2.4自由落体运动 导学案-2026-2027学年高一上学期物理人教版必修第一册

该高中物理导学案围绕自由落体运动展开，引导学生了解亚里士多德与伽利略的相关观点，通过轻重物体下落、纸团与纸片下落等实验问题链，从生活现象出发构建从感性认识到科学概念的学习支架，掌握自由落体运动的条件、规律及重力加速度。 资料特色在于以实验探究为核心，通过打点计时器实验培养科学探究能力，结合思考判断和例题强化模型建构与科学推理，融入实际应用案例提升物理观念，助力学生自主学习，便于教师落实核心素养目标。

新高一物理导学案 人教版（2019）必修第一册 2.4 自由落体运动 导学案 班级：____________ 姓名：______________ 学 习 目 标 树目标 · 抓落实 1.了解亚里士多德关于力与运动的主要观点。 2.了解伽利略研究自由落体运动的实验和推理方法。认识伽利略对物体运动的研究在科学发展和人类进步上的重大意义。 3.通过实验探究自由落体运动,体会基于事实证据和科学推理对不同观点和结论进行质疑、分析和判断的科学研究方法。 4.经历抽象概括和推理的过程,知道物体做自由落体运动的条件。 5.通过实验,探究自由落体运动的规律,了解重力加速度的概念,掌握其大小、方向,知道地球上不同地点的重力加速度可能会不同。 新 知 导 学 汲新知 · 赋新能 知识点1 自由落体运动 ❓ 问题 (1)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,你认为哪个物体下落得快? (2)在教室内拿两张同样大小的纸,将其中一张揉成一团。让纸团和另一张纸在同样的高度落下,看看哪一个下落得快? (3)结合实验及生活中的经验,讨论:什么因素影响物体下落的快慢? 💬 提示　(1)让轻重不同的两个物体从同一高度同时下落,通常看到重的物体下落得快。 (2)让纸团和一张纸从同一高度落下,纸团下落得快。 (3)空气阻力是影响物体下落快慢的因素。 💡知识梳理 1.定义:物体只在重力作用下从静止开始下落的运动。 2.特点 (1)运动特点:初速度等于零。 (2)受力特点:只受重力作用。 3.实际落体运动的处理 这种运动只在真空中才能发生,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。 💡思考判断 (1)从静止下落的物体都可以看成自由落体运动。(×) (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,苹果的运动可以看成自由落体运动。(√) (4)雪花从空中下落,雪花的运动可以看成自由落体运动。(×) 🎯例1 关于自由落体运动,下列说法正确的是(　　) A.物体竖直向下的运动就是自由落体运动 B.从水平飞行的飞机上释放的物体将做自由落体运动 C.雨滴下落的过程是自由落体运动 D.从静止释放的小钢球,下落的过程可近似看作自由落体运动 答案　D 解析　在只有重力的作用下由静止开始下落的运动,才可称为自由落体运动,竖直向下的运动初速度不一定为零,A错误;从水平飞行的飞机上释放的物体具有水平初速度,不是做自由落体运动,B错误;雨滴从空中下落,由于受到阻力,因此无法做自由落体运动,C错误;从静止释放的小钢球的下落过程,初速度为零,阻力可以忽略,可以近似看成自由落体运动,D正确。 自由落体运动是一种理想化的运动模型,实际物体在空中从静止开始下落时若空气阻力可以忽略,物体的运动可看成自由落体运动。 反思 归纳 知识点2 研究自由落体运动的规律　自由落体加速度 💡知识梳理 1.实验器材 打点计时器、纸带、复写纸、带铁夹的铁架台、几个质量不同的重物、夹子、交流电源、毫米刻度尺。 2.实验步骤 (1)如图所示,将打点计时器竖直固定在铁架台上,连接好电路。 (2)使纸带穿过两个限位孔,下端用夹子夹住连到重物上,让重物靠近打点计时器。 (3)用手捏住纸带上端把纸带拉成竖直状态,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,重物落地后立刻关闭电源。 (4)改变重物的质量,重复几次上面的实验,选取一条点迹清晰的纸带进行处理。 3.数据处理 (1)用刻度尺测量打点计时器在纸带上打出的点之间的距离。 (2)用vn=求出各点的速度,作v-t图像,图像应为一条过原点的倾斜直线。 (3)根据v-t图像的斜率求加速度或根据Δx=aT2计算加速度。 4.实验结论 自由落体运动是初速度为零、加速度恒定(约为9.8 m/s2,与物体的质量无关)的匀加速直线运动。 5.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,通常用g表示。 (2)方向:竖直向下。 (3)大小:一般取值9.8 m/s2或10 m/s2。 💡思考判断 (1)自由落体加速度的大小与纬度和高度有关。(√) (2)自由落体加速度的方向竖直向下。(√) (3)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。(×) 🎯例2 关于自由落体加速度,下列说法正确的是(　　) A.物体的质量越大,下落时加速度越大 B.在同一高度同时由静止释放一大一小两个金属球,二者同时着地,说明二者运动的加速度相同,这个加速度就是当地的自由落体加速度 C.北京的自由落体加速度比广州的稍小 D.加速度a=9.8 m/s2的运动一定是自由落体运动 答案　B 解析　自由落体运动是忽略空气阻力的运动,下落加速度与物体质量无关,选项A错误;在同一高度释放的金属球受到的空气阻力远小于金属球的重力,金属球做自由落体运动,故金属球运动的加速度为当地的自由落体加速度,选项B正确;北京的纬度比广州的大,所以北京的自由落体加速度比广东的稍大,选项C错误;加速度a=9.8 m/s2的运动未必沿竖直向下的方向运动,不一定是自由落体运动,选项D错误。 🎯例3 如图甲所示为“用电火花计时器测量当地重力加速度”的实验装置图(已知打点频率为50 Hz),则 (1)实验需要的电源为　　　　(选填“交流”或“直流”)电源,电压为　　　　V。  (2)实验时下面的步骤先后顺序正确的是　　　。  甲 A.先释放纸带,后接通打点计时器电源 B.先接通打点计时器电源,后释放纸带 (3)如图乙所示为实验中选出的一条点迹清晰的纸带,已知纸带上记录的点为打点计时器打的点,打点计时器在打C点时重物的瞬时速度大小为　　　　m/s,所测得的重力加速度大小为　　　　m/s2(计算结果均保留3位有效数字)。  (4)若当地的重力加速度数值为9.8 m/s2,请写出测量值与当地重力加速度的值有差异的一个原因　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。  答案　(1)交流　220　(2)B　(3)1.17　9.75 (4)重物下落过程中受到空气阻力 解析　(1)电火花计时器用的是交流电源,电压为220 V。 (2)先接通打点计时器电源,后释放纸带,B正确。 (3)打点计时器在打C点时重物的瞬时速度大小为vC== m/s=1.17 m/s 所测得的重力加速度大小为 g== m/s2=9.75 m/s2。 (4)重物下落过程中受到空气阻力作用。 知识点3 自由落体运动的规律及应用 ❓ 问题 如图所示,漫画中的人用石头来估测水井的深度。你认为有道理吗?为什么? 💬提示　石头释放后在水井中下落的过程可以认为是自由落体运动,由匀变速直线运动的规律可知,只要测出石头下落至水面的时间t,即可算出水井的深度。因声音在空气中的传播速度较大,石头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头落水声的时间可认为等于石头自由下落的时间t。综上所述,漫画中的人用石头下落来估测水井的深度是合理的。 💡知识梳理 1.自由落体运动的性质:自由落体运动是初速度为0的匀加速直线运动。 2.自由落体运动的基本公式 匀变速直线运动规律自由落体运动规律 3.