2.4 自由落体运动 分层作业 -2026-2027学年高一上学期物理同步备课系列（粤教版必修第一册）

**基本信息** 高中物理新授课同步练，分层设计明确，基础层强化自由落体核心概念与公式应用，提升层注重科学思维与实验探究，构建从单一到综合的知识巩固路径。 **分层设计** |层次|知识覆盖|设计特色| |----|----------|----------| |A基础巩固|自由落体运动条件、规律、公式直接应用|以选择、基础计算为主，如第1题辨析阻力对下落影响，第6题落地时间与速度计算，强化运动观念| |B能力提升|伽利略研究方法、实验数据处理、多过程问题|含科学史（第7题逻辑顺序）、实验题（第12题纸带分析）、综合计算（第15题自由落体+匀减速），培养科学思维与探究能力|

第4节　自由落体运动 分层作业 　A　基础巩固　 1．如图所示，一个两端封闭的玻璃管，其中一端有一个开关，玻璃管可以与外界相通，把质量不相同的铁片和羽毛放到玻璃管中。第一次实验：打开开关使管内空气与大气连通，玻璃管竖直放置，让铁片和羽毛从玻璃管顶端同时开始下落，观察物体下落的情况。第二次实验：把玻璃管里的空气抽出去，再次观察物体下落的情况。则下列说法正确的是（　　） A．这两次实验，羽毛下落均可近似看作自由落体运动 B．第一次实验中，铁片和羽毛下落时间相同，加速度相同 C．第二次实验中，铁片和羽毛下落时间相同，加速度相同 D．采用第二次实验的方法，在东莞和北京分别做该实验，铁片下落的时间相同 【答案】C 【详解】A．第一次实验中，玻璃管内有空气，羽毛受到的空气阻力相对于其重力来说不可忽略，其下落不是自由落体运动。第二次实验中，玻璃管内是真空，羽毛只受重力作用，其下落是自由落体运动，A错误； B．第一次实验中，玻璃管内有空气，铁片和羽毛都受到重力和空气阻力。羽毛的质量 小，所以羽毛的加速度远小于铁片的加速度，它们下落的时间、加速度均不相同，B错误； C．第二次实验中，玻璃管内是真空，铁片和羽毛都不受空气阻力，只受重力作用，做自由落体运动，所以它们的加速度相同，运动的时间相同，C正确； D．第二次实验是自由落体运动，下落时间。由于重力加速度 g 的大小随地理纬度的增加而增大。 北京的纬度高于东莞，所以北京的重力加速度 g 大于东莞的重力加速度 g。因此，在同一高度下落，铁片在北京下落的时间会比在东莞下落的时间短，D错误。 故选C。 2．某兴趣小组用频闪摄影的方法研究自由落体运动，实验中把一高中物理课本竖直放置，将一小钢球从与书上边沿等高处静止释放，如图所示，忽略空气阻力，已知物理课本长度约为，则频闪频率约为（　　） A．36Hz B．28Hz C．20Hz D．12Hz 【答案】D 【详解】由题图可知，设闪光周期为T，钢球从物理课本上边沿到下边沿经过4次闪光，可知钢球下落时间为，钢球做自由落体运动 又 解得 故选D。 3．自由下落的物体，第1s内下落的高度与第2s内下落的高度之比为（　　） A．1：3 B．1：4 C．1：2 D．1：1 【答案】A 【详解】物体第1s内下落的高度为 物体第2s内下落的高度为 则有 故选A。 4．小球从高h处做自由落体运动，落地的速度为v。若将高度提高到2h，则小球落地时的速度为（　　） A．v B． C．2v 【答案】B 【详解】根据自由落体运动的速度位移关系 下落2h有 两式联立得 故选B。 5．近年来，高空抛物伤人事件频频发生，最高人民法院发布的相关文件中明确指出抛物人需承担相应的法律责任。若某一小物体从距离地面45m的高空位置由静止释放下落，不计空气阻力，取。下列说法正确的是（    ） A．小物体刚开始下落时的初速度为零，加速度也为零 B．小物体经过的时间落到地面 C．小物体落地前瞬时速度的大小为 D．小物体在下落过程中速度变化率越来越大 【答案】B 【详解】A．小物体做自由落体运动，刚开始下落时的初速度为零，加速度为g，故A错误； B．根据，代入数据解得s，故B正确； C．根据速度—时间公式解得，故C错误； D．小物体在下落过程中的速度变化率即为重力加速度，大小不变，故D错误； 故选B。 6．某人从离地面高的空中从静止释放一小球，小球自由落下，取，求： (1)小球经过多长时间落到地面； (2)小球的落地速度大小。 【答案】(1)5s (2)50m/s 【详解】（1）根据 可得 （2）小球的落地速度大小 　B　能力提升　 7．