第2章 5 自由落体运动（PPT同步课件）-【学而思】2026-2027学年高一物理必修第一册分层练习（教科版）

该高中物理课件聚焦自由落体运动和竖直上抛运动，系统梳理定义、性质、加速度、运动规律及应用。通过实验揭示“重快轻慢”源于空气阻力，结合伽利略探究过程引入，以匀变速直线运动规律为基础推导公式，搭建从现象到规律再到应用的学习支架。 其亮点在于融合科学思维与科学探究，通过伽利略归谬推理培养质疑创新，知识辨析（如铁钉与棉花下落问题）深化概念理解，追及相遇典例（车辆超车情境）强化模型建构与科学论证。助力学生形成运动观念和解决实际问题能力，为教师提供结构化教学资源与实例支撑。

5　自由落体运动 知识点 1 自由落体运动 知识 清单破 1.对下落物体的认识 　　通过实验说明造成“重快轻慢”的真正原因是:空气对物体的阻碍作用不同。 2.自由落体运动 (1)定义:物体只在重力作用下由静止开始下落的运动。 (2)性质:初速度为零的匀加速直线运动。 第1讲　描述运动的基本概念 1.发现问题:伽利略通过归谬推理推翻了亚里士多德的“重的物体比轻的物体下落快”的说 法。 2.提出猜想:他认为自然界总是习惯于运用最简单和最容易的手段行动。由此,提出了一个猜 想:物体下落的过程是一个速度随时间均匀增大的过程,其速度与时间成正比,即v∝t,基于v∝ t的假设又得出物体下落的距离与时间的平方成正比的推论,即x∝t2。 知识点 2 伽利略对落体运动规律的探究 第1讲　描述运动的基本概念 1.概念:在同一地点,一切物体自由下落的加速度都相同,这个加速度叫自由落体加速度,也叫 重力加速度,用g表示。 2.方向:竖直向下。 3.大小:在地球上纬度和海拔不同的区域,重力加速度的数值略有不同,在赤道处最小,两极处 最大,一般计算中常取g=9.8m/s2或g=10 m/s2。 知识点 3 自由落体加速度 第1讲　描述运动的基本概念 自由落体运动是初速度为0的匀加速直线运动,且加速度为g。将匀变速直线运动的公式中的 v0取为0,a取为g,x换为h,就可以得到自由落体运动的公式。 匀变速直线运动规律 自由落体运动规律     知识点 4 自由落体运动的规律 第1讲　描述运动的基本概念 1.定义:将物体以某一初速度v0竖直向上抛出,物体只在重力作用下所做的运动就是竖直上抛 运动。 2.运动的性质:往返的加速度为g的匀变速直线运动。 3.运动的规律 速度公式:v=v0-gt 位移公式:h=v0t- gt2 速度与位移关系式:v2- =-2gh 上升到最高点的时间t=  上升的最大高度H=  知识点 5 竖直上抛运动 第1讲　描述运动的基本概念 知识辨析 1.一个铁钉和一团棉花同时从同一高处下落,总是铁钉先落地,这是因为铁钉的重力加速度比 棉花团的重力加速度大吗? 2.正在竖直上升的气球上掉下一个纽扣,纽扣的运动是自由落体运动吗? 3.做竖直上抛运动的物体,在上升过程中,速度变化量的方向是竖直向下的吗? 4.做自由落体运动的物体质量越大,下落得越快。这种说法正确吗? 提示 提示 提示 提示 1.不是。在同一地点,一切物体的重力加速度都相同。之所以铁钉先落地,是因为棉花受的空气阻力不能忽略。 2.不是。物体只在重力作用下且由静止开始下落的运动才是自由落体运动,纽扣刚离开气球时有向上的速度,故不是自由落体运动。 3.是。在竖直上抛过程中,根据Δv=gΔt,g方向竖直向下,可知速度变化量Δv的方向也竖直向下。 4.不正确。物体下落快慢与质量无关。 第1讲　描述运动的基本概念 　　对于有一定长度且不能看作质点的物体,比如说直杆、铁链,计算其自由下落经过某点 (或某段圆筒等)所用时间时,由于直杆、铁链有一定的长度,因此经过这一点(或某段)时不是 一瞬间,而是一段时间。解决这类问题的关键是选准研究过程,找到与这段过程的起点和终 点相对应的位移。 如图所示,悬挂的直杆AB长为a,在B端以下h处有一长为b的无底圆柱筒CD,不计空气阻力,若 将悬线剪断,直杆做自由落体运动。   关键能力 定点破 定点 1 非质点的自由落体运动 第1讲　描述运动的基本概念 　　在计算杆通过圆柱筒的时间时,既不能将杆视为质点,又不能将圆柱筒视为质点,此时要 注意确定杆完全通过圆柱筒的时间及其所对应的下落高度。直杆下端B、整个直杆AB穿过 圆柱筒的示意图分别如图甲、乙所示。     第1讲　描述运动的基本概念 1.