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

第二章 匀变速直线运动的研究 04 自由落体运动 一、物体下落快慢跟哪些因素有关？ 落英缤纷 一、物体下落快慢跟哪些因素有关？ 物理学把从高处到低处下落的运动叫做“落体运动”。 一、物体下落快慢跟哪些因素有关？ 探究物体下落快慢与哪些因素有关 实验探究 质量关系： 纸片=纸团＜ 薄纸板＜ 硬币 从以上四种物品中任选其中两个，将他们同时从同一高度由静止释放，观察物体落地情况，并记录下来，可重复做多组实验。 实验用具 ├── 一张白纸 ├── 另一张白纸揉成团 ├── 三张白纸粘在一起形成的薄纸板 └── 一块硬币 一、物体下落快慢跟哪些因素有关？ 实验用具 实验现象 实验结论 1 纸片、硬币 2 薄纸板、硬币 3 纸片、薄纸板 4 纸团、薄纸板 5 纸片、纸团 6 纸团、硬币 硬币先落地 硬币先落地 薄纸板先落地 质量大的物体下落得快 质量大的物体下落得快 质量大的物体下落得快 m纸片=m纸团＜ m薄纸板＜ m硬币 一、物体下落快慢跟哪些因素有关？ 历史回顾 古希腊伟大的思想家、科学家、教育家——亚里士多德(前384—322) 物体越重，下落速度越快 亚里士多德的观点是基于生活经验提出来的。 一、物体下落快慢跟哪些因素有关？ 意大利伟大的物理学家、天文学家——伽利略(1564—1642) 根据亚里士多德的观点进行思考 10英镑 1英镑 10英镑和1英镑的铁球从同一高度由静止释放，谁先落地？ 一、物体下落快慢跟哪些因素有关？ 意大利伟大的物理学家、天文学家——伽利略(1564—1642) 根据亚里士多德的观点进行思考 11英镑 10英镑 如果把10英镑和1英镑的铁球捆绑在一起，再和10英镑的铁球从同一高度由静止释放，谁先落地？ 一、物体下落快慢跟哪些因素有关？ 意大利伟大的物理学家、天文学家——伽利略(1564—1642) 根据亚里士多德的观点进行思考 11英镑 10英镑 自相矛盾 谁下落得快 ├── 结论一：10 英镑加 1 英镑就是 11 英镑，比 10 英镑重，因此 11 英镑的铁球比 10 英镑的下落更快。 └── 结论二：由于 1 英镑的铁球比 10 英镑的铁球下落得慢，1 英镑的铁球会拖住 10 英镑的铁球，因此 11 英镑的铁球比 10 英镑的铁球下落得更慢。 一、物体下落快慢跟哪些因素有关？ 实验用具 实验现象 实验结论 1 纸片、硬币 2 薄纸板、硬币 3 纸片、薄纸板 4 纸团、薄纸板 5 纸片、纸团 6 纸团、硬币 硬币先落地 硬币先落地 薄纸板先落地 纸团先落地 纸团先落地 同时落地 质量大的物体下落得快 质量大的物体下落得快 质量大的物体下落得快 m纸片=m纸团＜ m薄纸板＜ m硬币 质量小的物体下落得快 质量相同的物体下落快慢不一样 质量不同的物体下落快慢一样 一、物体下落快慢跟哪些因素有关？ 意大利伟大的物理学家、天文学家——伽利略(1564—1642) 如果完全排除空气的阻力，那么所有物体将下落的同样快！ 物体下落的快慢与轻重无关，与受到的阻力有关 伽利略的观点是基于逻辑推理、大量的生活经验、反复试验后提出来的。 一、物体下落快慢跟哪些因素有关？ 毛钱管中将空气抽走，接近真空，羽毛与金属片的下落速度几乎一致。 生活中羽毛之所以比金属片下落慢是因为受到空气阻力影响。 结论：如果没有空气阻力，物体下落的速度都是一样的，物体下落速度与质量无关。 一、物体下落快慢跟哪些因素有关？ 一、物体下落快慢跟哪些因素有关？ 一、物体下落快慢跟哪些因素有关？ 物体越重 下落越快 下落快慢与质量无关 正确 结论： 1、物体下落的快慢与轻重无关，与受到的阻力有关； 2、物体只受重力作用，下落快慢相同； 二、自由落体运动 定义： 物体只在重力作用下从静止开始下落的运动。 条件： 1、只受重力作用； 注意：空气阻力远小于重力时，可以忽略空气阻力。 2、初速度为零。 理想化 的运动 二、自由落体运动 探究：自由落体运动的本质 二、自由落体运动 探究：自由落体运动的本质 位置 0 1 2 3 4 5 6 t/s 0 0.10 0.20 0.30 0.40 0.50 0.60 v/m/s 为了方便测量，减小误差，每五个计时点选一个计数点（中间省略四个点） 0.971 1.948 2.907 3.878 4.857 二、自由落体运动 从v-t图可看出自由落体运动 本质：初速度为0的匀加速直线运动。 