科学研究方法。 科学漫步 课堂小结 自由落体运动 条件 只受重力作用 从静止开始 特征 初速度为零 竖直下落 匀加速运动 自由落体公式 实质:初速度为零匀加速直线运动 自由落体加速度 大小：9.8m/s2 方向：竖直向下 一题多解 00. 【典例】一个物体从高度h处自由下落,测得物体落地前最后1秒内下落了25米,求：物体下落的高度h。 (g取10m/s2) h 25m 1s （t-1）s t s O A B 【典例1】（多选）如图所示，一个苹果和一片树叶同时从同一高度下落，以下说法中正确的是（　　） A．树叶和苹果下落得一样快，因为二者都做自由落体运动 B．树叶下落得慢，因为树叶受到的空气阻力的影响比苹果的更大些 C．苹果的运动可以近似地视为自由落体运动 D．树叶和苹果落地时的速度大小一定相等 典例分析 【正确答案】BC 【典例2】下列图像中，表示物体做自由落体运动的是（　　） A． B． C． D． 典例分析 【正确答案】B 【典例3】（2022·山东·乳山市银滩高级中学高一）(多选)一名宇航员在某星球上完成自由落体运动实验，让一个质量为1kg的小球从一定的高度自由下落，测得在第5s内的位移是18m，则（　　） A．小球在2s末的速度是8m/s B．小球在第5s内的平均速度是3.6m/s C．该星球上的重力加速度为5m/s2 D．小球在5s内的位移是50m 典例分析 【正确答案】AD 【典例4】(多选)如图所示是用闪光周期为Δt的相机拍摄的一张真空中羽毛与苹果自由下落的局部频闪照片。关于提供的信息及相关数据处理，下列说法中正确的是（　　） A．一定满足关系x1∶x2∶x3=1∶3∶5 B．一段时间后苹果会在羽毛下方 C．苹果下落的加速度大小为 D．羽毛下落到C点的速度大小为 典例分析 【正确答案】CD 第二章 匀变速直线运动的研究 专题 竖直上抛运动 问题与思考 通过上节课我们学习我们知道，如果忽略空气阻力，我们可以把运动员从最高点竖直下落的过程看成自由落体运动。那么，运动员竖直向上的过程又是什么样的运动呢？ 1.定义：将物体以一定的初速度竖直向上抛出，物体只在重力作用下的运动叫做竖直上抛运动。 2.产生条件：①具有竖直向上的初速度； ②只受重力作用。 3.运动的性质： 初速度v0 >0,加速度a=-g的匀减速直线运动。(一般规定:竖直向上为正方向) 一、竖直上抛运动 a → -g x → h 竖直上抛运动是加速度大小为g的匀变速直线运动，所以，匀变速直线运动公式同样也适用于竖直上抛运动。 v0 ≠ 0 二、竖直上抛运动的公式 1.上升到最高点的时间： 2.上升到最大高度： 3. 上升与下降对称： 时间对称性： 速度对称性： A A vA vA 三、竖直上抛运动的特点 t上=t下，且从抛出点到A与从A到抛出点时间相同 上升与下降阶段经过相同位置A速度大小相等，方向相反 最高点：v=0，a=g 整个竖直上抛运动可分为上升和下降两个阶段，但其本质是初速度为 v0 加速度a= - g的匀变速直线运动，处理时常采用以下两种方法： 1.分段法： 2.整体法：对全程列式，通常取向上为正 （1）落地点在抛出点上方(正位移) （2）落地点在抛出点下方(负位移) 四、竖直上抛运动的处理方法 上升阶段:末速度为零的匀减速直线运动 下降阶段:自由落体运动 v0 v = 0 v vt v0 1.取向上为正方向 即v0>0，a=-g 交点表示物体运动到最高点 2.取向下为正方向 即v0<0，a=g 五、竖直上抛运动的图像 时间对称 速度对称 t v v0 -v0 t/2 六、类竖直上抛运动 等位移折返模型 如图，沿粗糙斜面上滑的小球，到最高点后仍能下滑，上下过程加速度大小不同但位移大小相同，若上滑时的加速度为a1,下滑时的加速度为a2，求解时可拆解为两个初速度为0的匀加速直线运动进行简化。 特点：初（或末）速度为零，两段运动位移大小相等为x。 位移三个公式： 六、类竖直上抛运动 如图，物体从A点由静止出发做匀加速直线运动，加速度大小为a1，运动到B点时速度大小为v1，这时立即以大小为a2的加速度做匀减速直线运动，如果经过相等的时间物体回到了原出发点。 物体速度应先减速到0再返回出发点A，速度为v2，从A点运动到B点的时间等于由B回到A点的时间，设为t，取向右为正方向， 从B返回A： 物体从A到B： 等时间折返模型 课堂小结 公式+规律 竖直上抛 将物体以一定的初速度竖直向上抛出，物体只在重力作用下的运动叫做竖直上抛运动。 v0 v = 0 vt vt v0 运动的性质：初速度v0 >0,加速度a=-g的匀减速直线运动。 处理方法 t v v0 -v0 t/2 分段法 + 整体法 典例分析 1.（多选）关于竖直上抛运动，下列说法正确的是（　　） A．竖直上抛运动的上升过程是匀减速直线运动 B．匀变速直线运动规律对竖直上抛运动的全过程都适用 C．以初速度的方向为正方向，竖直上抛运动的加速度a＝g D．竖直上抛运动中，任何相等的时间内物体的速度变化量相等 【参考答案：ABD】 典例分析 2.从地面上的A处以初速度v0竖直上抛一个物体。物体经过位置B时，仍然向上运动，但速度减为初速度的 四分之一，已知AB=15m，g取10m/s2，不计空气阻力。求： （1）初速度多大？ （2）再经多长时间物体落回A处？ 物理定律不能单靠“思维”来获得，还应致力于观察和实验。 ——普朗克 Lavf58.12.100 Lavf59.6.100 Lavf59.30.100 Packed by Bilibili XCoder v2.0.2 Lavf58.12.100 Lavf58.20.100 Bilibili VXCode Swarm Transcoder v0.3.42_sync_fix Lavf58.12.100 $