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

该高中物理课件聚焦匀变速直线运动中的自由落体运动，系统讲解其概念、规律及重力加速度，通过6楼扔实心球、纸团与纸片下落等实验情境导入，衔接匀变速直线运动知识，以实验探究和反证法为支架帮助学生理解。 其亮点是以科学探究为主线，结合牛顿管实验、频闪照片分析等培养科学思维，通过伽利略反证法深化物理观念。典型案例如“反应时间测量”“滴水法测g”提升应用能力，助力学生掌握探究方法，为教师提供系统教学资源。

第二章　匀变速直线运动 第四节　自由落体运动 学 习 目 标 1.知道自由落体运动及自由落体加速度的概念.(物理观念) 2.掌握自由落体运动的规律,并能分析推理解决相关的物理问题,理解其理想化模型.(科学思维) 3.能用小实验探究规律,体验近代物理学家对自由落体的探究,学会交流与合作,认识实验的科学作用.(科学探究) 基础落实·必备知识全过关 一、影响物体下落快慢的因素 1.亚里士多德认为,重的物体下落　　　　,轻的物体下落　　　　　,并断言物体下落快慢是由它们的　　　　决定的.该观点后来被伽利略证明是错误的. 2.伽利略推断出,重的物体　　　　(选填“会”或“不会”)比轻的物体下落得快.我们通过实验可以初步看出:物体下落快慢与物体的轻重　　　　.  3.牛顿管内物体的下落运动 相同位移比时间长短 实验结果表明:牛顿管内有空气时,金属片和羽毛下落的快慢　　　　;被抽去部分空气时,它们下落的快慢比较　　　　　　,被抽去的空气越多,它们下落的快慢就越接近;当把牛顿管中空气全部抽去后,它们下落的快慢就　　　　　　了.  快 慢 重量 不会 无关 不同 接近 完全相同 二、自由落体运动及其规律 1.自由落体运动:物体　　　　　　作用下从　　　　开始下落的运动.  2.重力加速度 (1)在同一地点,一切物体自由下落的加速度都　　　　　　,方向总是 　　　　　　的,这个加速度叫作　　　　　　　　,也叫重力加速度.  (2)在地球不同的纬度,g的大小是　　　　的.通常的计算可以把g取作9.8 m/s2,粗略计算可以把g取作　　　 　.   3.自由落体运动的速度公式:vt=　　　　.  4.自由落体运动的位移公式:s=　　　　.  5.自由落体运动的位移和速度关系式:v2=　　　　.  只在重力 静止 相同 竖直向下 自由落体加速度 不同 10 m/s2 gt gt2　 2gh 情境链接 站在教学楼6楼,让轻重不同的两个实心球从同一高度同时从静止开始下落,你认为哪个实心球先落地?在教室里拿两张同样的纸,将其中一张纸揉成纸团,让纸团和另一张纸,从同一高度同时从静止开始下落,看看哪一个下落得快?结合实验及生活中的经验,讨论:什么因素会影响物体下落的快慢? 提示 1.两个实心球几乎同时落地. 2.纸团下落更快. 3.质量不会影响物体下落的快慢,空气阻力会影响物体下落的快慢. 教材拓展 阅读教材第49页“表2-4-2”,通过查阅资料,了解影响重力加速度大小的因素以及重力加速度的应用. 提示 影响重力加速度大小的因素有纬度、高度、地质分布等因素;地质勘探、大气层分析等. 易错辨析 1.物体下落的快慢既与空气阻力有关,又与物体的轻重有关.(　　) 物体下落的快慢受到空气阻力的影响,但是,无论是否受到空气阻力,物体的下落快慢都与物体的轻重无关. 2.自由落体运动是竖直向下的匀加速直线运动.(　　) 3.自由落体加速度的方向总是竖直向下的.(　　) 4.重力加速度在任何地点都是9.8 m/s2.(　　) 在地球不同的纬度,g的大小是不同的. × √ √ × 重难探究·能力素养全提升 探究点一　影响物体下落快慢的因素 导学探究 用牛顿管做实验的图片如图所示, 观察图片并思考下面的问题: (1)甲、乙两图中物体下落情况有什么不同? 提示 甲图中金属片下落快,羽毛下落慢;乙图中金属片和羽毛下落一样快. (2)乙图说明了什么? 提示 乙图说明:如果没有空气阻力,物体只受重力,质量不同的物体下落的快慢相同. 知识归纳 1.两个截然相反的结论 伽利略指出:根据亚里士多德的论断,一块大石头的下落速度要比一块小石头的下落速度大,假定大石头的下落速度为8v,小石头的下落速度为4v.