匀变速直线运动的一切推论公式,如速度—位移公式、平均速度公式、位移差公式、初速度为零的匀变速直线运动的比例式,都适用于自由落体运动。 4.v-t图像是一条过原点的倾斜直线(如图所示),斜率k=g。 🎯例4 一物体做自由落体运动,落地时速度是30 m/s(g取10 m/s2)。求: (1)它从开始下落到地面所需时间; (2)它开始下落时离地面的高度; (3)它在最后1 s内下落的高度。 答案　(1)3 s　(2)45 m　(3)25 m 解析　(1)由v=gt,得t== s=3 s。 (2)法一　根据v2=2gh,得下落时离地面的高度 h== m=45 m。 法二　h=t=×3 m=45 m。 法三　h=gt2=×10×32 m=45 m。 法四　作出v-t图像,如图所示。 则h=×3×30 m=45 m。 (3)物体在前2 s内的位移 h2=g=×10×4 m=20 m 所以最后1 s内的位移 x'=h-h2=45 m-20 m=25 m。 📐训练 一名宇航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.小球在第2 s末的速度是20 m/s B.该星球上的重力加速度为4 m/s2 C.小球在第5 s内的平均速度是3.6 m/s D.小球在前5 s内的位移是100 m 答案　B 解析　法一　自由落体运动第1 s内、第2 s内、第3 s内、第4 s内、第5 s内位移之比为x1∶x2∶x3∶x4∶x5=1∶3∶5∶7∶9,设前5 s的位移为x,则x5=x=18 m,解得x=50 m,由匀变速直线运动的位移公式x=g星t2,解得重力加速度为g星=4 m/s2,小球在第2 s末的速度为v2=g星t2=8 m/s,B正确,A、D错误;小球在第5 s内的平均速度为==18 m/s,C错误。 法二　第5 s内的平均速度==18 m/s,则v4.5==18 m/s,由v4.5=g星t4.5得g星=4 m/s2,B正确,C错误;小球在第2 s末的速度v2=g星t2=8 m/s,在前5 s内的位移为x5=g星=50 m,A、D错误。 巩 固 演 练 学以用 · 知以行 1.(自由落体运动的理解)下列关于自由落体运动的说法正确的是(　　) A.自由落体运动是一种初速度为零的匀加速直线运动 B.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 C.在空气中下落的雪花的运动是自由落体运动 D.只在重力作用下的运动必定是自由落体运动 答案　A 解析　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,故A正确;从竖直上升的热气球吊篮中掉下来的物体具有向上的初速度,所以不是自由落体运动,故B错误;在空气中下落的雪花受到的空气阻力不能忽略不计,不是自由落体运动,故C错误;只在重力作用下但初速度不为零的运动不是自由落体运动,故D错误。 2.(自由落体加速度的理解)(多选)下列关于重力加速度的说法正确的是(　　) A.重力加速度g是标量,只有大小,没有方向 B.在地球上的不同地方,g的大小一般是不同的,但差别不大 C.在地球上同一地点,轻石块与重石块做自由落体运动的加速度是相同的 D.纬度越低的地方,重力加速度g值越小 答案　BCD 解析　重力加速度是矢量,方向总是竖直向下。地球上同一地点,一切物体做自由落体运动的加速度都是相同的,地球上不同地方g的大小一般是不同的,但差别不大,纬度越低的地方,g值越小,故选项B、C、D正确。 3.(自由落体运动规律的应用)(2025·贵州安顺期末)悬停的无人机在离地面高为20 m处将救灾物资自由释放,重力加速度g=10 m/s2不计空气阻力。求: (1)救灾物资下落到地面所用的时间; (2)救灾物资着地时速度的大小。 答案　(1)2 s　(2)20 m/s 解析　(1)根据h=gt2 可得t== s=2 s。 (2)救灾物资着地时速度的大小v=gt=20 m/s。 学科网（北京）股份有限公司 $