竖直上抛运动的特点 (1)对称性(仅讨论抛出点上方的运动) ①时间的对称性   　　如图所示,物体以初速度v0竖直上抛,A、B为途中的任意两点,C为最高点,则物体上升过 程中从A到C所用的时间tAC与下降过程中从C到A所用的时间tCA相等,同理tBC=tCB,tAB=tBA。 ②速度的对称性 　　物体上抛时的初速度与物体下落到抛出点时的速度大小相等、方向相反。物体上升阶 段和下落阶段经过同一位置时的速度大小相等、方向相反。 定点 2 竖直上抛运动的研究 第1讲　描述运动的基本概念 (2)多解性 　　物体通过抛出点上方的某一点对应两个时刻,因为物体可能处于上升阶段,也可能处于 下落阶段。 2.竖直上抛运动的处理方法 (1)分段分析法 　　把竖直上抛运动的全过程分为上升阶段和下落阶段,上升阶段做初速度为v0、加速度大 小为g的匀减速直线运动,下落阶段做自由落体运动。 (2)全程分析法 取初速度的方向为正方向,把竖直上抛运动看成一个初速度为v0、加速度为-g的匀变速直线 运动,则h=v0t- gt2,v=v0-gt,v2- =-2gh。据此可推知物体能上升的最大高度H= ,上升到最大 高度所需的时间t= ,从抛出到回到抛出点的时间t'= 。 第1讲　描述运动的基本概念 1.自由落体运动与竖直上抛运动中的物体相遇问题 (1)当两个物体从不同位置先后做自由落体运动,或两个物体分别做自由落体运动与竖直上 抛运动时,两物体在空中相遇的条件都是两物体在同一时刻位于同一位置。 (2)解答上述两个物体的相遇问题,可以以地面为参考系,结合位移关系和时间关系求解;也可 以以其中一个物体为参考系,则另一物体相对其做匀速直线运动,根据相对位移和时间关系 求解。 (3)对两个分别做自由落体运动与竖直上抛运动的物体在空中相遇的问题,还可以结合竖直 上抛运动的临界条件如“恰好到达最高点”“恰好返回地面”等,求解上升过程或下降过程 相遇的条件等。 定点 3 自由落体运动和竖直上抛运动的综合问题 第1讲　描述运动的基本概念 2.竖直上抛运动和自由落体运动中的多体问题 　　竖直上抛运动和自由落体运动中的多体问题一般具有如下特征: (1)每个物体都经历相同的运动过程; (2)前后两个物体开始运动的时间差相等。 　　对此类问题,如水龙头滴水、杂技演员连续抛球、直升机定点空投等,可把多体问题转 化为单体问题后进行求解。 第1讲　描述运动的基本概念 　 讲解分析 1.追及、相遇问题综述 　　当两个物体在同一直线上运动时,由于两物体的运动情况不同,所以两物体之间的距离 会不断发生变化,这时就会涉及追及、相遇或避免碰撞等问题。需要注意,只要后面物体的 速度有可能大于前面物体的速度,都可以谈追及问题。 (1)追及问题 ①若后者能追上前者,则追上时,两者处于同一位置,后者的速度一定不小于前者的速度。 ②若后者追不上前者,则当后者的速度与前者的速度相等时,两者相距最近。 (2)相遇问题 学科素养 题型破 题型 追及、相遇问题 第1讲　描述运动的基本概念 ①同向运动的两物体追及即相遇,此时两物体的位移大小之差等于开始时两物体间的距离。 ②相向运动的两物体,当各自发生的位移大小之和等于开始时两物体的距离时即相遇。 2.追及问题中的“一个条件”“两个关系” (1)一个条件:两者速度相同。它往往是能够追上、追不上或两者距离最大、最小的临界条 件,也是分析判断的切入点。 (2)两个关系:时间关系和位移关系。 时间关系指两物体运动时间是否相等,两物体是同时运动还是一先一后运动;位移关系指两 物体是同地开始运动还是一前一后开始运动,其中通过画运动示意图找到两物体间的位移关 系是解题的突破口。 3.常见的追及、相遇问题 (1)速度小者追速度大者 第1讲　描述运动的基本概念 图像 说明 匀加速 追匀速   a.t=t0以前,后面物体与前面物 体间距离增大; b.t=t0时,两物体相距最远,为x0 +Δx(x0为开始时两物体间的 距离); c.t=t0以后,后面物体与前面物 体间距离减小; d.能追上且只能相遇一次 匀速追 匀减速   匀加速 追匀 减速   第1讲　描述运动的基本概念 (2)速度大者追速度小者 图像 说明 匀减速 追匀速   设x0为开始时两物体间的距 离,开始追时,后面物体与前 面物体间距离在减小,当两物 体速度相等时,即t=t0时刻: a.若Δx=x0,则恰能追上,两物 体只能相遇一次,这也是避免 相撞的临界条件; b.若Δx<x0,则不能追上,此时 两物体间距离最小,为x0-Δx; c.