2.5 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

null重的物体和轻的物体谁下落得快，是千百年来人们一直思考的问题。如果你手拿一个小球和一张纸片，放开手，小球和纸片从静止开始下落，小球先落地，纸片后落地。希腊哲学家亚里士多德根据这样的观察提出结论，重的物体比轻的物体下落得快。亚里士多德的论断流传了近2000年，直到16世纪才有伽利略提出质疑。伽利略认为，如果亚里士多德是对的，一块大石头的下落速度要比一块小石头的下落速度大。假定大石头下落速度为8，小石头下落速度为四，当我们把两块石头捆在一起时，这时候下落速度比八大还是比8小呢？从整体来看，捆在一起比大石头更重，因此应该下落的更快，下落速度应该比八大。但是换个角度看，分开看，小石头跑得慢，大石头被他拖着，因此会减慢，所以整体的下落速度应该小于8，这就产生了矛盾。为了摆脱这种困境，伽利略提出重物与轻物应该下落得同样快。伽利略并没有就此停步，他继续对自由落体运动进行更深入的研究。他觉得自由落体应该是一种最简单的变速运动。所谓最简单的变速运动，速度应该是均匀变化的。但是速度的变化怎样才算均匀呢？它考虑了两种可能，一种是速度的变化对时间来说是均匀的，即经过相等的时间，速度的变化相等。另一种是速度的变化对位移来说是均匀的，即经过相等的位移，速度的变化相等。经过推算，伽利略发现，如果经过相等的时间，速度的变化相等，那么从静止开始的物体速度就应该与时间成正比，而物体通过的位移就应该与时间的平方成正比。而如果经过相等的位移，速度的变化相等，结论就复杂了。因此，伽利略感觉第一种方式更简单，于是他猜想自由落体运动就是这种运动，并把这种运动叫做匀变速运动。做出猜想后，猜想是否正确呢？就要通过实验来检验。但测量时间时又遇到了难题，那时钟表还没有发明计时，只能用滴水法。这个进度对于下落迅速的自由落体运动显然无能为力。怎么办呢？机智的伽利略想到了办法，用斜面来稀释重力。他把物体放在坡度较小的斜面上，这样物体就会滑行的慢一些。他先检验物体通过的位移是否与时间的平方成正比，实验证明他的猜想是正确的。物体做匀加速运动，然后伽利略又逐渐增大斜面的角度，他发现物体的位移仍然与时间的平方成正比，这说明物体在斜面倾角更大的平面上仍然做匀加速运动。于是塔尔推断，当斜面倾角为90度时，物体的运动就是自由落体运动了。此时物体位移应该仍然和时间平方成正比，是匀加速直线运动。伽利略对运动的研究不仅确立了许多用于描述运动的基本概念，而且创造了一套对于近代科学的发展极为有益的科学方法，或者说给出了科学研究过程的基本要素。它的科学思想方法的核心是把实验和逻辑推理和谐地结合起来，从而有力地推进了人类科学认识的发展。 用牛顿管和抽气泵来观察轻重不同的物体在有无空气阻力时的运动情况。实验器材主要有牛顿管、真空泵、羽毛铁片。先观察有空气阻力时铁片和羽毛的下落过程。可以看到铁片比羽毛下落的快。用真空泵抽出牛顿管内的空气，观察没有空气阻力时铁片和羽毛的下落情况。通过以上实验发现，在没有空气阻力的情况下，轻重物体下落得一样快。在现实生活中，人们之所以看到物体下落的多种情况，是因为空气阻力的影响。如果没有空气阻力，所有的物体下落的快慢都一样。物体只在重力作用下从静止开始下落的运动叫做自由落体运动。这种运动只在没有空气的空间才能发生。在有空气的空间，如果空气阻力的作用比较小，可以忽略物体的下落，可以近似看作自由落体运动。 第二章 匀变速直线运动的规律 自由落体运动 了解亚里士多德对落体运动的观点，知道空气阻力对落体运动会产生影响，明确自由落体运动的条件。 了解伽利略研究自由落体运动所用的实验和推理方法。 掌握自由落体运动规律、重力加速度的大小和方向，并能解决相关实际问题。 