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

人教版（2019）必修 第一册 4.自由落体运动 匀变速直线运动的研究 第二章 站在高层建筑物上，让轻重不同的两个物体从同一高度同时落下，你认为哪个下落的快？ 课堂导入——思考与讨论 代表人物 代表观点 研究方法 亚里士多德 伽利略 重的物体比轻的物体下落得快 重轻物体下落得一样快 平常观察法 逻辑推理法 探究新知 伽利略认为由亚里士多德“重的物体下落快”的论断，会推出矛盾的结论。 假设重的物体下落快 v1=4 结论：重的物体反而下落的慢了 矛盾 v2=8 v3<8 探究新知 实验 现象 一张纸和一只粉笔同一高度同时由静止释放 同质量的纸团和纸片同一高度同时由静止释放 两张同质量纸片叠放，第三张同质量纸片卷成团，同一高度同时由静止释放 粉笔下落快 纸团下落快 纸团下落快 探究新知——动手小实验 (1)物体下落的快慢是否与质量有关？ (2)你认为影响物体下落快慢的可能的因素是什么？ 物体下落的快慢与质量无关。 影响落体运动快慢的因素是空气阻力的作用。 探究新知——思考与讨论 1.定义：物体只有在重力作用下从静止开始下落的运动，叫做 自由落体运动。 2.条件：①只受重力作用；②从静止开始，初速度为0 3.如果实际问题中，空气阻力与其重力相比很小，可以忽略，则物体的下落也可近似看作自由落体运动。 探究新知 探究新知——典例解析 2．如图，“牛顿管”内的羽毛、金属片由静止开始下落，则（　　） A．管内空气较多时羽毛比金属片下落快 B．管内空气极少时羽毛比金属片下落快 C．管内空气较多时它们下落几乎一样快 D．管内空气极少时它们下落几乎一样快 课堂练习 D 探究新知——思考与讨论 　　通过牛顿管实验，我们可以看到物体下落的速度越来越快，那么猜想一下自由落体运动是什么性质的运动呢？ 猜想：自由落体运动是初速度为零的匀加速直线运动 探究新知——思考与讨论 设计实验： 若是初速度为零的匀加速直线运动则应满足： 规律一：初速度为零的匀加速直线运动的v-t图像斜率不变 规律二：任意相邻相等时间间隔内的位移之差是一个常数，即：xN－xN-1＝aT2 实验思路与方案 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，另一端穿过计时器。用手捏住纸带上端，启动打点计时器，松手后重物自由下落，计时器在纸带上留下一串小点。改变重物的质量，重复上面的实验。 实验方案： 0.04 0.04 0.04 0.04 0.04 0.04 0.08 0.12 0.16 0.20 x02= x13= x24= x35= x46= 数据记录： 编号 下落时间t/s 计数点间的位移Δx/m 计数点间的时间T/s 1 2 3 4 5 探究新知——实验思路与方案 数据分析：根据测得数据做出v-t图像 探究新知——实验思路与方案 利用公式：xN－xN-1＝aT2，计算分析纸带，即： xN－xN-1＝常量 T=0.1s 实验结论： ②加速度恒定(约为9.8 m/s2，与物体的质量无关)。 ①自由落体运动是初速度为零的匀加速直线运动。 探究新知——实验思路与方案 （自由落体运动，所有物体的下落快慢都一样） 探究新知 重力加速度 1.定义：物体只在重力作用下的加速度，叫作自由落体加速度，也叫作重力加速度，用符号 g 表示 。 2.方向：竖直向下 3.大小：标准值，g＝9.80665 m/s2 你从表中能发现什么规律？ 探究新知 （1）地球上不同地方重力加速度的值大小不一样，赤道处重力加速度g值较小，南北极重力加速度g值较大。 （2）一般取值g=9.8m/s2，有时有特别说明g=10m/s2。 3.重力加速度的不同： 探究新知 1．关于重力加速度的说法中，不正确的是（　　） 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．在地面上不同的地方，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．在某地物体自由下落时的重力加速度与静止时的重力加速度大小一样 课堂练习 A 课堂练习 【答案】A 【详解】重力加速度又称之为自由落体加速度，方向总是竖直向下的，在地球表面不同维度、不同高度处略有不同。 A．重力加速度g是矢量量，方向竖直向下，通常计算中g取9.8 m/s2，A错误； B．在地面上不同的地方，g的大小不同，但它们相差不是很大，B正确； 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，C正确； D．在某地物体自由下落时的重力加速度与静止时的重力加速度大小一样，D正确。 本题选不正确的，故选A。 03 PART 03 第三部分 自由落体运动的公式 探究新知 25 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。 v0=0 a=g x=h 探究新知 学以致用动手小实验 你是否可以用一把测长度的刻度尺改造成一把测“人反应时间的测量尺”呢？ 1．钢球由静止开始做自由落体运动，不计空气阻力，落地时的速度为，取，则（　　） A．钢球下落的高度是30m B．钢球在前2s内的平均速度是 C．钢球在第2s内增加的速度是 D．钢球在最后1s内下落的高度是15m 课堂练习 B 课堂练习 【答案】B 【详解】A．钢球下落过程所用时间为钢球下落的高度为故A错误； B．