若Δx>x0,则相遇两次,设t1时 刻Δx1=x0,两物体第一次相遇, 则t2时刻两物体第二次相遇 匀速追 匀加速   匀减速 追匀 加速   第1讲　描述运动的基本概念 4.追及、相遇问题的解题思路 (1)根据对两物体运动过程的分析,画出两物体运动的示意图或v-t图像,找到临界状态和临界 条件。 (2)根据两物体的运动性质,分别列出两物体的位移方程,注意要将两物体运动时间的关系反 映在方程中。 (3)由运动示意图找出两物体位移间的关联方程,这是解题关键。 (4)联立方程求解,并对结果进行简单分析。 第1讲　描述运动的基本概念 典例呈现 例题 　如图所示为车辆行驶过程中借道超车的情境。图中A、B两车相距L=5 m时,B车正以 vB=54 km/h的速度匀速行驶,A车正以vA=72 km/h的速度借道超越同向行驶的B车,此时A车司 机发现前方不远处有一辆汽车C正好迎面驶来,A车司机不得不放弃超车,并立即驶回到与B 车相同的正常行驶车道。不考虑变道过程中A车速度的变化和位移的侧向变化,车辆加速、 减速均视为匀变速直线运动。   (1)A车至少以多大的加速度刹车,才能避免与B车相撞【1】? 第1讲　描述运动的基本概念 (2)若A车驶回原车道时,司机估计会有与B车相碰的危险,立即以大小为aA=2 m/s2的加速度刹 车,同时鸣笛发出信号提醒B车司机加速,B车司机经过t0=1 s的反应时间【2】后,立即以aB=1 m/s2 的加速度匀加速行驶。请通过计算分析A车会不会追尾B车。若不追尾,求两车间最近距离; 若追尾,则B车司机做出反应后至少以多大加速度匀加速行驶才能避免事故发生?(不计A车司 机的反应时间)。 第1讲　描述运动的基本概念 信息提取    【1】“至少”意味着临界状态:A车减速到与B车共速时,恰好没有与B车相碰。 【2】在反应时间内,B车仍然做匀速直线运动。 思路点拨    (1)速度大的A车减速追匀速运动的B车,两车共速时,若不能相碰,则此后不会相 碰。利用平均速度公式【3】求出达到共速过程中A车的位移,并根据匀速直线运动规律【4】求 出B车行驶的位移,根据位移关系【5】联立方程求解达到共速过程所用的时间,再利用速度-时 间公式【6】求解A车的加速度。 (2)速度大且做减速运动的A车追先匀速后加速运动的B车,若两车速度相等时不相撞,则以后 就不会相撞,利用速度-时间公式求解两车达到共速所用的时间,再根据位移关系列式即可求 解加速度。 第1讲　描述运动的基本概念 解析    (1)A车减速到与B车共速时,若恰好没有与B车相碰,则A车将不会与B车相碰(由【1】 得到),设该过程经历的时间为t,由题意知vA=72 km/h=20 m/s,vB=54 km/h=15 m/s A车的位移为xA= (vA+vB)t(由【3】得到) B车的位移为xB=vBt(由【4】得到) xA-xB=L(由【5】得到) 联立解得t=2 s 则A车与B车不相撞,刹车时的最小加速度大小为a= =2.5 m/s2(由【6】得到) (2)B车司机反应的1 s内,A车的位移x1=vAt0- aA =19 m B车的位移为x2=vBt0=15 m(由【2】得到) 所以B车开始加速时,两车相距x3=L-(x1-x2)=1 m 第1讲　描述运动的基本概念 假设还需要t1两车共速,则(vA-aAt0)-aAt1=vB+aBt1(由【6】得到) 解得t1=1 s t1时间内A车的位移为 x4=(vA-aAt0)t1- aA =17 m B车的位移为x5=vBt1+ aB =15.5 m 由于x4-x5>x3,所以两车会相撞。(由【5】得到) 设B车的最小加速度为a0,B车加速t2后,与A车共速,有vB+a0t2=(vA-aAt0)-aAt2(由【6】得到) t2时间内A车的位移为x6=(vA-aAt0)t2- aA  B车的位移为x7=vBt2+ a0  A、B车恰好不相撞时,有x6-x7=x3(由【5】得到) 联立各式解得a0=2.5 m/s2 第1讲　描述运动的基本概念 答案    (1)2.5 m/s2    (2)会追尾    2.5 m/s2 素养解读    本题以车辆行驶过程中借道超车为情境,考查了追及、相遇问题,提升了学生信 息提取、过程分析、临界条件把握、科学推理的能力,培养学生的科学思维核心素养,同时 提醒人们安全行驶,文明行车。 第1讲　描述运动的基本概念 $