t/s v/(m/s) 0.1 1 0 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 2 3 4 5 作v-t图 二、自由落体运动 自由落体加速度： 一切物体自由下落加速度都是相同的，这个加速度叫做自由落体加速度，也叫重力加速度，用g表示。 大小： 粗略计算时可以取： 方向：竖直向下 矢量 二、自由落体运动 对竖直向下的理解 水平线 铅垂线 竖直向下 三、自由落体运动的规律应用 本质：自由落体运动是初速度为零，加速度为g的匀加速直线运动。 匀变速直线运动 自由落体运动 （下落高度习惯用h表示） 速度时间公式 位移时间公式 速度位移公式 平均速度公式 v0=0 a=g 三、自由落体运动的规律应用 注意： 4、同一地点重力加速度是一个定值； 1、重力加速度与运动状态无关； 2、重力加速度与质量无关； 3、重力加速度只与重力有关，与其它力无关； 四、影响重力加速度的因素 重力加速度与纬度有关，纬度越高，重力加速度越大。 重力加速度与海拔有关，海拔越高，重力加速度越小。 五、总结 自由落体运动 └── 对自由落体运动的理解 ├── 定义：物体只在重力作用下从静止开始下落的运动。 ├── 条件 │ ├── 受力条件：只受重力 │ └── 运动条件：=0 └── 运动性质 ├── 速度时间公式：v=gt ├── 位移时间公式：h=gt² ├── 速度位移公式：v²=2gh └── 平均速度公式：v̄== 五、总结 自由落体加速度 ├── 定义：物体自由下落的加速度，用字母 g 表示 ├── 产生原因：受重力作用而产生的 —— 重力加速度 ├── 方向：竖直向下 │ ├── 垂直于水平面向下 │ └── 不是垂直向下，不是指向地心 └── 大小 ├── 同一地点，一切物体 g 都相同 ├── g 与物体的质量、受力情况、运动状态无关 ├── g 与纬度和高度有关 │ ├── g 随纬度的增大而增大 │ └── g 随高度的升高而减小 └── 一般取 g=9.8m/s² 五、总结 五、总结 下 课 Lavf60.16.100 Lavf60.16.100 Lavf60.16.100 Lavf61.7.100 Lavf61.7.100 Lavf61.7.100 $nullnull自由落体运动，从天堂坠落的爱情。这是一个互相颠倒的世界，法律规定两个世界的人永远不能沟通。和下层世界的亚当却遇到了上层世界的伊娃，他们在各自世界的山巅邂逅相爱。亚当毅然决定冒险进入上层世界寻找伊娃，可当他找到伊娃后却被上层世界的安全管理者追杀，从被称作天堂的上层世界逐渐加速向着永恒的未知坠落。在我们的日常生活中，石头比树叶落得快些，铅球比乒乓球落的快些，于是我们凭感觉和经验得出，越重的物体下落的越快。但事实真的是如此吗？拿一个长约1.5米的玻璃桶，一端封闭，另一端有开关，把形状和质量都不相同的几个物体，如金属片、小羽毛、小软木塞、小玻璃球等放入玻璃圆筒里，把玻璃桶倒立过来，发现玻璃球落得最快，小羽毛下落的最慢。同样是刚才的实验，这次把玻璃桶里的空气抽出去，再把玻璃桶倒立过来。这时候我们惊奇的发现玻璃桶里的物体下落的一样快，可知是我们周围的空气影响了重物与轻物下落的快慢。在求婚现场，逃跑的爱丽丝跟着一只看怀表的兔子掉进兔子洞。这个哥特式的荒诞世界，在兔子洞里，它就受到了空气阻力的作用。我们把在没有空气的空间或者是空气阻力比较小可以忽略的情况下，物体只在重力的作用下从静止开始下落的运动叫做自由落体运动。可见自由落体运动是一种理想状态下的物理模型。在现实生活中砸到牛顿的苹果、屋檐下滴落的雨滴，以及不小心从手中滑落的雪糕块，都可以近似看作自由落体运动。自由落体运动有两个前提，只受重力，并且从静止开始下落。如果除了受重力外，还受别的力，或者初速度不是零的话，都不能叫做自由落体运动。例如向上抛一个物体，它的初速度不是0，不能看作自由落体运动。在帝国大厦的顶端，战机汹涌的子弹向金刚喷涌。子弹尽管受到重力的作用，但是因为巨大的初始速度，它不是自由落体。而金刚在挣扎后从大厦顶端坠落，它除了重力外，没有受到别的力，可以近似看成自由落体运动。物体只受大小方向不变的重力的作用，那么我们得到自由落体必然是一个匀加速直线运动，且初速度V0等于0，加速度为小G叫做重力加速度。力的大小为大G等于M乘以小G方向与重力方向一致，单位为米每2次方秒。