2.2 自由落体运动的规律 （教学课件）物理沪科版必修第一册

该高中物理课件聚焦自由落体运动规律，涵盖概念、速度公式v=gt、位移公式h=1/2gt²、速度与高度关系v²=2gh及重力加速度等核心知识点。课堂导入先回顾伽利略对落体运动的研究，通过问题“能否直接实验验证”衔接，借助反射式位移传感器实验获取v-t图像，构建从历史探究到实验验证的知识支架。 其亮点在于以科学探究为核心，通过反射式位移传感器和频闪照片两种实验方法测重力加速度，结合v-t图像面积用无限分割与逼近法推导位移公式，培养科学思维与物理观念。典例分析及月球自由落体等课堂练习联系实际，助力学生深化规律应用，教师可依托清晰流程与多样化实验提升教学效率。

物理必修第一册 •沪科版 第二章 匀变速直线运动 第2节 自由落体运动的规律 学习目标 01 实验：探究自由落体运动的规律 知道如何用实验得出自由落体运动的规律。 02 自由落体运动的规律 掌握自由落体运动的规律，并完成相关计算。 教学重难点 教学难点 教学重点 1. 知道物体做自由落体运动的条件，知道自由落体加速度的大小和方向。 2. 掌握自由落体运动规律，并能解决相关实际问题。 用逐差法测自由落体运动的加速度。 知识回顾：伽利略对落体运动的研究 伽利略的实验验证： 实验结论：小球在斜面上做的是从静止开始的、速度随时间均匀增加的运动。 根据这样的推理可得，自由落体运动是从静止开始的、速度随时间均匀增加的变速直线运动。下落的快慢与质量无关。 当斜面倾角趋近于90°时，小球的运动接近自由落体运动，此时的值最大，且与质量m无关。 知识回顾：伽利略对落体运动的研究 问题： 伽利略发现自由落体运动是由静止开始的、速度随时间均匀增加的变速直线运动。可是，速度与时间的关系是通过观测下落的高度与时间的关系间接证实的；落体运动的结论是从斜面实验中“外推”出来的。我们能否通过实验直接研究自由落体运动并探索其运动规律呢？ 知识点1 实验探究自由落体运动的规律 自由落体运动的速度与时间满足何种运动规律？ 实验器材：反射式位移传感器 实验原理： 自由落体运动的速度与时间满足何种运动规律？ 数据处理： 在上述活动中，如果将物体从静止开始下落的时刻记为0,那么物体下落的v-t图像为一条经过原点的直线，如图2-9所示。这说明速度v与下落时间t成正比，即v=kt,k为常量。这种速度随时间均匀增加的直线运动称为匀加速直线运动。 自由落体运动的速度与时间满足何种运动规律？ 数据处理： 根据加速度的定义可得，该直线的斜率k就是这段运动的速度变化量△v与所用时间△t的比。该比值就是下落物体的加速度的大小。 自由落体运动的速度与时间满足何种运动规律？ 数据处理： 在上述活动中，我们在同一地点，选择不同质量的“重物”做自由落体实验，发现它们均做匀加速直线运动，其加速度的数值在误差允许的范围内相等。 在物理学中，把自由落体运动的加速度称为重力加速度(gravitational acceleration),并用字母g来表示，方向竖直向下。 物体做自由落体运动时，其速度v与时间t的关系为： v=gt 知识点：重力加速度 在地球上不同的地点测量发现，重力加速度g的大小会随纬度改变。表2-2中列出了地球上部分地点的重力加速度的大小。通常把重力加速度的大小取为9.8m/s²。 自由落体运动的位移与时间满足何种运动规律？ 匀速直线运动的特点： 在任意相等的时间间隔 Δt 内，物体的位移相等，图中小矩形的面积表示物体在 Δt 时间内的位移，即 Δx1 = v1Δt = Δx2 做匀速直线运动物体 的 v-t 图像 自由落体运动的位移与时间满足何种运动规律？ 自由落体运动的 v-t 图像：图中直线与时间轴所包围的“面积”就是自由落体运动经过时间 t 的位移大小 v-t 图像与时间轴所包围的“面积”表示位移 自由落体运动的位移与时间满足何种运动规律？ 知识拓展：对于速度随时间变化的直线运动，可以把整个运动时间分成n个小的时间间隔，且由于时间间隔△t很小，在每一个△t内物体的运动可近似看作匀速直线运动。我们用这种分时间间隔的匀速直线运动近似描述变速直线运动。从v-t图像上看，就是用“台阶”状的折线图像去无限逼近变速直线运动的图像，从而将匀速直线运动中v-t图像与时间轴包围的“面积”表示位移的结论推广到变速直线运动中。这是物理学中把“变”转化为“不变”进行研究的重要方法，称为无限分割与逼近的方法。这种方法在物理学的研究中有着广泛的应用。 v-t 图像与时间轴所包围的“面积”表示位移 知识点2 自由落体运动的规律 知识点：自由落体运动的规律 自由落体运动的速度公式： 自由落体运动的位移公式： 将以上两式联立，消去时间 t，推得自由落体运动的速度 v与下落高度 h 之间的关系为： 自由落体运动的概念：物体只在重力作用下从静止开始下落的运动。 如果下落的过程中，受到的空气阻力比较小可以忽略，则也可以近似看成自由落体运动，自由落体运动是一个理想化模型。 典例分析 探究新知 典例1．(多选)下列说法正确的是(　　) A．