1 2 3 重难点 自由落体运动 一 物体下落快慢与什么有关？ 公元前4世纪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， 物体下落的快慢是由物体本身的重量决定的，物体越重，下落得越快；反之，则下落得越慢。 亚里士多德 观察与思考 物体从空中自由释放，探究影响物体下落快慢的因素。 重的硬币下落得快。 学生实验2：将同样大小的两张纸其中一张揉成团，让纸团和纸片从相同高度同时下落，看到什么现象？ 纸团下落得快。 学生实验1：让硬币和纸片从同一高度同时下落，看到什么现象？ 物体下落的快慢与它的轻重无关，影响物体下落快慢的因素是空气阻力。 3.从以上实验可以得出物体下落快慢与什么因素有关？ 观察与思考 4.若没有空气阻力，轻重不同的物体下落快慢是怎样的呢？ 若没有空气阻力，所有物体下落的快慢都是一样的。 1.定义：只在 作用下物体由 开始下落的运动，叫作自由落体运动。 2.特点：(1)只受 作用；(2)初速度为 。 3.说明：空气阻力可以 时，物体下落的运动也可以近似看成自由落体运动。 重力 静止 重力 0 忽略 要点归纳 (1)从静止下落的物体都可以看成做自由落体运动。(　　) (2)物体只在重力作用下的运动是自由落体运动。(　　) (3)苹果从树上落下来，苹果的运动可以近似看成自由落体运动。 (　　) (4)从竖直上升的热气球吊篮中掉下的物体的运动是自由落体运动。 (　　) × × √ × 辨析 伽利略对落体运动规律的探究 二 1.亚里士多德的观点：物体下落的快慢是由它们的重量决定的。 亚里士多德 2.伽利略的研究： (1)问题提出 (2)提出猜想 (3)运用逻辑及数学推理 (4)实验验证 (5)合理外推 (6)得出结论。 伽利略 观察与思考 　 1.(2024·成都市高一期末)如下为伽利略对落体运动规律探究的实验步骤，步骤排序正确的选项是 ①实验验证：转换变通研究小球从斜槽上静止滚下的位移时间关系 ②猜想假设：速度与时间成正比 ③合理外推：当斜面倾角逐渐加大直到90°，小球的运动仍应当满足x∝t2 ④数学推理：构造几何图形推理得出x∝t2 A.②③④①　　　　B.②④①③ C.①④③②　　　　D.②①③④ √ 例题 自由落体运动的规律　自由落体加速度 三 1.自由落体运动规律： 自由落体运动是初速度为 、加速度恒定的 运动。 2.(1)重力加速度的定义： 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或重力加速度，通常用g表示。 (2)大小：在地球表面不同的地方，g的大 小一般是 (填“不同”或“相同”)的，g值 随纬度的增大而逐渐 ；g值随着高度 的增加而逐渐减小。一般取值：g=9.8 m/s2 或g= m/s2。 (3)方向： 。 零 匀加速直线 不同 增大 10 竖直向下 地点 纬度 g 值 北极 90° 9.832m/s2 莫斯科 55°45′ 9.816m/s2 纽约 40°46′ 9.803m/s2 北京 39°56′ 9.801m/s2 东京 35°43′ 9.798m/s2 上海 31°12′ 9.794m/s2 广州 23°06′ 9.788m/s2 赤道 0° 9.780m/s2 (1)自由落体加速度与纬度和高度有关。(　　) (2)自由落体加速度的方向竖直向下。(　　) (3)在地面附近，两极处的重力加速度小于赤道处的重力加速度。 (　　) (4)同一地点，重的物体重力加速度大。(　　) √ √ × × 辨析 2.(多选)(2024·南充市高一月考)下列说法正确的是 A.物体只在重力作用下的运动就是自由落体运动 B.自由落体运动加速度的大小与物体质量无关 C.