1、第5節自由落體運動第2章 勻變速直線運動學習目標要求核心素養和關鍵能力1.了解伽利略對自由落體運動的研究方法，領會伽利略的科學思想。2.知道自由落體運動概念，了解物體做自由落體運動的條件。3.理解自由落體運動的加速度，知道它的大小和方向。4.掌握自由落體運動規律，并能解決相關實際問題。1.科學思維伽利略利用斜面實驗沖淡重力和合理的理論外推得出自由落體運動的規律，訓練了學生探究物理問題的思維能力。2.關鍵能力理論推理能力。教材知識梳理知識方法探究隨堂對點自測目錄CONTENTS/課時定時訓練/1.定義：物體只在_作用下從_開始下落的運動，稱為自由落體運動。2.特點(1)運動性質：初速度等于零的勻

2、加速直線運動。(2)受力特點：只受_作用。在實際中物體下落時由于受空氣阻力的作用，物體并不是做自由落體運動，在有空氣的空間，如果空氣阻力的作用比較小，可以忽略，物體的下落可以近似看作自由落體運動。一、自由落體運動的特點重力靜止重力【想一想】運動員打開降落傘下落時，受到的空氣阻力不能忽略，能不能看作自由落體運動？物體的實際下落滿足什么條件可近似看作自由落體運動？答案不能；物體受到的空氣阻力比自身重力小很多可以忽略不計。【判一判】(1)物體從靜止下落的運動是自由落體運動。( )(2)只在重力作用下的運動是自由落體運動。( )(3)空氣中從靜止釋放的鐵球的運動可以看作自由落體運動。( )1.重力加速

3、度(1)定義：物體自由下落時具有的加速度源于物體所受的_作用，稱為重力加速度，通常用g表示。(2)方向：_。(3)大小一般情況下，取g9.8 m/s2，粗略計算時可取g10 m/s2。g值隨緯度升高而增大，隨高度升高而減小。二、自由落體運動的加速度重力豎直向下2.自由落體運動的規律gt【判一判】(1)重力加速度的方向總是垂直向下的。( )(2)赤道上的重力加速度比兩極點的大。( )(3)重力加速度的大小與物體的質量無關。( )1.亞里士多德的觀點：重物比輕物下落得快。2.伽利略的研究(1)歸謬：伽利略從亞里士多德的論斷出發，通過_，否定了亞里士多德的論斷。(2)猜想：伽利略猜想自由落體運動是一

4、種_的變速運動。(3)實驗方法：從直接研究自由落體運動，轉向研究物體在斜面上的運動，然后進行邏輯推理，巧妙克服測量上的困難。三、自由落體運動規律探索回眸邏輯推理最簡單(4)實驗結果小球沿斜面滾下的運動是_運動。只要斜面的傾角一定，小球的加速度都是_的。增大斜面的傾角，小球的加速度隨斜面傾角的增大而_。(5)合理外推：伽利略認為當斜面傾角為_時，小球將自由下落，仍會做_運動。勻變速直線相同增大90勻變速直線探究1自由落體運動的理解情境導入如圖所示，在有空氣的玻璃管中，金屬片比羽毛下落得快，在抽掉空氣的玻璃管中，金屬片和羽毛下落快慢相同。討論下列問題：(1)只受重力作用時，物體下落快慢有什么規律；

5、(2)空氣中的落體運動在什么條件下可看作自由落體運動？答案(1)物體下落快慢相同(2)空氣的阻力作用可以忽略歸納拓展1.自由落體運動是一種理想模型：當自由下落的物體所受的空氣阻力遠小于重力時，物體的運動才可以視為自由落體運動。如空氣中石塊的下落可以看作自由落體運動，空氣中羽毛的下落不能看作自由落體運動。2.物體做自由落體運動的條件(1)初速度為零；(2)只受重力。3.運動特點：初速度為零，加速度為重力加速度g的勻加速直線運動。特別提醒物體在其他星球上也可以做自由落體運動，但下落的加速度與在地球表面下落的加速度一般不同。【例1】 (2021長葛市第一高級中學高一月考)踢毽子是我國民間的一項體育游