钢球在前2s内下落的高度为钢球在前2s内的平均速度为故B正确； C．钢球在第2s内增加的速度为故C错误； D．钢球在最后1s内下落的高度为故D错误。 故选B。 2.从空中某处相隔1秒先后让两个小球作自由落体运动，则在空中下落过程中，以下说法正确的是（　　） A．两球间的距离保持不变 B．两球间的距离逐渐增大 C．两球速度之差保持不变 D．两球速度之差逐渐增大 BC 3．如图所示，某水龙头每间隔时间T滴出一滴水，第1滴水着地时，第4滴水刚滴出，已知重力加速度大小为g，水滴可视为质点，不计空气阻力，下列说法正确的是（　　） A．水龙头出水口离水平地面的高度为 B．第2、3滴水在空中运动时距离保持不变 C．第1滴水落地时速度大小为3gT D．第1滴水着地时第2滴水离水平地面的高度为 课堂练习 C x 课堂练习 【答案】C 【详解】AC．根据题意可知水龙头出水口离水平地面的高度为第1滴水落地时速度大小为故A错误，C正确； B．设第3滴水在空中下落时间为，则第2、3滴水在空中运动时距离为可知第2、3滴水在空中运动时距离逐渐增大，故B错误； D．第1滴水着地时第2滴水下落高度为则第2滴水离水平地面的高度为故D错误。故选C。 伽利略对自由落体运动的研究 佛罗伦萨伽利略博物馆里收藏装置 伽利略对自由落体运动规律的研究（p51） 伽利略的研究方法 发现问题 提出假设 逻辑推理 推广 实验验证 修正 方案设计 困难一：速度无法直接测量 突破：间接验证 困难二：落体运动时间太快，无法准确测量 突破：利用斜面“冲淡”重力，使其加速度减小 质量不同的小球沿同一斜面下落，加速度相同 >增大斜面倾角，加速度变大 >倾角很大，接近落体运动 >倾角900，就是自由落体运动 做自由落体运动的物体加速度相同 学以致用 【典例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叫作自由落体运动 B．自由落体运动是物体不受任何作用力的运动 C．从静止开始下落的小钢球，因受空气阻力作用，不能看成做自由落体运动 D．从树上落下的树叶，因受空气阻力作用，不能看成做自由落体运动 Sheet1 编号 下落时间t/s 计数点间位移Δx/m 计数点间时间T/s 计数点的速度v(m/s) 1 0.04 0.0100 0.04 0.1250 2 0.08 0.0200 0.04 0.2500 3 0.12 0.0300 0.04 0.3750 4 0.16 0.0400 0.04 0.5000 5 0.20 0.0500 0.04 0.6250 Sheet1 0.04 0.08 0.12 0.16 0.2 时间 速度 v-t图像 0.125 0.25 0.375 0.5 0.625 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＝eq \f(Δx,T2).由g＝eq \f(v－v0,t)也可求出自由落体加速度g. 方法三：滴水法 (1)如图所示，让水滴自水龙头滴下，在水龙头正下方放一个盘，调节水龙头，让水一滴一滴地滴下，并调节盘的高度使第一滴水碰到盘的瞬间，第二滴水正好从水龙头开始下落，并且能依次持续下去． (2)用刻度尺测出水龙头距盘面的高度h. (3)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＝eq \f(t,n). (4)由h＝eq \f(1,2)gT2，得g＝eq \f(2h,T2)＝eq \f(2n2h,t2). 2．滴水法测重力加速度的过程如下：让水龙头中的水一滴一滴地滴在其正下方的盘子里，调整水龙头，让前一滴水滴到盘子而听到声音时，后一滴水恰好离开水龙头．从第1次听到水击盘声时开始计时，测出n次听到水击盘声的总时间为t，用刻度尺量出水龙头到盘子的高度差为h，即可算出重力加速度．设人耳能区别两个声音的时间间隔为0.1 s，声速为340 m/s.g取10 m/s2，则(　　) A．水龙头距人耳的距离至少为34 m B．水龙头距盘子的距离至少为34 m C．重力加速度的计算式为eq \f(2n2h,t2) D．重力加速度的计算式为eq \f(2n－12h,t2) 2．常用推论 匀变速直线运动的一切推论，如：①平均速度公式、②位移中点的速度公式、③逐差公式、④初速度为零的匀加速直线运动的比例式，都适用于自由落体运动． 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)下落的高度与离地高度是两个不同的概念，处理问题时要注意区分． 4.如图所示，直杆长l1＝0.5 m，圆筒高l2＝3.7 m．直杆位于圆筒正上方h＝0.8 m处．直杆从静止开始做自由落体运动，并能竖直穿过圆筒(g取10 m/s2)，求： (1)直杆下端刚到圆筒上端的时间； (2)直杆穿越圆筒所用的时间． [解析]　(1)设直杆下端到达圆筒上端的时间为t1， 根据自由落体运动规律有h＝eq \f(1,2)gteq \o\al(2,1) 解得t1＝eq \r(\f(2h,g))＝eq \r(\f(2×0.8,10)) s＝0.4 s. (2)设直杆上端离开圆筒下端的时间为t2， 根据自由落体运动规律有 l1＋h＋l2＝eq \f(1,2)gteq \o\al(2,2) 解得t2＝eq \r(\f(2l1＋h＋l2,g))＝eq \r(\f(2×0.5＋0.8＋3.7,10)) s＝1 s 则直杆穿越圆筒所用的时间t＝t2－t1＝0.6 s. $