由这一观点出发,当我们把两块石头拴在一起时,对于下落快慢就有两种结论: 结论一:下落快的大石头的下落速度会被下落慢的小石头拖着而减慢,结果整个系统的下落速度应该小于8v; 结论二:两块石头拴在一起,总的质量比大石头的质量还要大,因此整个系统下落的速度应该大于8v. 这两个结论互相矛盾,证明亚里士多德的观点是错误的.伽利略所用的证明方法,称为反证法. 2.实验与探究 课题研究小组进行自由落体运动实验时,用频闪连续拍照的方法获得的两张照片A和B如图所示. 照片A现象:从同一高度同时由静止释放的纸团和纸片,纸团下落得快,先落地. 解释:质量相等的纸团和纸片,纸片受到的空气阻力较大,不能忽略,纸片的运动不是自由落体运动,而纸团受到的空气阻力较小,可以忽略,可以看成是自由落体运动. 照片B现象:质量不等的铅球和木球,同时从同一高度由静止释放,它们同时落地. 解释:铅球和木球受到的空气阻力都可以忽略,它们的运动都可以看成是自由落体运动,所以同时落地. 结论:物体下落过程的运动情况与物体质量无关. 典例剖析 【例题1】 乙同学从10层楼的楼顶同时由静止释放两个看上去完全相同的铁球①(一个为实心球,一个为空心球②),甲同学看到两球不是同时落地的③.他分析了两球未能同时落地的原因,你认为他的分析正确的是(　　) A.两球在下落过程中受到的空气阻力不同,先落地的受空气阻力小 B.两球在下落过程中受到的空气阻力不同,先落地的受空气阻力大 C.两球下落过程中受到的空气阻力相同,先落地的是实心球,重力远大于阻力 D.两球下落过程中受到的空气阻力相同,先落地的是空心球,阻力与重力比,差别较小 C 教你析题 读取题干 获取信息 ① 运动过程中受到的空气阻力几乎相同 ② 实心球重力大,空心球重力小 ③ 在有空气阻力的情况下,物体下落的快慢可能与重力、阻力有关 教你破题 解析 两球形状完全相同,在下落过程中所受空气阻力相同,下落快慢不同的原因是重力不同,选项C正确. 规律方法　物体下落的两条规律 (1)两物体在真空中或阻力可以忽略的空气中下落时,它们下落得同样快. (2)两物体在阻力不能忽略的空气中下落时,空气阻力与其重力的比值更小的物体下落得快. 对点演练 1.甲物体的质量是乙物体质量的2倍,两物体从同一高度同时开始做自由落体运动,下列说法正确的是(　　) A.甲比乙先着地 B.乙比甲先着地 C.甲、乙同时着地 D.着地时甲的速度是乙的2倍 C 解析 一切物体在做自由落体运动时,其加速度都为g,与物体的质量无关,所以当两个物体从同一高度同时开始做自由落体运动,它们将会做完全相同的运动,即它们会同时落地.故选C. 探究点二　自由落体运动的规律 导学探究 从发现情况到采取相应行动经过的时间叫反应时间.两位同学合作,用刻度尺可以测量人的反应时间:如图(1)所示,甲捏住尺的上端,乙在尺的下部做握尺的准备(不与尺接触),当看到甲放开手时,乙立即握住尺,若乙做握尺准备时,手指位置如图(2)所示,而握住尺的位置如图(3)所示. 思考并探究下面的问题: (1)要测乙同学的反应时间应测量出什么量? 提示 要测量反应时间内尺子下落的高度,也要知道重力加速度g. (2)应用哪个公式来计算?乙同学的反应时间约为多少? 知识归纳 1.基本规律 (1)速度公式:vt=gt. (2)位移公式:s= gt2. 2.关于自由落体运动的几个比例关系式及推论 (1)第1 s末、第2 s末、第3 s末、……、第n s末速度之比为1∶2∶3∶…∶n. (2)前1 s内、前2 s内、前3 s内、……、前n s内的位移之比为1∶4∶9∶…∶n2. (3)连续相等时间内的位移之比为1∶3∶5∶…∶(2n-1). (4)连续相等位移内所用时间之比为 典例剖析 【例题2】 (多选)甲、乙两物体分别从10 m和20 m高处同时自由落下,不计空气阻力,下面说法正确的是(　　) A.落地时甲的速度是乙的 B.在空中运动的时间乙是甲的倍 C.下落1 s时甲的速度与乙的相同 D.乙的加速度是甲的2倍 BC 解析 根据v2=2gh可知,落地时乙的速度是甲的速度的倍,A错误; 根据h=gt2可知,在空中运动的时间乙是甲的倍,B正确; 根据v=gt可知,下落1 s时甲的速度与乙的相同,C正确; 甲、乙都做自由落体运动,加速度是相等的,D错误. 对点演练 2.