6、戲，被人們稱為“生命的蝴蝶”。毽子由羽毛和膠墊組成。在下落時總是膠墊在下羽毛在上，如圖所示，毽子在下落時，下列說法正確的是()DA.毽子在下落過程中做自由落體運動B.因為重的物體總是比輕的物體下落得快，所以膠墊總在下C.如果沒有空氣阻力，也總是出現膠墊在下羽毛在上的現象D.因為空氣阻力存在，所以總是出現膠墊在下羽毛在上的現象解析毽子在自由下落過程，羽毛受到了較大的阻力，故不能看作自由落體運動，故A錯誤；膠墊在下羽毛在上的原因是膠墊單獨下落時加速度大，而不是膠墊重，故B錯誤；如果沒有空氣阻力，膠墊和羽毛單獨下落的加速度相同，一起下落時不存在膠墊拖著羽毛的情況，故C錯誤；因為空氣阻力的存在，所以總

7、是膠墊在下羽毛在上，故D正確。【針對訓練1】 如圖所示，真空玻璃管內的雞毛、銅線由靜止開始下落。能表示銅線在自由下落過程中加速度隨時間變化的圖像是()A解析銅線在自由下落過程中受到的空氣阻力可以忽略不計，所以可以看成是自由落體運動，自由落體運動只受重力，加速度為重力加速度，大小方向均不變，故A正確，B、C、D錯誤。1.對自由落體加速度的理解(1)產生原因：地球上的物體受到地球的吸引力而產生。(2)大小：與在地球上的緯度以及距地面的高度有關。探究2自由落體運動的加速度與緯度的關系在地球表面上，重力加速度隨緯度的增加而增大，即赤道處重力加速度最小，兩極處重力加速度最大，但差別很小與高度的關系在地面

8、上的同一地點，重力加速度隨高度的增加而減小。但在一定的高度內，可認為重力加速度的大小不變2.測定重力加速度的方法(3)滴水法如圖所示，讓水滴自水龍頭滴下，在水龍頭正下方放一個盤，調節水龍頭，讓水一滴一滴地滴下，并調節使第一滴水碰到盤的瞬間，第二滴水正好從水龍頭開始下落，并且能依次持續下去。【例2】 圖中甲、乙兩圖都是使用電磁打點計時器測量重力加速度g的裝置示意圖，已知該打點計時器的打點頻率為50 Hz。(1)甲、乙兩圖相比較，圖_所示的裝置更合理。(2)丙圖是采用較合理的裝置并按正確的實驗步驟進行實驗打出的一條紙帶，其中打出的第一個點標為1，后面依次打下的一系列點跡分別標為2、3、4、5、經測

9、量，第15至第17點間的距離為11.70 cm，第1至第16點間距離為43.88 cm，則打下第16個點時，重錘下落的速度大小為_m/s，測出的重力加速度值為g_m/s2(要求保留3位有效數字)。解析(1)甲圖釋放時更穩定，既能更有效地減小摩擦力，又能保證釋放時初速度的大小為零，所以甲圖更合理。答案(1)甲 (2)2.93 9.78【針對訓練2】 (2021鄭集中學城區校區高一月考)在暗室中用如圖甲所示裝置做“測定重力加速度”的實驗。實驗器材有：支架、漏斗、橡皮管、尖嘴玻璃管、螺絲夾子、接水鋁盒、一根熒光刻度的米尺、頻閃儀。具體實驗步驟如下：甲在漏斗內盛滿清水，旋松螺絲夾子，水滴會以一定的頻率

10、一滴滴地落下。用頻閃儀發出的白閃光將水滴流照亮，由大到小逐漸調節頻閃儀的頻率直到第一次看到一串仿佛固定不動的水滴。用豎直放置的米尺測得各個水滴所對應的刻度。采集數據進行處理。(1)實驗中看到空間有一串仿佛固定不動的水滴時，頻閃儀的閃光頻率滿足的條件是_。(2)實驗中觀察到水滴“固定不動”時的閃光頻率為30 Hz，某同學讀出其中比較遠的水滴到第一個水滴的距離如圖乙所示，根據數據測得當地重力加速度g_m/s2；第8個水滴此時的速度v8_m/s(結果都保留3位有效數字)。乙(3)該值與當地重力加速度有差異的原因是：_。(寫出一個即可)。答案(1)頻閃儀頻率等于水滴滴落的頻率(2)9.722.28(3