伽利略对自由落体运动的研究，是科学实验和逻辑思维的完美结合。该过程的研究顺序正确的是（　　） ①数学推理：如果，初速度为零的匀变速直线运动应符合 ②合理外推：当倾角等于90°时，斜面运动变为自由落体运动，速度应该是均匀增大的 ③实验验证：小球在斜面上运动符合，说明小球的速度是均匀增大的 ④猜想假设：自由落体运动是最简单的变速运动，即 A．④①③② B．④③①② C．①④③② D．④①②③ 【答案】A 【详解】伽利略对自由落体的研究顺序先是猜想假设、再进行数学推理、实验验证、最后是合理外推几个步骤，即伽利略的研究过程顺序是④①③②。 故选A。 8．小明用高速相机拍下一幅水滴下落的照片，如图所示，其中第4滴水刚要离开屋檐，若滴水的时间间隔相同，第2滴水与第3滴水的实际间距为0.15m，取重力加速度，不计空气阻力，则图中第1滴水的运动时间为（　　） A．0.1s B．0.4s C．0.3s D．0.45s 【答案】C 【详解】设滴水的时间间隔为，则有 解得 则图中第1滴水的运动时间为 故选C。 9．从距地面一定高度处自由释放一个小球（可视为质点），最后1s内位移是第1s内位移的7倍，重力加速度g取10m/s2，则小球释放点距地面的高度为（　　） A．25m B．30m C．45m D．80m 【答案】D 【详解】小球第1s内的位移 因此最后1s内位移 设小球总下落时间为，则 化简解得 因此 故选D。 10．假设宇航员在某行星上从一定高度处由静止释放一重物，不计空气阻力，测得下落过程中前5s内重物的位移为75m，后5s内重物的位移为165m，则下列说法正确的是（   ） A．物体下落的时间为9s B．该行星表面的重力加速度大小为 C．重物下落过程中，任意相邻2s内的位移之差为24m D．重物全程的平均速度为12m/s 【答案】BC 【详解】B．根据题意，设行星表面的重力加速度为g，前5s内重物的位移为75m，由自由落体运动公式，有 解得，故B正确； A．设物体下落的时间为t，根据位移-时间公式，有 解得t=8s，故A错误； C．根据题意，由逐差法有 其中，可得任意相邻2s内的位移之差为，故C正确； D．根据题意可知，全程下落的高度为 则重物全程的平均速度为，故D错误。 故选BC。 11．如图所示，一水龙头损坏后不能完全关闭，有水滴从水龙头管口由静止开始不断下落，每隔0.1s滴下一滴水。若第1滴水刚落地时，第5滴水恰好离开水龙头管口，不计空气阻力，重力加速度取。下列说法正确的是（　　） A．水龙头管口距离地面的高度为1.25m B．落地前，水滴1、2的速度差恒定为1m/s C．水滴1、2的落地时间差大于水滴3、4的落地时间差 D．落地前，水滴1、2之间的距离与水滴3、4之间的距离差值保持不变 【答案】BD 【详解】A．第1滴水刚落地时，第5滴水恰好离开水龙头管口，可知第1滴水在空中的运动时间为0.4s，由自由落体公式，得水龙头管口离地面的高度为0.8m，故A错误； B．水滴2刚滴下时，水滴1具有一定的速度，水滴2滴下后二者具有相同的加速度，水滴1相对于水滴2向下做匀速直线运动，二者速度差保持不变，速度差，故B正确； C．每滴水滴下后在空中运动的时间都相同，故相邻的两滴水落地的时间差不变，都等于水滴下的时间间隔0.1s，故C错误； D．由可知：水滴1、2之间距离与水滴3、4之间距离差值保持不变，故D正确。 故选BD。 12．某实验小组用图甲中装置研究自由落体运动的规律，实验使用频率为50Hz的交流电源。 (1)实验中重物应选下列两个物体中的________。 A．边长为3cm的铁块 B．边长为3cm的塑料方块 (2)图乙中纸带________（填“左”或“右”）端与重物相连。 (3)按正确的操作步骤多次实验后，该同学得到一条点迹清晰纸带的部分如图乙所示，图中A、B、C、D、E、F、G为纸带上相邻的点。已知，，，，，，则在打E点时，重物下落的速度大小为________m/s，测出重物的加速度大小为________。（结果均保留三位有效数字） (4)通过图像也可以得出重力加速度，并且能剔除偶然误差较大的数据，提高实验的准确程度。若丙图中的图像的斜率为k，则重力加速度________（用k表示）。 (5)若重力加速度测量值与当地重力加速度的值有差异的一个原因________。 