如图所示,水滴从水龙头管口由静止开始不断下落,每相邻两个水滴之间的时间间隔均为T.图示时刻,水滴3刚离开管口,水滴1、2之间的距离为h1,水滴2、3之间的距离为h2,忽略空气阻力,则(　　) A.图示时刻,水滴2的速度大小为 B.在水滴下落过程中,水滴1的加速度大于水滴2的加速度 C.在水滴下落过程中,水滴1和水滴2之间的距离保持不变 D.在水滴下落过程中,水滴1和水滴2的速度差值大于水滴 2和水滴3的速度差值 A 解析 水滴做自由落体运动,根据可知,图示时刻水滴2的速度大小为,A正确;水滴做自由落体运动,所有水滴都以重力加速度下落,水滴1相对水滴2做匀速直线运动,水滴1和水滴2之间距离不断增大,B、C错误;水滴2与水滴1的速度差值及水滴3与水滴2的速度差值均等于gT,故D错误. 探究点三　重力加速度的测定 导学探究 如图是拍摄的一个小球做自由落体运动的频闪照片. 如何利用此图测量重力加速度? 知识归纳 1.打点计时器法 (1)按如图所示连接好实验装置,让重锤做自由落体运动,与重锤相连的纸带上便会被打点计时器打出一系列点迹. (2)对纸带上计数点间的距离h进行测量,利用sn-sn-1=gT2,求出重力加速度g的大小. 2.频闪照相法 (1)频闪照相机可以每间隔相等的时间拍摄一次,利用频闪照相机的这一特点可追踪记录做自由落体运动的物体在各个时刻的位置,如图所示. 3.滴水法 时间间隔相等 (1)让水滴一滴一滴地落到正下方的盘子里,调节阀门,直到听到前一滴水滴落在盘子里的声音的同时,下一滴水滴刚好开始下落. 典例剖析 【例题3】 频闪摄影是研究变速运动常用的实验手段.在暗室中,照相机的快门处于常开状态,O点是小球的释放点,频闪仪每隔一定时间发出一次短暂的强烈闪光,照亮运动的物体,于是胶片上记录了物体在几个闪光时刻的位置.小球自由下落时的频闪照片如图所示,图中所标数据为实际的数值,频闪仪每隔0.04 s闪光一次.g取10 m/s2. (1)某同学仔细研究了这幅照片后,经过分析,提出以下说法,你认为正确的是　　　　.  A.O、A之间的运动时间等于0.04 s B.由h=gt2估算O、A之间的距离应该约为0.8 cm,可能是频闪后,过了一定时间小球才开始由静止释放 C.如果用这幅照片来测量重力加速度,应该舍去O、A之间的数据,用后面的数据测量 (2)根据这幅照片,小球经过B点时速度的大小为　　　　 m/s,小球下落的加速度为　　　　 m/s2.(结果均保留2位有效数字)  BC 0.79 9.7 解析 (1)若O、A之间的运动时间等于0.04 s,由h=gt2估算O、A之间的距离应该约为0.8 cm,题图中O、A间距仅0.4 cm,原因应该是频闪后,过了一定时间小球才开始由静止释放,所以小球在O、A之间的运动时间应该小于0.04 s,故A错误,B正确;由于O、A之间运动时间小于0.04 s,测量重力加速度,应该舍去O、A之间的数据,用后面的数据测量,故C正确. (2)根据匀变速直线运动中间时刻的瞬时速度等于该过程的平均速度,B点的速度vB=×10-2 m/s≈0.79 m/s;根据逐差法求出小球加速度a=×10-2 m/s2≈9.7 m/s2. 规律方法　测量重力加速度问题的两点提醒 (1)用打点计时器测出的重力加速度可能比实际值偏小,因为重物在带动纸带通过打点计时器下落时要受阻力作用. (2)频闪照相法测重力加速度实验中,照片上的距离不是实际距离,应将其还原成小球下落的实际距离(或在照相时在物体旁放一标尺). 对点演练 3.某同学新买了一台手机,他想知道手机的相机功能1 s内能连拍多少张相片,为此设计了一个实验:一个同学将小球从与课桌表面等高处的O点由静止释放,另一个同学将手机固定在合适位置并开启连拍功 能,之后在电脑上将照片合成处理成一张照片,如图所示. (1)现有两个相同大小的塑料球和钢球,实验时应选用 　　　　做实验.  (2)关于开启连拍和释放小球的先后顺序,正确的做法是 　　　　　　 　　　.  (3)用刻度尺测得小球在位置1与9间的实际距离为h=35.00 cm, 若当地的重力加速度为9.80 m/s2,则手机的连拍频率为　　　　Hz.   