第2章 4 自由落体运动(Word讲义)-【满分思维】2026-2027学年高中物理必修第一册学生用书（人教版）

本讲义聚焦自由落体运动核心知识点，从历史研究（亚里士多德与伽利略观点）切入，通过定义、条件理解运动本质，再到重力加速度的大小、方向及影响因素，最后应用匀变速直线运动公式解决问题，辅以填空、辨析、例题等学习支架构建完整知识脉络。 该资料突出科学思维与科学探究融合，通过伽利略“冲淡重力”实验推理（科学推理）、玻璃筒抽气对比实验（模型建构），及打点计时器、频闪摄影测量重力加速度（实验探究），培养学生运动观念与证据分析能力。课中助力教师引导学生深化理解，课后通过例题反思与实验误差分析，帮助学生查漏补缺，提升解决实际问题的能力。

4　自由落体运动 学习任务一　对自由落体运动的理解 [教材链接] 阅读教材,完成下列填空. (1)历史上对落体运动的研究 ①亚里士多德对落体运动的观点是“ 　 　”.  ②伽利略用推理与实验相结合的方法得出:物体下落的运动中,重的物体与轻的物体应该下落得　　　　.  (2)自由落体运动 ①定义:物体只在　　　　作用下从　　　　开始下落的运动叫作自由落体运动.  ②做自由落体运动的条件:①只受　　　　作用(空气阻力忽略不计);②初速度　　　　.  【辨别明理】 1.从静止下落的物体的运动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 [2026·河北邢台一中高一月考] 如图所示,大致反映了伽利略对自由落体运动研究的实验和推理过程,则 (　) A.伽利略利用斜面“冲淡”重力,便于测量小球运动的加速度 B.实验验证了小球在斜面上运动的速度平方与位移成正比 C.伽利略通过数学推算并用实验验证小球在斜面上从静止开始运动的位移与所用时间平方成正比 D.丁图是实验现象,甲、乙、丙图是经过合理外推得到的结论 [反思感悟] 　   例2 [2026·广东广州六中高一月考] 拿一个长约1.5 m的玻璃筒,一端封闭,另一端有开关,把金属片和小羽毛放到玻璃筒里.把玻璃筒倒立过来,观察它们下落的情况,然后把玻璃筒里的空气抽出,再把玻璃筒倒立过来,再次观察它们下落的情况,下列说法正确的是 (　) A.玻璃筒充满空气时,金属片和小羽毛下落一样快 B.玻璃筒充满空气时,金属片和小羽毛均做自由落体运动 C.玻璃筒抽出空气后,金属片和小羽毛下落一样快 D.玻璃筒抽出空气后,金属片比小羽毛下落快 [反思感悟] 　   【要点总结】 自由落体运动是一种理想化模型 ,忽略次要因素——空气阻力,突出主要因素——重力;如果空气阻力远小于重力,则可忽略空气阻力,此时物体自由释放就可视为做自由落体运动. 学习任务二　自由落体加速度 [教材链接] 阅读教材,完成下列填空. (1)自由落体加速度:在　　　　地点,一切物体自由下落的加速度都　　　　,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)自由落体加速度的值:在地球表面上不同地方,g的大小一般是不同的,通常g可以取　　　　　或10 m/s2 ;自由落体加速度的方向　　　　　　　.  【辨别明理】 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,质量大的物体重力加速度大. (　) 例3 关于重力加速度的说法正确的是 (　) A.质量越大的物体,其下落时的重力加速度越大 B.纬度越高,重力加速度越大 C.重力加速度的方向垂直地面向下 D.树叶从树枝落下时由于阻力原因,其下落的重力加速度变小 [反思感悟] 　     【要点总结】 1.自由落体加速度——重力加速度 产生 原因 由于地球上的物体受到地球的吸引而产生 大小 与物体质量无关,与在地球上所处的位置及距地面的高度有关 与纬度 的关系 在地球表面上,重力加速度随纬度的增加而增大,在赤道处重力加速度最小,在两极处重力加速度最大,但差别很小 大小 与高度 的关系 在地面上的同一地点,随着高度的增加,重力加速度减小;在较小的高度范围内,可认为重力加速度不变 方向 竖直向下 2.不同星球表面的重力加速度可能不同,如月球表面的重力加速度是地球表面的重力加速度的六分之一. 学习任务三　自由落体运动规律的应用 [教材链接] 阅读教材,完成下列填空. (1)自由落体运动是初速度v0=　　　　、加速度a=　　　　的　　　　　　　　运动.  (2)基本公式 匀变速直线运动的公式均适用于自由落体运动,即: ①速度公式:　　　　　　　　;  ②位移公式:　　　　　　　　.  