【答案】(1)A (2)左 (3) 1.75 9.72 (4) (5)由于重物下落过程，存在一定的空气阻力和摩擦阻力，使得重力加速度的测量值小于真实值。 【详解】（1）为了减小空气阻力的影响，实验中重物应选边长为3cm的铁块。故A正确，B错误。 故选A。 （2）重物做加速运动，相同时间内通过的位移越来越大，则图乙中纸带左端与重物相连。 （3）[1]打点计时器打点时间间隔为 在打E点时，重物下落的速度大小为 [2]根据逐差法可得重物的加速度大小为 （4）由自由落体运动规律可得 则 重力加速度 （5）由于重物下落过程，存在一定的空气阻力和摩擦阻力，使得重力加速度的测量值小于真实值。 13．某学习小组利用如图甲所示的装置测量当地重力加速度．将小球从某位置静止释放，当小球从光电门中经过时，光电门1、光电门2记录它的遮光时间分别为、．两光电门的高度差为h，测得实验时所用小球的直径为d（d很小）．当地重力加速度记为g，完成下面的问题：（计算结果均用题中字母表示） (1)小球通过光电门1时的速度大小______． (2)若小球做自由落体运动，则应满足关系式______． (3)多次调节两光电门之间的高度差h，并同时记录对应的、，获得多组实验数据后，某同学作出h与的关系图像如图乙所示，并测得图像的斜率为k，则当地重力加速度______． 【答案】(1) (2) (3) 【详解】（1）小球通过光电门1时的速度大小 （2）小球做自由落体运动，由匀变速直线运动规律有 其中小球通过光电门2时的速度大小 代入后得到 （3）对（2）中表达式变形有，则在h与图像中， 解得 14．从离地面的空中自由落下一个小球，不计空气阻力，取。求： (1)小球经过多长时间落到地面； (2)小球下落2s时的速度； (3)自小球开始下落计时，求小球在最后2 s内的位移大小 【答案】(1) (2) (3) 【详解】（1）小球做自由落体运动，由      代入数据得 （2）由运动学公式得    代入数据得小球下落2s时的速度 （3）前10s内的位移大小为    代入数据得 故最后2s内的位移大小为     代入数据得 15．一种巨型娱乐器械的环形座舱套装在竖直柱子上，座舱被升降机送到离地面的高处由静止自由落下，落到离地面高时，制动系统开始启动，使座舱做匀减速运动，到达地面时刚好停下。不计空气阻力，重力加速度g取。求： (1)座舱自由落体的时间； (2)座舱开始减速时的速度大小； (3)座舱减速过程中的加速度大小。 【答案】(1)4s (2)40m/s (3)40m/s2 【详解】（1）根据 座舱自由落体的时间t=4s （2）座舱开始减速时的速度大小 （3）根据 解得 座舱减速过程中的加速度大小40m/s2。 学科网（北京）股份有限公司 $ 第4节　自由落体运动 分层作业 　A　基础巩固　 1．如图所示，一个两端封闭的玻璃管，其中一端有一个开关，玻璃管可以与外界相通，把质量不相同的铁片和羽毛放到玻璃管中。第一次实验：打开开关使管内空气与大气连通，玻璃管竖直放置，让铁片和羽毛从玻璃管顶端同时开始下落，观察物体下落的情况。第二次实验：把玻璃管里的空气抽出去，再次观察物体下落的情况。则下列说法正确的是（　　） A．这两次实验，羽毛下落均可近似看作自由落体运动 B．第一次实验中，铁片和羽毛下落时间相同，加速度相同 C．第二次实验中，铁片和羽毛下落时间相同，加速度相同 D．采用第二次实验的方法，在东莞和北京分别做该实验，铁片下落的时间相同 2．某兴趣小组用频闪摄影的方法研究自由落体运动，实验中把一高中物理课本竖直放置，将一小钢球从与书上边沿等高处静止释放，如图所示，忽略空气阻力，已知物理课本长度约为，则频闪频率约为（　　） A．36Hz B．28Hz C．20Hz D．12Hz 3．自由下落的物体，第1s内下落的高度与第2s内下落的高度之比为（　　） A．1：3 B．1：4 C．1：2 D．1：1 4．小球从高h处做自由落体运动，落地的速度为v。若将高度提高到2h，则小球落地时的速度为（　　） A．v B． C．2v 5．近年来，高空抛物伤人事件频频发生，最高人民法院发布的相关文件中明确指出抛物人需承担相应的法律责任。若某一小物体从距离地面45m的高空位置由静止释放下落，不计空气阻力，取。下列说法正确的是（    ） A．小物体刚开始下落时的初速度为零，加速度也为零 B．