2.4 自由落體運動 課件高一上學(xué)期物理人教版（2019）必修第一冊-1

2.4自由落體運動第二章勻變速直線運動的研究（第1課時自由落體運動及實驗）

物體下落的運動是一種常見的運動，你能說出一些生活中的實例嗎？物體下落的運動蘋果下落水龍頭滴水雨滴的下落物體下落的運動樹葉的下落探究：影響物體下落的快慢的因素觀點：

二千多年前，古希臘哲學(xué)家亞里士多德提出：輕重不同的物體下落時，重的物體下落得快，輕的物體下落得慢。他的這一論斷符合人們的常識，以至于其后兩千年的時間，大家都奉為經(jīng)典。亞里士多德（384年－前322年3月7日），古希臘哲學(xué)家，柏拉圖的學(xué)生、亞歷山大大帝的老師。伽利略·伽利萊（GalileoGalilei，1564年2月15日－1642年1月8日），意大利物理學(xué)家、數(shù)學(xué)家、天文學(xué)家及哲學(xué)家，科學(xué)革命中的重要人物。觀點：然而在一千五百年多年以后，伽利略對亞里士多德的論斷表示了懷疑，他認為重量不同的球在下落時同時落地，下落的速度與重量無關(guān)。探究：影響物體下落的快慢的因素伽利略對自由落體的研究1.綿延兩千年的錯誤這個觀點正確嗎？思考：為什么這個錯誤被延續(xù)了兩千多年？研究方法：觀察——思考（直覺）思考：亞里士多德為什么會有錯誤的認識呢？亞里士多德：物體下落的快慢由它們的重量決定。生活常識：重的物體往往比輕的物體先落地。2.邏輯的力量伽利略對自由落體的研究

V12＞8V1=8V2=4

4<V12<8

假設(shè)：重的物體下落得快歸謬法小石頭下落速度4，大石頭下落速度8小石頭拖慢了大石頭：速度應(yīng)為4~8之間總重量變大：速度更該大，大于8伽利略對自由落體的研究

1590年，出生在比薩城的意大利物理學(xué)家伽利略，曾在比薩斜塔上做自由落體實驗，將兩個重量不同的鐵球從相同的高度同時扔下，結(jié)果兩個鐵球幾乎同時落地，由此發(fā)現(xiàn)了自由落體定律，推翻了此前亞里士多德認為的重的物體比輕的物體下落快的觀點。自然界是簡單的，自然界的規(guī)律也是簡單的，物體下落的速度應(yīng)該是均勻變化的。3.猜想與假設(shè)4.實驗驗證困難一：速度無法直接測量突破：間接驗證:若v0＝0，且v∝t必有x∝t2困難二：落體運動時間太短，無法準確測量突破：利用斜面“沖淡”重力，使其加速度減小伽利略對自由落體的研究伽利略對自由落體的研究懷疑者在翻閱亞里士多德的書籍助手利用自己的脈搏測時間伽利略一些貴族伽利略對自由落體的研究伽利略的實驗設(shè)計：“沖淡重力”實驗結(jié)論：

⊙小球做勻加速運動

⊙同一斜面，小球質(zhì)量不同，加速度相同

⊙增大斜面傾角，加速度變大；小球質(zhì)量不同，加速度仍相同。4.實驗驗證伽利略對自由落體的研究5.合理外推⊙質(zhì)量不同的小球從同一斜面滾下，加速度相同；⊙增大斜面傾角，加速度變大；⊙傾角很大，接近落體運動；⊙若傾角增大到90o，就是自由落體運動！伽利略對自由落體的研究6、伽利略的科學(xué)方法觀察現(xiàn)象科學(xué)研究過程的基本要素提出假設(shè)運用邏輯得出推論實驗驗證修正推廣伽利略對自由落體的研究探究：影響物體下落的快慢的因素實驗1：拿一張紙和一個粉筆頭，讓它們從同一高度同時下落，觀察哪一個下落的快？物體下落的快慢與物體的輕重是否有關(guān)呢？實驗現(xiàn)象：粉筆頭下落的快。初步結(jié)論：重的物體比輕的物體下落的快。探究：影響物體下落的快慢的因素實驗2：拿兩張同樣大小的紙，將其中一張揉成紙團，觀察哪一個下落的快？現(xiàn)象：紙團下落的快。思考：兩張紙重量一樣，為什么紙團下落的快？與前面得出的“重的物體比輕的物體下落的快”的結(jié)論相矛盾！探究：影響物體下落的快慢的因素實驗3：拿兩張同樣大小的紙，把其中一張紙片撕去一個角后揉成紙團，和另外一張紙在同一高度同時釋放，觀察哪一個下落的快？現(xiàn)象：紙團下落的快。疑問：輕的物體比重的物體下落的快？這也與前面得出的“重的物體比輕的物體下落的快”的結(jié)論相矛盾！探究：影響物體下落的快慢的因素影響物體下落的快慢的因素是什么呢？空氣阻力那么，如果沒有空氣阻力，輕重不同的物體下落的快慢如何呢？實驗4：牛頓管（抽氣后，就排除了