在地球的不同地方，小G的大小是不同的。在赤道小G等于9.780米每2次方秒。在北京G等于9.80一米每2次方秒。在北极小G等于9.832米每2次方秒。一般情况下，重力加速度大小随着海拔的升高而减小，随着纬度的增加而增大。计算中可以取小G等于9.8米每2次方秒，或者G等于10米每2次方秒。自由落体的运动规律与之前学的初速度为零的匀变速运动相同，只是加速度换成了小计。在自由下落运动中，T时刻物体的速度为VT等于小G乘以T下落高度，H等于2分之1GT的平方。注意不是距离地面的高度，我们可以推导出VT的平方等于二小GH。知道了下落高度与重力加速度，我们就可以求T时刻下落物体的速度。在VT图像里，我们之前得到的一系列结论依然有用。回顾这些知识有利于运动学知识的理解和深化。某天生物大师向物理大师提出这样一个问题，一只熊掉进了20米深的洞里，用了2.017秒，请问那只熊是什么颜色的？有了刚才的知识，我们就能解决这道题了。根据公式下落高度H等于2分之1GT的平方，有小G等于2H比上T的平方。代入数据得到小G等于9.832米每2次方秒，只有在两极才有可能达到9.832米每2次方秒。又因为南极没有熊，所以只能是白色的北极熊。 茅前管也称作牛顿管，水根长120厘米，一端封闭，另一端带有气嘴的金属盖、封固的玻璃管，把形状、质量都不同的羽毛金属片、软木塞封闭到毛钱管里。把玻璃管倒立过来，我们看到这些物体下落时，最快的是金属片，最慢的是羽毛。尽量的抽去毛钱管里的空气，再看这些物体的下落。他们下落的快慢大致是相同的。可以判断，如果完全没有空气阻力时，不同物体下落快慢完全相同。 伽利略对自由落体运动的研究绵延2000年的错误。伽利略近代科学的奠基人之一，他根据大教堂天花板上悬挂的吊灯提出了钟摆定律，建立了现代力学的基础。它融汇了数学、物理学与天文学等方面知识，为牛顿的理论体系建立了基础。此外，他还纠正了由亚里士多德提出在人类历史上流传2000年的一个谬误理论。松鼠斯克莱特被汹涌而来的橡果冲到悬崖边，随着大量的橡果跌进悬崖，斯科莱特比橡果更加快速的下落。那么下落的快慢是不是由它们的重量决定的呢？至少亚里士多德是这样认为的。根据他的论断，轻的物体和重的物体同时下落时，轻的物体下落的慢，而重的物体下落的快。那么将轻的物体和重的物体绑在一起，理应重的物体受轻的物体影响，从而速度会减缓一些。但两物体绑在一起后，系统总的重量、比重的物体还要大，下落的速度会变更大，与之前的结论相矛盾。因此，伽利略开始质疑亚里士多德的观点，研究落体运动的性质。人们都说，苹果也许是砸在了牛顿头上，但苹果树却是伽利略栽种的。伽利略始终相信，自然界的规律应该是简单明了的，落体运动一定是一种最简单的变速运动。因此他进行了大胆的猜测，下落物体的速度是随时间均匀增加的，即顺时速度V与时间T成正比。他遇到了困难，就是瞬时速度无法准确测量，所以他找到了另一个间接验证的途径，将V正比于T与V等于S比上T2个式子化为S正比于T方，即要证明下落的高度与T方成正比。但是物体下落很快，在那个时代钟表还没有发明，只能靠水滴计时，很难测定发生不同位移所需要的时间。这时，伽利略提出了冲淡重力思想，他让铜球沿阻力很小的斜面滚下。小球在斜面上运动的加速度比竖直下落时的加速度小得多，时间长得多，所以容易测量。伽利略做了上百次实验，结果证明小球沿斜面滚下的运动的确是匀加速直线运动，并且换用不同质量的小球从不同高度开始滚动，只要斜面那倾角一定，小球的加速度就是相同的。不断增大斜面的倾角，重复上述实验得知，小球的加速度随斜面倾角的增大而变大。伽利略将上述结果进行了合理的外推，若斜面的倾角增加到90度，也就是发生自由落体运动时，小球仍然会保持匀加速直线运动的性质，并且所有物体自由下落时的加速度都是一样的。钱婆婆施展一系列魔法，逼迫小谦交出受伤的白龙。小谦不肯，几人便一起跌入了看似无尽的黑洞中，直通锅炉爷爷的锅炉房。 确定它一个平均数，1.40。好好，接下来是这个金属球。它的重量是677.9的，这个装置是什么？这是一个真空，交给我们的实验员。接下来，实验员将把羽毛的金属球放在6米高的真空管中，以相同高度挂在管内。顶部的电子实验员将关闭放气阀，打开抽气罚，利用机械泵抽取真空。约45分钟后，真空管内的气压将达到100帕以下，符合实验理想条件。在我们这边开关电磁铁就会失去磁性，所以两个被吸在上空的这个。物体就会同时下落。对，一释放。