小物体经过的时间落到地面 C．小物体落地前瞬时速度的大小为 D．小物体在下落过程中速度变化率越来越大 6．某人从离地面高的空中从静止释放一小球，小球自由落下，取，求： (1)小球经过多长时间落到地面； (2)小球的落地速度大小。 　B　能力提升　 7．伽利略对自由落体运动的研究，是科学实验和逻辑思维的完美结合。该过程的研究顺序正确的是（　　） ①数学推理：如果，初速度为零的匀变速直线运动应符合 ②合理外推：当倾角等于90°时，斜面运动变为自由落体运动，速度应该是均匀增大的 ③实验验证：小球在斜面上运动符合，说明小球的速度是均匀增大的 ④猜想假设：自由落体运动是最简单的变速运动，即 A．④①③② B．④③①② C．①④③② D．④①②③ 8．小明用高速相机拍下一幅水滴下落的照片，如图所示，其中第4滴水刚要离开屋檐，若滴水的时间间隔相同，第2滴水与第3滴水的实际间距为0.15m，取重力加速度，不计空气阻力，则图中第1滴水的运动时间为（　　） A．0.1s B．0.4s C．0.3s D．0.45s 9．从距地面一定高度处自由释放一个小球（可视为质点），最后1s内位移是第1s内位移的7倍，重力加速度g取10m/s2，则小球释放点距地面的高度为（　　） A．25m B．30m C．45m D．80m 10．假设宇航员在某行星上从一定高度处由静止释放一重物，不计空气阻力，测得下落过程中前5s内重物的位移为75m，后5s内重物的位移为165m，则下列说法正确的是（   ） A．物体下落的时间为9s B．该行星表面的重力加速度大小为 C．重物下落过程中，任意相邻2s内的位移之差为24m D．重物全程的平均速度为12m/s 11．如图所示，一水龙头损坏后不能完全关闭，有水滴从水龙头管口由静止开始不断下落，每隔0.1s滴下一滴水。若第1滴水刚落地时，第5滴水恰好离开水龙头管口，不计空气阻力，重力加速度取。下列说法正确的是（　　） A．水龙头管口距离地面的高度为1.25m B．落地前，水滴1、2的速度差恒定为1m/s C．水滴1、2的落地时间差大于水滴3、4的落地时间差 D．落地前，水滴1、2之间的距离与水滴3、4之间的距离差值保持不变 12．某实验小组用图甲中装置研究自由落体运动的规律，实验使用频率为50Hz的交流电源。 (1)实验中重物应选下列两个物体中的________。 A．边长为3cm的铁块 B．边长为3cm的塑料方块 (2)图乙中纸带________（填“左”或“右”）端与重物相连。 (3)按正确的操作步骤多次实验后，该同学得到一条点迹清晰纸带的部分如图乙所示，图中A、B、C、D、E、F、G为纸带上相邻的点。已知，，，，，，则在打E点时，重物下落的速度大小为________m/s，测出重物的加速度大小为________。（结果均保留三位有效数字） (4)通过图像也可以得出重力加速度，并且能剔除偶然误差较大的数据，提高实验的准确程度。若丙图中的图像的斜率为k，则重力加速度________（用k表示）。 (5)若重力加速度测量值与当地重力加速度的值有差异的一个原因________。 13．某学习小组利用如图甲所示的装置测量当地重力加速度．将小球从某位置静止释放，当小球从光电门中经过时，光电门1、光电门2记录它的遮光时间分别为、．两光电门的高度差为h，测得实验时所用小球的直径为d（d很小）．当地重力加速度记为g，完成下面的问题：（计算结果均用题中字母表示） (1)小球通过光电门1时的速度大小______． (2)若小球做自由落体运动，则应满足关系式______． (3)多次调节两光电门之间的高度差h，并同时记录对应的、，获得多组实验数据后，某同学作出h与的关系图像如图乙所示，并测得图像的斜率为k，则当地重力加速度______． 14．从离地面的空中自由落下一个小球，不计空气阻力，取。求： (1)小球经过多长时间落到地面； (2)小球下落2s时的速度； (3)自小球开始下落计时，求小球在最后2 s内的位移大小 15．一种巨型娱乐器械的环形座舱套装在竖直柱子上，座舱被升降机送到离地面的高处由静止自由落下，落到离地面高时，制动系统开始启动，使座舱做匀减速运动，到达地面时刚好停下。不计空气阻力，重力加速度g取。求： (1)座舱自由落体的时间； (2)座舱开始减速时的速度大小； (3)座舱减速过程中的加速度大小。 学科网（北京）股份有限公司 $