11、)水滴在下落過程中受到空氣阻力，使得測量值偏小解析(1)當水滴下落的時間間隔恰好等于頻閃儀的閃光間隔時，我們就觀察不到水滴的運動，看到水滴是靜止的。即頻閃儀頻率等于水滴滴落的頻率時，我們看到一串不動的水滴。1.四個常用公式下面對勻變速直線運動的相關公式和自由落體運動的相關公式進行對比。探究3自由落體運動規律的應用2.vt圖像自由落體運動的vt圖像是一條過原點的傾斜直線，斜率表示重力加速度g。【例3】 比薩斜塔是世界建筑史上的一大奇跡。如圖所示，已知斜塔第一層離地面的高度h16.8 m，為了測量塔的總高度，在塔頂無初速度釋放一個小球，小球經過第一層到達地面的時間t10.2 s，重力加速度g取10

12、 m/s2，不計空氣阻力。(1)求小球下落過程中，通過第一層的平均速度大小；(2)求斜塔離地面的總高度h。【針對訓練3】 (多選)(2021定遠縣育才學校高一月考)如圖所示，一個蘋果從樹上由靜止開始做自由落體運動。經0.5 s落到地面，取重力加速度g10 m/s2。下列說法正確的是()A.該蘋果下落前離地面的高度為1.25 mB.該蘋果在0.10.2 s內的位移大小為0.25 mC.該蘋果在0.2 s時的速度大小為2.5 m/sD.該蘋果在0.20.3 s內的位移大小與在0.30.4 s時間內的位移大小之比為57AD1.(自由落體運動的理解)某同學在探究自由落體運動規律時，從生活情景中選出處于

13、不同狀態的四種物體進行探究，你認為哪一個選項中的物體所做的運動是自由落體運動()A.從樹上飄落的樹葉的運動B.由靜止開始下落的小鋼球的運動C.被運動員推出去的鉛球的運動D.從水面自由落到水底的石子的運動解析從樹上飄落的樹葉，阻力不是遠小于重力，選項A錯誤；由靜止下落的鋼球，由于初速度為0，Gf阻，故可以看成自由落體運動，故選項B正確；被推出去的鉛球，由于初速度v00，故選項C錯誤；從水面自由落到水底的石子，由于f阻不是遠小于重力，故選項D錯誤。BA2.(自由落體運動規律的探索)(2021黑龍江鶴崗一中高一月考)如圖為伽利略研究自由落體運動規律時設計的斜面實驗。他讓銅球在阻力很小的斜面上從靜止滾

14、下，利用滴水計時記錄銅球運動的時間。關于伽利略的“斜面實驗”，下列說法正確的是()A.在傾角較小的斜面上進行實驗,可“沖淡”重力的作用，使測量時間更容易B.伽利略通過對自由落體運動的研究，進行合理外推得出銅球在斜面做勻變速運動C.若斜面傾角一定，不同質量的銅球在斜面上運動時速度變化的快慢不同D.若斜面傾角一定，銅球沿斜面運動的位移與所用時間成正比解析在傾角較小的斜面上進行實驗，可“沖淡”重力的作用，銅球沿斜面運動較慢，使測量時間更容易，故A項正確；伽利略通過銅球在斜面做勻變速運動，進行合理外推得出自由落體運動是勻變速運動，故B項錯誤；若斜面傾角一定，不同質量的銅球在斜面上運動時速度變化的快慢相

15、同，故C項錯誤；若斜面傾角一定，銅球沿斜面運動的位移與所用時間的平方成正比，故D項錯誤。B3.(自由落體運動規律的應用)(2021陜西省渭南中學高一上學期質檢)唐代大詩人李白的“飛流直下三千尺，疑是銀河落九天”描述了廬山瀑布的美景。如果三尺為1 m，則水落到地面的速度約為(設初速度為零，忽略空氣阻力)()A.100 m/s B.140 m/sC.200 m/s D.300 m/s解析下落高度h1 000 m，由v22gh得v140 m/s，B項正確。D4.(自由落體運動規律的應用)(2021宜賓市敘州區第二中學月考)小球從靠近豎直磚墻的某位置由靜止釋放，用頻閃方法拍攝的小球位置如圖中1、2、3

