2.4 自由落体运动 课件-2025-2026学年高一上学期物理人教版必修第一册

该高中物理课件聚焦自由落体运动，系统梳理定义、条件、规律及重力加速度等核心知识，通过伽利略比萨斜塔实验情景导入，结合测反应时间实验，对比匀变速直线运动规律构建知识支架，衔接旧知。 其亮点在于融合科学探究（打点计时器、光电门测g实验）与科学思维（典例推理、规律对比），结合屋檐滴水、跳水等生活实例。培养学生模型建构与实验能力，教师可借丰富案例提升教学效率，助力学生理解应用。

2.4　自由落体运动 高中物理：必修第一册 授课教师：W CONTENTS 目 录 O1 O2 要点突破 O3 O4 课后提升 教学重点 教学难点 教学过程 NO.1 教学目标 教学 重点 教学 难点 自由落体运动的运动规律在生活中的实例分析 ⁠ 1590年，伽利略在比萨斜塔上做了“两个铁球同时落地”的实验，从此推翻了亚里士多德“物体下落速度和重量成比例”的学说，纠正了这个持续了2000年之久的错误结论。 情景探究 匀变速直线运动的研究 伽利略 假设：重的物体下落得快 结论：重物与轻物应该下落得同样快 ? v v v 情景探究 ⁠ 如图所示,让甲同学在乙同学的手部正上方捏住一把直尺,不计直尺下落时受到的空气阻力。 判断以下问题: (1)甲同学放手后,直尺下落不受任何外力作用。 (　×　) (2)甲同学放手后,直尺做自由落体运动。 (　√　) (3)甲、乙两同学通过实验可以测量人的反应时间。 (　√　) × √ √ 测反应时间 情景探究 ⁠ 知识点一　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.实际落体运动的处理:如果空气阻力的影响比较 　小　⁠,可以忽略,物体从静止开始下落的运动可以近似看作自由落体运动。 重力　 静止　 小　 知识梳理 知识点二　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。 2.方向: 　竖直向下　⁠。 3.大小:在地球上同一个地点,g的大小 　相同　⁠;在地球表面不同的地方,g的大小一般是 　不同　⁠的。在一般的计算中,g可以取9.8 m/s2或10 m/s2。 加速度　 重力　 竖直向下　 相同　 不同　 知识点三　自由落体运动的规律 1.运动性质:自由落体运动是初速度为0、加速度为g的 　匀加速直线　⁠运动。 2.基本规律 (1)速度与时间的关系式:v＝ 　gt　⁠。 (2)位移与时间的关系式:x＝ 　gt2　⁠。 匀加速直线　 gt　 gt2　 基本规律 ⁠ 匀变速直线运动 自由落体运动 速度与时间 的关系式 v＝v0＋at v＝gt 位移与时间 的关系式 x＝v0t＋at2 x＝gt2 速度与位 移的关系式 v2-＝2ax v2＝2gx 知识梳理 ⁠ 如图所示,漫画中的人用石块来估测水井的深度。你认为有道理吗?为什么? 提示:石块释放后在水井中下落的过程可以认为是自由落体运动,由h＝gt2可知,只要测出石块下落至水面的时间t,即可算出水井的深度。因声音在空气中的传播速度较大,石块落水声上传至人耳的时间可以忽略,故从石头开始下落到听到石块落水声的时间可认为等于石块自由下落的时间t。综上所述,漫画中的人用石块来估测水井的深度是合理的。 情景探究 ⁠ 【典例1】　屋檐每隔一定时间滴下一滴水,当第5滴正欲滴下时,第1滴刚好落到地面,而第3滴与第2滴分别位于高1 m的窗子的上、下沿,如图所示。问:(g取10 m/s2) (1)此屋檐离地面多高? (2)滴水的时间间隔是多少? 解析:设屋檐离地面高为h,滴水的时间间隔为Δt。 则第2滴的位移h2＝g(3Δt)2　 第3滴的位移h3＝g(2Δt)2　 又由于h2-h3＝1 m　得Δt＝0.2 s 屋檐高h＝g(4Δt)2＝×10×(4×0.2)2 m＝3.2 m。 