2.4自由落体运动(课件)-【扬帆起航系列】高中物理同步备课（人教版2019必修第一册）

2.4 自由落体运动
【扬帆起航系列】2024-2025学年高中物理同步备课必修第一册
授课人：扬帆起航
新人教版（2019）
第二章 匀变速直线运动的研究
01
自由落体运动
02
自由落体加速度
03
自由落体运动的规律
04
典例分析
目录/contents
新课导入
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？在教室内拿两张同样大小的纸，将其中一张揉成一个团。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？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？
自由落体运动
01
生活中常见的下落运动
雪花飘落
苹果下落
露珠下落
见一叶落而知岁之将暮
-----《淮南子?说山训》
生活中的落体现象
跳伞运动
雨滴下落
游乐场设施
亚里士多德
物体下落快慢与什么有关？
物体下落的快慢是由物体本身的重量决定的，
物体越重，下落得越快；反之，则下落得越慢。
亚里士多德(前384-前322):作为一位百科全书式的科学家，他几乎对每个学科都做出了贡献。他的写作涉及伦理学、形而上学、心理学、经济学、神学、政治学、修辞学、自然科学、教育学、诗歌、风俗，以及雅典法律。亚里士多德的著作构建了西方哲学的第一个广泛系统，包含道德、美学、逻辑和科学、政治和玄学。
逻辑的力量
亚里士多德
伽利略
v12＞8
v1=8
v2=4
4?
结论与假设
出现了矛盾！
物体下落的快慢是由物体本身的重量决定的，物体越重，下落得越快；反之，则下落得越慢。
老亚，你错了
重物被轻物拖累
重物轻物
绑一起
实验验证
物体下落快慢与轻重无关
传说中：
世界著名的比萨斜塔实验证明
同时释放外形体积大小材料相同但质量不同的两个小球同时落地。
探究1：什么因素影响物体下落的快慢呢？
实验一
重量大的粉笔和轻薄纸片谁下落得快?
原因：
空气阻力对下落快慢的影响
相同的两张纸，纸团与一张纸呢？
实验二
如果没有空气阻力
只在重力作用下呢？
重量大的粉笔，下落的快
纸团下落的快
探究2：轻重不同的物体下落快慢的研究
有空气时现象：轻的物体下落比重的下落慢。
将牛顿管抽成真空 现象：轻重不同的物体下落快慢相同。
在真空中物体下落快慢与其轻重无关。（没有空气阻力时，只在重力作用下轻重不同的物体下落快慢相同 ）
实验现象：
实验结论：
NASA全球最大的真空实验室------羽毛 保龄球自由落体实验
1、定义：物体只在重力作用下从静止开始下落的运动，叫做自由落体运动。
2、条件：
（1）从静止开始下落（即初速度为零）；
（2）只受重力作用（当空气阻力同重力相比很小，可忽略不计，物体下落也可看作自由落体运动）
自由落体运动
理想化物理模型
【例题】关于自由落体运动，下列说法正确的是 (　　)
A.物体从静止开始下落的运动就是自由落体运动
B.如果空气阻力比重力小得多，空气阻力可以忽略不计，这时由静止开始下落的运动可以看成自由落体运动
C.一个棉花团由静止开始下落的运动是自由落体运动
D.雨滴经过窗子的这段运动可以看作是自由落体运动
自由落体运动是从静止开始、只在重力作用下的运动，A选项中没有明确物体只受重力作用，故错误；D选项中雨滴经过窗子的这段运动的初速度不为零，因而不是自由落体运动，D错误；如果空气阻力可以忽略不计，从静止下落的物体的运动可以看成自由落体运动，B正确，C错误。
解析：
B
探究3:自由落体运动是什么性质的运动呢？
自由落体运动是初速度为零的匀加速直线运动。
自由落体运动
3、自由落体运动的性质：
自由落体加速度
02
2、大小：一般取 g=9.8m/s2 ，粗略计算可取 g=10m/s2 。
方向：竖直向下（垂直于当地水平面向下）。
注意：不是垂直于地面或者支持面，也不是指向地心（赤道和两极指向地心）
1、定义：在同一地点,一切物体在做自由落体运动中的加速度都相同,这个加速度叫自由落体加速度,也叫重力加速度,用g 表示.
自由落体加速度g(重力加速度)
3、同一地点, g相同；不同地点,g不同。
你能尝试解释这个规律吗？ 尝试解释就是做出假设和猜想。
同一纬度，海拔高度增加，g值减小 g低>g高
纬度升高，g值增加 g极地>g赤道
重力加速度的细微变化
结论：纬度升高，g值增大；海拔升高， g值减小
自由落体运动的规律
03
V=V0+at
V - V0 =2aX
2
2
X=V0t + at
2
2
1
匀变速直线运动
自由落体运动
g
g
g
V= gt
V = 2gh
2
h= gt
2
2
1
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。你能写出自由落体运动的规律吗？
h
自由落体运动 (v0=0, a=g , x = h )
试一试
h
自由落体运动的规律
V0=0
a=g
x=h
【例题】屋檐上每隔一定时间滴下一滴水，当第5滴正欲滴下时，第1滴刚好落到地面，而第3滴与第2滴分别位于高1 m的窗子的上、下沿，如图所示。问：(g取10 m/s2)
⑴此屋檐离地面多高？ ⑵滴水的时间间隔是多少？
方法一：用基本公式法求解
设屋檐离地面高为h，滴水的时间间隔为Δt。
则：第2滴的位移
?2=12????3????????2
?