在自由落体运动中，相等时间内速度的改变量相等 D.在同一地点距地面相同高度释放轻、重不同的物体，重的物体先落地 　(不计空气阻力) √ √ 例题 自由运动落体规律的基本应用 四 因为自由落体运动是匀变速直线运动，所以匀变速直线运动的一切公式、推论，如平均速度公式、位移差公式、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。仅需要将v0=0、a=g代入相关式子，将x替换成h即可，请在表格中填写自由落体运动的规律。 规律名称 匀变速直线运动的规律 自由落体运动的规律 速度公式 vt=v0+at ______ 位移公式 x=v0t+at2 _______ 速度与位移的关系式 -=2ax ________ 平均速度求位移公式 x=t ______ vt=gt h=gt2 =2gh h=t 　 3.(2024·珠海市第四中学高一期中)某一小物体从离地面45 m高处由静止释放，不计空气阻力，取g=10 m/s2，求： (1)小物体经过多长时间落到地面； (2)小物体落地前瞬间速度的大小； (3)最后1 s内下落的高度。 答案　 (1) 3 s　 (2) 30 m/s　 (3) 25 m (1)由自由落体运动的位移时间公式可得h=gt2，解得t== s=3 s (2)由速度时间公式可得v=gt，解得v=30 m/s (3)前2 s内的位移h2=g=×10×22 m=20 m， 则最后1 s内下落的高度h′=h-h2=45 m-20 m=25 m。 例题 　 4.(2024·重庆市高一月考)同学们利用如图所示的方法估测反应时间。首先，甲同学捏住直尺上部，使直尺保持竖直状态，直尺零刻度线位于乙同学的两指之间。当乙同学看到甲同学放开直尺时， 立即用手指捏直尺，捏住位置的刻度尺的示数x=5 cm。 取重力加速度大小g=10 m/s2，不计空气阻力。 (1)求乙同学的反应时间t； (2)求乙同学捏住直尺前瞬间直尺的速度大小v； 答案　 (1) 0.1 s　 (2) 1 m/s (1)根据自由落体运动规律有h=gt2，解得t=0.1 s (2)根据速度公式有v=gt，解得v=1 m/s 例题 (3)若乙同学捏住直尺前手指离直尺较远，不考虑其他因素的影响，请判断测得的乙同学的反应时间是偏大还是偏小(不需说明判断依据)。 答案　偏大 若乙同学捏住直尺前手指离直尺较远，则测得的乙同学的反应时间偏大。 自由落体运动 自由落体运动 自由落体加速度 特点：只受重力，初速度为0 伽利略对落体运动规律的探究 问题提出、提出猜想、运用逻辑及数学推理、实验验证、合理外推、得出结论 大小：9.8m/s2，随纬度升高而增大 方向：竖直向下 自由运动落体规律的基本应用 公式：vt=gt、h=gt2、vt2=2gh 反应时间测量尺 伽利略提出了“落体运动的速度v与时间t成正比”的观点，但在伽利略时代无法直接测出物体运动的速度。伽利略借助于数学方法巧妙地将研究“速度与时间的关系”转换为研究“位移与时间的关系”，解决了这一难题，伽利略对落体运动规律探究的实验步骤排序为②④①③。故选B。 自由落体运动是只受重力、初速度为零的运动，故A错误； 根据a==g，可知自由落体运动的加速度大小和物体质量无关，故B正确； 自由落体运动的加速度不变，根据Δv=gΔt，在任意相等时间内速度的变化量相等，故C正确； 根据h=gt2可知在同一地点距地面相同高度释放轻、重不同的物体，两物体同时落地(不计空气阻力)，故D错误。 Keep Thinking! FormatFactory : www.pcfreetime.com FormatFactory : www.pcfreetime.com Lavf59.27.100 Lavf59.27.100 $null