例4 (多选)[2026·浙江学军中学高一月考] 某物体做自由落体运动,从释放时开始计时,下列速度v、位移x、加速度a随时间t变化的图像中,与自由落体运动规律相符合的是 (　) A B C D [反思感悟] 　   例5 [2026·北京大兴区高一期中] 在救援中,无人机被广泛用来定点投放物资.有三架无人机a、b、c悬停在空中,分别将悬挂的物资由静止释放,已知a、b、c离地面的高度之比h1∶h2∶h3=3∶2∶1,不计空气阻力,则 (　) A.物资下落到地面的时间之比为ta∶tb∶tc=3∶2∶1 B.物资下落到地面的时间之比为ta∶tb∶tc=∶∶1 C.物资到达地面时的速度大小之比是va∶vb∶vc=3∶2∶1 D.物资到达地面时的速度大小之比是va∶vb∶vc=9∶4∶1 [反思感悟] 　       【要点总结】 自由落体运动的三点注意 规律 相同 任何物体做自由落体运动时,运动规律都相同 运动 速度 由v=gt知,运动时间越长,则速度越大,运动速度与时间成正比;由v=知,下落高度越大,则速度越大,下落高度决定速度的大小 下落 时间 由h=gt2得t=,即自由落体运动的时间由下落的高度决定 素养提升 测自由落体的加速度 自由落体加速度实验是物理学中非常重要的实验之一. 1.实验器材 以下是一些常用的自由落体加速度测量器材: (1)打点计时器 (2)数字快门,例如光电门、频闪照片等 光电门是一种可以测量物体运动速度和加速度的仪器.它通过发射一束光线并在物体通过时检测光线的中断时间来计算物体运动的速度和加速度.光电门通常具有高精度、高灵敏度等特点,可以有效地帮助我们测量自由落体加速度. 2.误差来源及影响 (1)空气阻力:空气对物体的运动产生阻力,因此在自由落体实验中,空气的存在会导致物体下落速度变慢. (2)摩擦力:物体与接触物之间存在摩擦力,在实验中可能会影响物体下落的加速度. (3)仪器误差:测量仪器本身存在一定的误差,如计时器、尺子等. 这些误差可能会导致实验结果偏离真实值,因此需要采取相应的方法来减小其影响. 示例1　用如图甲所示的装置研究自由落体运动的规律.已知打点计时器的工作频率为50 Hz. (1)部分实验步骤如下: A.测量完毕,关闭电源,取出纸带 B.把打点计时器固定在夹板上,让纸带穿过限位孔 C.启动电源,待打点计时器工作稳定后放开重物 D.使重物停靠在打点计时器附近,重物与纸带相连 上述实验步骤的正确顺序是　　　　. (2)图乙中标出的A、B、C、D、E中相邻两个计数点之间还有4个点未画出,则计数点C对应的瞬时速度大小为vC=　　　　 m/s(计算结果保留三位有效数字). (3)根据实验记录的数据计算出重物的加速度大小为g=　　　　 m/s2(计算结果保留三位有效数字). 示例2　频闪摄影是研究运动常用的实验手段.在暗室中,照相机的快门处于常开状态,频闪仪每隔一定时间发出一次短暂的强烈闪光,照亮运动的物体,于是胶片上记录了物体在几个闪光时刻的位置.某兴趣小组为研究自由落体运动,拍摄了如图甲所示的小钢球自由下落过程的频闪照片,频闪仪每隔0.04 s闪光一次.照片中的数字是小球距起落点的距离. 甲  (1)兴趣小组的同学在实验时没有记录照片中数字的单位,你认为这些数字的单位应该是　　　　.(选填“mm”“cm”或“m”) (2)在明确好单位后,兴趣小组的同学设计了如下表格,记录小球的运动过程,请你将表格补充完整.  位置 O A B C D 位置坐标 0 0.8 3.2 7.1 12.5 瞬时速度(m/s) 0 0.40 　  1.16 1.56 (3)请你根据表格中的数据在图乙中绘制v⁃t图像. (4)根据绘制的v⁃t图像,得出当地重力加速度大小为　　　　 m/s2(结果保留两位有效数字). (5)请你列举一条本实验测量重力加速度可能导致实验误差的原因　　　　　　　　　　　. 乙  1.(自由落体运动)[2025·河北正定中学高一期中] 关于物体的下落运动,伽利略和亚里士多德持有不同的观点.在真空中,将羽毛和苹果同时从同一高度由静止释放,并拍下频闪照片,下列图片最符合事实的是 (　) A B C D 2.(重力加速度及对自由落体运动的理解)在忽略空气阻力的情况下,让一轻一重的两块石块从同一高度同时自由下落,则关于两块石块的运动情况,下列说法正确的是 (　) A.重的石块落得快,先着地 B.轻的石块落得快,先着地 C.重的石块下落的末速度大 D.两块石块在下落时间段内的平均速度相等 3.