钢球 先开启连拍再释放小球 30 解析 (1)让小球做自由落体运动,空气阻力的影响要足够小,所以选钢球. (2)照片要展示完整的下落过程,特别是要有开始下落的位置的小球照片,应该先开启连拍再释放小球. (3)设小球从位置1下落到位置9所用的时间为t,手机的连拍周期为T, 学以致用·随堂检测全达标 1 2 3 1.(影响物体下落快慢的因素)枫叶飘飘,雨雪纷纷.物体下落的运动是司空见惯的,但人类对它的认识却经历了大约两千年的时间.下列关于物体下落的说法正确的是(　　) A.在同一地点,一切物体自由下落的加速度都相同 B.重力的方向垂直向下,在不同地方重力加速度大小相等 C.枫叶与雪花的运动状态不可能相同 D.一块石头比一片树叶落得快是因为石头更重 A 1 2 3 解析 在同一地点,一切物体自由下落的加速度都相同,选项A正确;重力的方向竖直向下,在不同地方重力加速度的大小可能不同,高纬度地区的重力加速度大于低纬度地区的重力加速度,选项B错误;枫叶与雪花下落时的运动状态可能相同,选项C错误;一块石头比一片树叶落得快是因为阻力对石头下落加速度的影响远小于对树叶下落加速度的影响,选项D错误. 1 2 3 2.(自由落体运动规律的运用)高空坠物非常危险,现在高层住宅越来越多,因此人们一定要有安全防范意识.假设某住宅楼上坠物做自由落体运动,开始2 s内的下落高度与最后2 s内的下落高度之比为2∶3,重力加速度大小g取10 m/s2,则坠物下落的总高度为(　　) A.22.45 m B.27.65 m C.31.25 m D.35.85 m C 1 2 3 解析 坠物开始2 s内下落高度h1=gt2=×10×22 m=20 m,则最后2 s内下落的高度h2=30 m,最后2 s中间时刻的速度v= m/s=15 m/s,坠物自由下落的时间t总=t= s+1 s=2.5 s,则坠物下落的总高度h=×10×2.52 m=31.25 m.故选C. 1 2 3 3.(重力加速度的测定)某实验小组为测量当地的重力加速度,设计了如图甲所示的装置,铁架台上固定四个光电门,另一侧固定一刻度尺,使刻度尺的零刻度线对准第一个光电门的中心,小球直径已知.实验过程如下: 1 2 3 (1)让小球从某一高度由静止释放,分别记录小球通过四个光电门的时间t1、t2、t3和t4,利用小球直径和通过光电门的时间,可以算出小球经过每个光电门的速度v; (2)记下其余光电门与第一个光电门的距离分别为h2、h3、h4.从图中可读出h2=　　　　　cm.  (3)建立直角坐标系,以h为横轴,y为纵轴作出y-h图像.为了数据处理方便,应选择　　　　(选填“v”“v2”或“ ”)作为y轴,图像如图乙所示.  (4)根据相关规律,可求得小球下落的加速度为　　　　m/s2(结果保留3位有效数字).  (5)请提出一个减小误差的方法____________________________________ ______________________________________________________________. 4.50 v2 10.0 多安装几个光电门;光电门之间的间距稍微大点;保持光电门在同一竖直线;刻度尺保持竖直;用更小更重的小球 1 2 3 解析 (2)从图甲刻度尺可读出h2=4.50 cm. (3)根据自由落体公式可知v2=2gh,所以以h为横轴,应选择v2作为y轴,作出的图像为一条直线,方便数据处理. (5)减小误差的方法有:多安装几个光电门;光电门之间的间距稍微大点;保持光电门在同一竖直线上;刻度尺保持竖直;用更小更重的小球. 提示 用h=gt2来计算,得出t==0.3 s. 1∶(-1)∶()∶…∶(). (5)连续相等时间内的位移之差是一个常数,Δs=gT2(T为时间间隔). 推论:. (6)速度—位移关系式:=2gs. 提示 根据逐差法,由Δs=gT2求出重力加速度g=. (2)根据匀变速直线运动的推论Δs=gT2可求出重力加速度g=.也可以根据,求出物体在某两个时刻的速度,由g=求出重力加速度g. (2)记录下N滴水滴下落的总时间为T,则一滴水滴下落的时间t=. (3)用刻度尺量出水龙头滴水处到盘子的距离h,利用h=gt2计算出重力加速度的值. 根据h=gt2,T=,f=,代入数据解得f=30 Hz. (4)由上述公式可知图像的斜率为2g,则2g=k=,解得g=10.0 m/s2. $