典例分析 ⁠ 【典例2】2019年,我国运动员陈芋汐获得国际泳联世锦赛女子单人10米跳台冠军。某轮比赛中,陈芋汐在跳台上倒立静止,然后下落,前5 m完成技术动作,随后5 m完成姿态调整。假设整个下落过程近似为自由落体运动,重力加速度大小取10 m/s2,则她用于姿态调整的时间约为(　　) A.0.2 s B.0.4 s C.1.0 s D.1.4 s 解析:B　陈芋汐下落的整个过程所用的时间为t＝＝ s≈1.4 s,下落前5 m的过程所用的时间为t1＝＝ s＝1 s,则陈芋汐用于姿态调整的时间约为t2＝t-t1＝0.4 s。 典例分析 【典例3】一名航天员在某星球上完成自由落体运动实验,让一个质量为1 kg的小球从一定的高度自由下落,测得在第5 s内的位移是18 m,则(　　) A.小球在2 s末的速度大小为20 m/s B.小球在第5 s内的平均速度大小是3.6 m/s C.该星球上的重力加速度大小为5 m/s2 D. 小球在5 s内的位移大小是50 m 解析:D　小球第5 s内的位移等于前5 s内的位移与前4 s内的位移之差,故有g'(5 s)2-g'(4 s)2＝18 m,解得g'＝4 m/s2,故小球在2 s末的速度大小为v＝g't＝8 m/s,小球在第5 s内的平均速度大小为＝ ＝18 m/s,小球在5 s内的位移大小为x＝g'(5 s)2＝50 m,故D正确。 要点三　测量自由落体加速度的方法 方法一　打点计时器法 (1)实验装置如图所示,打点计时器固定在铁架台上,纸带一端系着重物,另一端穿过打点计时器。用夹子夹住纸带,启动打点计时器,松开夹子后重物自由下落,打点计时器在纸带上留下一串小点。 (2)改变重物的质量,重复打出几条纸带,选点迹清晰,且1、2两点间距离小于或接近2 mm的纸带分析研究。对纸带上计数点间的距离x进行测量,利用g＝求出自由落体加速度。 知识梳理 方法二　频闪照相法 　频闪照相机可以每间隔相等的时间拍摄一次,利用频闪照相机可追踪记录做自由落体运动的物体的位置,根据Δx是否为恒量,可判断自由落体运动是否为匀变速直线运动。根据匀变速直线运动的推论Δx＝aT2,可求出自由落体加速度g＝。由g＝也可求出自由落体加速度g。 测出每滴水下落的时间T,其方法是:当听到某一滴水滴落在盘上的同时,开启停表开始计时,之后每落下一滴水依次计数1、2、3,当数到n时按下停表停止计时,则每一滴水下落的时间T＝。由h＝gT2,得g＝＝。 方法三　滴水法 【典例4】　某同学用图甲所示装置研究重物的自由落体运动,在操作正确的前提下,得到如图乙所示的一段纸带。若A、B之间的距离为s1,B、C之间的距离为s2,已知打点周期为T,则: (1)重物下落的加速度计算式为a＝ 　　　　⁠;  (2)打B点时重物的瞬时速度计算式为v＝ 　　　　⁠;  　 　 1.对自由落体运动的理解 (1)“自由”的含义:物体的初速度为零且只受重力作用。 (2)自由落体运动在其他星球上也可以发生,但自由落体加速度和地球上的一般不同。 2.对自由落体加速度(重力加速度)的理解 (1)产生原因:地球上的物体受到地球的吸引而产生的。 (2)大小变化 与纬度 的关系 随纬度的增加而增大。赤道处最小,两极处最大,但差别很小 与高度 的关系 随高度的增加而减小。但在一定的高度内,可认为重力加速度的大小不变 (3)方向:竖直向下。 要点归纳 1.成熟的柿子从树上落下,不计空气阻力,下列描述柿子落地前运动的图像,其中正确的是(　　) 解析:C　柿子从树上落下时,做自由落体运动,由v＝gt可知,v-t图像是过原点的倾斜的直线,C正确,D错误;由x＝gt2可知,x-t图像应是抛物线,A、B错误。 课后巩固 2.