初速度为零、加速度竖直向下的匀加速直线运动是自由落体运动 B．仅在重力作用下的运动叫作自由落体运动 C．物体只在重力作用下从静止开始下落的运动叫作自由落体运动 D．当空气阻力可以忽略不计时，物体由静止开始自由下落的运动可视为自由落体运动 【答案】　CD 【详解】　自由落体运动是物体只在重力作用下由静止开始下落的运动，选项A、B错误，C正确．当空气阻力比较小，可以忽略不计时，物体由静止开始自由下落的运动可视为自由落体运动，选项D正确． 典例分析 探究新知 典例2．(多选)一小球从空中足够高的地方由静止释放，不计空气阻力(g取10 m/s2)．下列说法正确的是(　　) A．第2 s末小球的速度为20 m/s B．前2 s内小球的平均速度为20 m/s C．第2 s内小球的位移为10 m D．前2 s内小球的位移为20 m 【答案】AD 【详解】小球做自由落体运动，第2 s末小球的速度为v＝gt＝10×2 m/s＝20 m/s，故A正确；前2 s内小球的位移为h2＝gt2＝×10×4 m＝20 m，前2 s内小球的平均速度为＝＝ m/s＝10 m/s，故B错误，D正确；第1 s内小球的位移为h1＝gt12＝×10×12 m＝5 m，故第2 s内小球的位移为Δh＝h2－h1＝20 m－5 m＝15 m，故C错误． 知识点3 实验：测自由落体加速度 方法一：用位移传感器测重力加速度 实验器材：反射式位移传感器 数据处理：在v-t图中，斜率即为加速度g 方法二：用频闪照片/打点计时器测重力加速度 实验原理：频闪照相机可以间隔相等的时间拍摄一次，记录做自由落体运动的物体在各个时刻的位置，如图： 等效于每隔相等时间释放一个小球的空间位置分布。 根据匀变速直线运动的推论相邻间隔高度差Δh＝gT2可求出重力加速度 典例分析 探究新知 典例1．一个小球做自由落体运动的频闪照片如图所示，照片拍摄时的频闪时间间隔为s。已知上海的重力加速度g＝9.794m/s2。请通过计算说明，是否在上海地区拍摄的小球运动。 【答案】　不是在上海拍摄的自由落体运动 【详解】根据逐差法可得0.4422m-0.1104m=2Δh=2gT2，物体下落的加速度a=＝9.84m/s2；大于上海的重力加速度，故不是在上海拍摄的自由落体运动。 课堂练习 课堂练习 探究新知 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．加速度等于重力加速度的运动就是自由落体运动 C．在自由落体运动过程中，不同质量的物体运动规律相同 D．物体做自由落体运动位移与时间成正比 【答案】C 【详解】解：A、自由落体运动是物体从静止开始只在重力作用下的运动，物体竖直向下的运动不一定是自由落体运动。故A错误。 B、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，加速度等于重力加速度的运动不一定是自由落体运动。故B错误。 C、自由落体运动的加速度与物体的质量无关，是常量，其运动规律与质量无关，即不同质量的物体运动规律相同。故C正确。 D、由h=1/2gt2得知：物体做自由落体运动位移比时间的平方成正比。故D错误。 课堂练习 探究新知 2．未来的某天，一位同学在月球表面上做自由落体实验。让一个小球从一定的高度自由下落，测得小球在第5s内的位移是7.2m，此时小球还未落到月球表面。小球在4.5s时的速度为 　 　 m/s；月球表面的重力加速度大小为 　 　 m/s2；小球在前5s内的位移大小为 　 　 m。 【答案】7.2，1.6，20。 【详解】解：自由落体运动中，第t秒内的位移等于前t秒的位移减去前（t﹣1）秒的位移。设月球表面的重力加速度大小为g'，则有Δh=12g′t2−12g′(t−1)2，其中Δh＝7.2m，t＝5s，解得g'＝1.6m/s2。 根据自由落体的速度公式，可得小球在4.5s末的速度为v＝g't'＝1.6×4.5m/s＝7.2m/s。 根据自由落体的位移公式，可得小球在前5s内的位移大小为h=12g′t2=12×1.6×52m＝20m。 课堂练习 探究新知 3．如图是一张在真空实验室里拍摄的羽毛与苹果同时下落的局部频闪照片。已知频闪照相机的频闪周期为T。下列说法中正确的是（　　） A．x1:x2:x3一定满足x1:x2:x3＝1:3:5 B．羽毛下落到B点的速度大小为 C．苹果在C点的速度大小为2gT D．羽毛下落的加速度大小为 【详解】解：A、只有初速度为零的匀变速直线运动，从开始计时，连续相等时间内位移之比为x1：x2：x3＝1：3：5，A点不一定是起点，故A错误； B、根据匀变速直线运动中，某段时间内中间时刻的瞬时速度等于该过程的平均速度可得，羽毛下落到B点的速度大小为：v=，故B错误； C、如果A点是起点，苹果在C点的速度大小为vC＝2gT，题目无此条件，故C错误； D、根据“逐差法”可得羽毛下落的加速度大小为：a=，故D正确。 D 课后作业 探究新知 作业 内容 同步作业 完成课后作业：“课时巩固精练” 自主安排 配套同步分层作业 谢谢聆听 谢谢聆听 $