16、和4所示。已知連續兩次閃光的時間間隔均為T，每塊磚的厚度均為d，重力加速度為g，忽略空氣阻力。由此可知小球()題組一自由落體運動的理解1.(多選)下列說法正確的是()A.初速度為零、加速度豎直向下的勻加速直線運動是自由落體運動B.物體僅在重力作用下的運動叫作自由落體運動C.物體只在重力作用下從靜止開始下落的運動叫作自由落體運動D.當物體受到的空氣阻力可以忽略不計時，物體由靜止開始下落的運動可視為自由落體運動解析自由落體運動是物體只在重力作用下由靜止開始下落的運動，選項A、B錯誤，C正確；當空氣阻力比較小，可以忽略不計時，物體由靜止開始下落的運動也可視為自由落體運動，選項D正確。CD2.(多選)

17、對于從蘋果樹上同一高度同時落下的蘋果和樹葉，下列說法正確的是()A.蘋果和樹葉的下落運動都可以看作自由落體運動B.蘋果的下落運動可以近似地看作自由落體運動，樹葉的下落運動不能看作自由落體運動C.假如地球上沒有空氣，則蘋果和樹葉將同時落地D.蘋果先落地是因為其下落時的重力加速度比樹葉的大解析從樹上落下的蘋果所受空氣阻力相對重力很小，可看作自由落體運動，而從樹上落下的樹葉所受空氣阻力相對重力較大，不能看作自由落體運動，同一位置重力加速度是相同的，A、D錯誤，B正確；假如地球上沒有空氣，則蘋果和樹葉不受空氣阻力，都做自由落體運動，下落快慢相同，同時落地，C正確。BC題組二自由落體運動規律的應用3.(

18、2021浙江高一期中)金黃的銀杏落葉是秋天里一道美麗的風景線，實驗高中校園里某銀杏樹上一片巴掌大的樹葉從6 m高的樹梢飄落下來，落到地面的時間可能為()DA.0.5 s B.0.8 s C.1.1 s D.3.5 s4.(2021遼寧省實驗中學東戴河分校)某人在室內以窗戶為背景拍攝照片時，恰好把從房檐落下的一個石子拍攝在照片中，石子可看成質點。形成如圖所示畫面。畫面中的一條線就是石子運動痕跡。痕跡長為0.5 cm，已知曝光時間0.01 s，實際長度為120 cm的窗戶在照片中長度為3.0 cm。請估算石子是從距窗戶頂端多高的地方落下來的()AA.20 m B.30 m C.2 m D.4 m5

19、.(2021廣東汕頭月考)某科技館中有一個展品，該展品放在較暗處，有一個不斷均勻滴水的水龍頭(剛滴出的水滴速度為零)在平行光源的照射下，可以觀察到一種奇特的現象：只要耐心地緩慢調節水滴下落的時間間隔，在適當的情況下，看到的水滴好像都靜止在各自固定的位置不動(如圖中A、B、C、D所示，圖中數值的單位是cm)。要想出現這一現象，所用光源應滿足的條件是(g取10 m/s2)()BA.普通白熾燈光源即可B.頻閃發光，間歇時間約0.14 sC.頻閃發光，間歇時間約0.20 sD.頻閃發光，間歇時間約1.4s解析普通白熾燈光源發出的光是持續的，水滴反射光是持續的，人看到的水滴是運動的，不符合要求；而使用頻

20、閃光源，就可保證在閃光時在A、B、C、D四個位置上都各有一滴水，而且閃光周期不能太長，利用視覺暫留，可知當閃光時間間隔恰好等于相鄰水滴的時間間隔時，水滴好像都靜止在各自固定的位置不動，符合要求，故A錯誤；設光源發光間隔的時間為T，圖中CB0.3 m，BA0.1 m，根據逐差法有CBBAgT2，解得T0.14 s，故B正確，C、D錯誤。6.(多選)如圖是用頻閃周期為t的相機拍攝的一張真空中羽毛與蘋果自由下落的局部頻閃照片。關于提供的信息及相關數據處理，下列說法中正確的是()CD題組三自由落體運動的加速度7.關于自由落體運動的加速度g，下列說法正確的是()A.重的物體的g值大B.同一地點，輕重物體的g值一樣大C.g值在地球上任何地方都一樣大D.g值在赤道處大于在北極處解析在同一地點，輕重物體的g值一樣大，選項A錯誤，B正確；g值隨緯度的升高而增大，選項C、D錯誤。B8.滴水法測重力加速度的過程是這樣的：讓水龍頭的水