研究小球落体运动规律时拍摄的频闪照片如图所示,根据照片基本可以判断(　　) A.小球速度不变 B.小球速度越来越小 C.小球加速度不变 D.小球加速度越来越大 解析:C　根据频闪照片可以看出,相邻两次拍照时间内小球下落的位移分别为x1＝0.55 cm,x2＝2.20 cm-0.55 cm＝1.65 cm,x3＝4.95 cm-2.20 cm＝2.75 cm,x4＝8.80 cm-4.95 cm＝3.85 cm,x5＝13.75 cm-8.80 cm＝4.95 cm,符合匀变速直线运动推论Δx＝aT2,连续相等时间内的位移差为定值,说明加速度a不变,C正确。 3.一个物体从45 m高处自由下落(空气阻力不计,g＝10 m/s2),求: (1)物体下落所用的时间; (2)前2 s内物体的平均速度大小; (3)物体下落最后1 s内的位移大小。 (1)根据h＝gt2得 t＝＝ s＝3 s。 (2)前2 s内物体的位移h1＝g＝×10×22 m＝20 m, 平均速度＝＝ m/s＝10 m/s。 (3)最后1 s内下落的位移为总的位移减去前2 s内的位移,前2 s内的位移为h1＝20 m 所以最后1 s内的位移为Δh＝h-h1＝45 m-20 m＝25 m。 4.图甲、乙都是使用电磁打点计时器测量重力加速度g的装置示意图,已知该打点计时器的打点频率为50 Hz。 (1)甲、乙两图相比较, 　　　　⁠(选填“甲”或“乙”)图所示的装置更合理。  甲　 (2)图丙是采用较合理的装置并按正确的实验步骤进行实验打出的一条纸带,其中打出的第一个点标为1,后面依次打下的一系列点迹分别标为2,3,4,5,…,经测量,第15至第17点间的距离为11.70 cm,第1至第16点间的距离为43.88 cm,则打下第16个点时,重物下落的速度大小为 　　　　⁠ m/s,测出的重力加速度值为g＝ 　　　　⁠ m/s2。(要求保留三位有效数字)  2.93 　9.78 5.如图甲为测量重力加速度的实验装置,C为数字毫秒表,A、B为两个相同的光电门,C可以测量铁球两次挡光之间的时间间隔。开始时铁球处于A门的上边缘,当断开电磁铁的开关由静止释放铁球时开始计时,落到B门时停止计时,毫秒表显示时间为铁球通过A、B两个光电门的时间间隔t,测量A、B间的距离x。现将光电门B缓慢移动到不同位置,测得多组x、t数值,画出随t变化的图线为直线,如图乙所示,直线的斜率为k,则由图线可知,当地重力加速度大小为g＝ 　　　　⁠;若某次测得铁球经过A、B门的时间间 隔为t0,则可知铁球经过B门时的速度 大小为 　　　　⁠,此时两光电门间的 距离为 　　　　⁠。  k 2k 2kt0 6.从离地面720 m的空中自由落下一个小球,不计空气阻力,取g＝10 m/s2。 (1)求小球经过多长时间落到地面; 解析:(1)根据h＝gt2 解得落地时间为t＝＝12 s。 (2)从开始运动起前10 s内的位移大小为h2＝g＝500 m 小球在最后2 s内的位移大小为h3＝h-h2＝720 m-500 m＝220 m。 (3)下落位移为下落总位移的一半,即下落位移为360 m,根据v2＝2gh' 此时小球的速度大小为v＝＝60 m/s。 (2)自小球开始下落开始计时,求小球在最后2 s内的位移大小; (3)求小球下落位移为下落总位移的一半时的速度大小。 ⁠ 伽利略对自由落体运动的研究 对现象的 一般观察 提出 假设 运用逻辑 得出结论 实验 验证 修正 推广 ⁠ 匀变速直线运动的研究 返回 定义： 特点： 物体只在重力作用下从静止开始下落的运动 g的方向： 变化特点： ①只受重力 ② v0=0 性质： 初速度为零的匀加速直线运动 g的大小： g=9.8 m/s2  自由落 体运动 重力 加速度 规律 随地理纬度的 增加而增大 竖直向下 课堂总结 作业布置： $