第4滴的位移
?3=12????????????2
?
又由于h2－h4＝1.6 m
由①②③得：Δt＝0.2 s
屋檐高
?=12????4????????2=12×10×4×0.22????=3.2????
?
①
②
③
解：　
【例题】屋檐上每隔一定时间滴下一滴水，当第5滴正欲滴下时，第1滴刚好落到地面，而第3滴与第2滴分别位于高1 m的窗子的上、下沿，如图所示。问：(g取10 m/s2)
⑴此屋檐离地面多高？ ⑵滴水的时间间隔是多少？
解：　
方法二：用平均速度法求解
设滴水间隔为Δt，水滴经过窗子过程中的平均速度
????=?????2????????=45????????
?
由v＝gt得：
下落到第3滴所在位置时的速度为v＝2gΔt
由于????=????,
?
故45????????=2????????????，
?
则Δt＝0.2 s
屋檐高
?=12????4????????2=12×10×4×0.22????=3.2????
?
【例题】屋檐上每隔一定时间滴下一滴水，当第5滴正欲滴下时，第1滴刚好落到地面，而第3滴与第2滴分别位于高1 m的窗子的上、下沿，如图所示。问：(g取10 m/s2)
⑴此屋檐离地面多高？ ⑵滴水的时间间隔是多少？
解：　
方法三：用比例法求解
由于相邻的两水滴的时间间隔相等，则从上到下两相邻水滴的距离之比为
?1:?2:?3:?4=1:3:5:7
?
而第2、4两滴水间距离为1.6m，
所以总高度为
????=1+3+5+73+5×1.6????=3.2????
?
用手机测自由落体加速度
通常人的反应时间大于1/7s
分析：看到释放动作 大脑 手脚
1/7s时间内下落的高度：
h=gt2/2≈10cm
是否可以用一把刻度尺测一下你的反应时间，
测完后大家可以比较一下谁反应快？
动手小游戏
【例题】用如图所示的方法可以测出一个人的反应时间，设直尺从静止开始自由下落，到直尺被受测者抓住，直尺下落的距离为h，受测者的反应时间为t，则下列说法正确的是（ ）
C
【例题】频闪摄影是研究变速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.如图是小球在没有阻力时自由下落的频闪照片，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，单位：cm)
(1)试判断小球的运动是否是匀变速直线运动？(请说出判断依据)
(2)若是匀变速直线运动，加速度是多大？
解：（1）是匀变速直线运动，因为在误差允许范围内小球在连续相等时间内的位移差为定值。
（2）从上到下，两相邻小球间的距离为x1、x2、x3、x4，根据逐差法求加速度
伽利略对自由落体运动的研究
方案设计
困难一：速度无法直接测量
突破：间接验证
困难二：落体运动时间太快，无法准确测量
突破：利用斜面“冲淡”重力，使其加速度减小
质量不同的小球沿同一斜面下落，加速度相同
小球做匀加速直线运动
实验验证
实验验证
质量不同的小球沿同一斜面下落，加速度相同
>增大斜面倾角，加速度变大
>倾角很大，接近落体运动
>倾角900，就是自由落体运动
做自由落体运动的物体加速度相同
伽利略的研究方法：实验+逻辑推理
伽利略的研究（实验与逻辑推理的完美结合）
（1）逻辑归谬：否定亚里士多德
（2）猜想假说：落体运动的规律相同，是一种简单的变速运动。
如V∝t或V∝X
（3）逻辑推理（包括数学演算）：V0=0，则V∝t <=> X∝t2
（4）实验验证（间接）：利用斜面来“冲淡”重力
（5）合理外推：从斜面到竖直的自由落体规律一致

典例分析
04
1、(多选)关于自由落体运动，下列说法正确的是(　　)
A.自由落体运动是一种匀变速直线运动
B.物体刚下落时，速度和加速度都为零
C.物体的质量越大，下落时加速度就越大
D.当地重力加速度为9.8 m/s2，则物体在该处自由下落的过程中，每秒速度都增加9.8 m/s
AD
2、雨滴通常从1500m左右的高度落下，如果没有空气阻力，问经过多长时间落到地面？它落到地面时的速度是多少？
????=2?????=2×15009.8?????≈17.5?????
?
????????=????????=9.8×17.5?m/s=171.5?m/s
?
????=????????????????????
?
讨论：实际上雨滴落到地面的速度不超过8 m/s，说明物体从很高的地方下落时，空气阻力是不可忽略的，有时空气阻力可以大到等于物体的重力。
3、一个物体自由下落，试求：3 s末的速度大小，3 s内的位移大小，3 s内的平均速度大小，第3 s内的位移大小和第3 s内的平均速度大小．（g取10m/s2）
v＝gt，v3＝10×3 m/s＝30 m/s
?=12????????2
?
?3=12×10×32????=45????
?
????=????2
?
????3=????32=12×30????/????=15????/????
?
?2=12×10×22????=20????
?
sⅢ＝s3－s2＝45m－20 m＝25 m，
????Ⅲ=????Ⅲt=251m/????=25????/????
?
4、有一条竖直悬挂起来的长为4.2 m的细杆AB，在杆的正下方离B端0.8 m的地方有一个水平放置的圆环C，如图所示，若让杆自由下落，求：(g取10 m/s2)
(1)从杆下落开始，上端A及下端B到达圆环所经历的时间；
(2)AB杆通过圆环的过程中所用的时间。