(自由落体运动规律的应用)[2026·湖北襄阳四中高一月考] 小明做家务时,发现家里自来水的出水情况有这样的特点:当水流不太大时,从水龙头中连续流出的水会形成水柱且可以看成自由落体运动,从上往下越来越细,如图所示.水柱的横截面可视为圆,在水柱上取两个横截面A、B,A到水龙头的距离与A到B的距离之比为1∶3.则A、B的直径之比d1∶d2为 (　) A.2∶1 B.1∶2 C.∶1 D.1∶ 学科网（北京）股份有限公司 $ 4　自由落体运动 [教材链接] (1)①物体下落的快慢与它的轻重有关,重的物体下落得快　②同样快　 (2)①重力　静止　②重力　等于零 【辨别明理】 1.×　2.×　3.√　4.× 例1　C　[解析] 由于当时用滴水法计时,无法记录自由落体的较短时间,伽利略设计了让铜球沿阻力很小的斜面滚下,来“冲淡”重力的作用效果,而小球在斜面上运动的加速度要比它竖直下落的加速度小得多,所用时间长得多,所以容易测量运动时间,故A错误;伽利略设想物体下落的速度与时间成正比,因为当时无法测量物体的瞬时速度,所以伽利略通过数学推导证明如果速度与时间成正比,那么位移与时间的平方成正比,故B错误,C正确;伽利略做了上百次实验,并通过抽象思维在实验结果上做了合理外推,甲、乙、丙图是实验现象,丁图是经过合理外推得到的结论,故D错误. 例2　C　[解析] 抽出空气前,金属片和小羽毛受到空气阻力的作用,不是自由落体运动,羽毛受到的空气阻力大,所以加速度小,下落得慢,故A、B错误;抽出空气后金属片和小羽毛都不受空气阻力作用,只受重力作用,都做加速度为重力加速度的自由落体运动,下落得一样快,故C正确,D错误. [教材链接] (1)同一　相同　(2)9.8 m/s2　竖直向下 【辨别明理】 1.√　2.√　3.×　4.× 例3　B　[解析] 物体下落的重力加速度大小与质量大小无关,A错误;纬度越高,离两极越近,则重力加速度越大,B正确;重力加速度的方向竖直向下,C错误;树叶从树枝落下时由于阻力原因,其下落的加速度变小,但重力加速度大小不变,D错误. [教材链接] (1)0　g　匀加速直线　(2)①v=gt　②x=gt2 例4　AC　[解析] 根据v=gt,可知v⁃t图像为过原点的倾斜直线,故A正确;根据x=gt2,可知x⁃t图像为抛物线,故B错误;根据x=gt2,可知x⁃t2图像为过原点的倾斜直线,故C正确;自由落体运动的加速度恒定为g,故D错误. 例5　B　[解析] 根据h=gt2,解得t=∝,可知物资下落到地面的时间之比为ta∶tb∶tc=∶∶1,故A错误,B正确;根据v2=2gh,解得v=∝,可知物资到达地面时的速度大小之比是va∶vb∶vc=∶∶1,故C、D错误. 素养提升 示例1　(1)BDCA　(2)2.18　(3)9.73 [解析] (1)先安装实验器材,后穿纸带,再连接重物,启动电源后释放纸带,打点完毕后关闭电源,取出纸带,并选择纸带进行数据处理,整理好实验器材.所以上述实验步骤的正确顺序是BDCA. (2)打点计时器的工作频率为50 Hz,即每隔0.02 s打一次点,每相邻两计数点之间还有4个计时点未画出,故T=0.1 s,在匀变速直线运动中,平均速度大小等于中间时刻的瞬时速度大小,有vC== m/s=2.18 m/s (3)根据逐差法,可求出加速度大小为g== m/s2=9.73 m/s2. 示例2　(1)cm　(2)0.79　(3)如图所示　(4)9.7　(5)空气阻力(或测量误差) [解析] (1)由自由落体运动规律h=gt2可算出小球在最初的0.04 s内下落的高度约为0.008 m,所以图中数字的单位应该是cm; (2)B位置的瞬时速度是A到C过程的平均速度,则有vB===0.79 m/s; (4)由图像斜率表示重力加速度可得g== m/s2=9.7 m/s2. (5)测出的重力加速度值小于实际值,原因可能是空气阻力或测量误差等. 随堂巩固 1.C　[解析] 羽毛和苹果仅受重力作用,均做自由落体运动,相同时间内通过的位移逐渐增大,运动规律相同.故选C. 2.D　[解析] 两石块都做自由落体运动,运动规律相同且具有相同的加速度,由于从同一高度下落,所以落地时间一定相同,末速度相同,故A、B、C错误.因h、t相同,故=一定相同,D正确. 3.C　[解析] A到水龙头的距离与A到B的距离之比为1∶3,根据自由落体规律v2=2gh,可得经过A、B处的水流速度大小之比为v1∶v2=1∶2,取很短的相同的时间Δt,对于连续稳定的水流,单位时间流过任一横截面的水的体积是恒定的,可得πv1Δt=πv2Δt,联立可得A、B的直径之比d1∶d2为∶1.故选C. 学科网（北京）股份有限公司 $