空氣阻力的影響）探究：影響物體下落的快慢的因素結(jié)論：沒有空氣阻力時，輕重不同的物體下落快慢相同。實驗4現(xiàn)象：在抽成真空的牛頓管中重的鐵片和輕的羽毛下落的一樣快。一、自由落體運動

1.定義：物體只在重力作用下從靜止開始下落的運動，叫做自由落體運動。2.條件：（1）初速度為零；（2）只受重力作用（忽略空氣阻力）。3.自由落體運動是一種理想化模型。在實際生活中當空氣阻力遠小于重力時，可以認為物體只受重力作用，此時物體由靜止下落的運動可以看作自由落體運動。自由落體加速度不同緯度的重力加速度g

物體在自由落體運動中的加速度叫做自由落體加速度，也叫重力加速度。1.定義：在同一地點，一切物體自由下落的加速度都相同。這個加速度就叫做自由落體加速度，也叫重力加速度，通常用g來表示。4.變化規(guī)律：

（1）g隨緯度的增加而增大（赤道g最小，兩極g最大)；（2）g隨高度的增加而減小。2.大?。篻=9.8m/s2

，粗略計算中取g=10m/s2。3.方向：總是豎直向下。二、自由落體加速度

勻變速直線運動自由落體運動2、自由落體運動的規(guī)律(1)基本規(guī)律：1、自由落體運動是勻變速直線運動的特例，即初速度為0，加速度為g的勻加速直線運動。v0=0a=gx=h

三、自由落體運動的規(guī)律v=v0+atx=v0t+1/2at2v2?v02=2axv=gth=gt2v2=2g?舉例

【典例1】(多選)(2020·山西忻州檢測)下列關(guān)于自由落體運動及重力加速度的說法，正確的是(

)A．豎直向下的運動一定是自由落體運動B．熟透的蘋果從樹枝開始自由下落的運動可被視為自由落體運動C．相同地點，輕、重物體的g值一樣大D．g值在赤道處大于在北極處

BCBC

[物體做自由落體運動的條件是初速度為零且只受重力作用，A錯；熟透的蘋果在下落過程中雖受空氣阻力的作用，但該阻力遠小于它的重力，可以忽略該阻力，故可將該運動視為自由落體運動，B對；相同地點，重力加速度相同，與質(zhì)量無關(guān)，C對；赤道處g值小于北極處，D錯。]

舉例【典例2】拿一個長約1.5m的玻璃筒，一端封閉，另一端有開關(guān)，把金屬片和小羽毛放到玻璃筒里，把玻璃筒倒過來，觀察它們下落的情況，然后把玻璃筒里的空氣抽出，再把玻璃筒倒立過來，再次觀察它們下落的情況，下列說法正確的是(

)A．玻璃筒充滿空氣時，金屬片和小羽毛下落一樣快B．玻璃筒充滿空氣時，金屬片和小羽毛均做自由落體運動C．玻璃筒抽出空氣后，金屬片和小羽毛下落一樣快D．玻璃筒抽出空氣后，金屬片比小羽毛下落快

C[玻璃筒內(nèi)有空氣時，形狀和質(zhì)量都不同的幾個物體下落快慢不同，是因為空氣阻力不同，導(dǎo)致加速度不同，故A、B錯誤。玻璃筒內(nèi)沒有空氣時，物體做自由落體運動，因為高度相同，加速度都為g，所以下落得一樣快，故C正確，D錯誤。]

C

【典例3】(多選)(2020·江西臨川二中高一上期末)如圖所示，甲、乙兩物體同時從離地高度為2H和H的位置自由下落，不計空氣阻力，甲的質(zhì)量是乙質(zhì)量的2倍，則(

)A．甲落地的時間是乙落地時間的2倍B．甲落地時的速率是乙落地時速率的倍C．甲、乙落地之前，二者之間的豎直距離保持不變D．甲、乙落地之前，加速度不斷增大舉例BC

1、打點計時器法

(1)按如圖所示連接好實驗裝置，打點計時器固定在鐵架臺上，紙帶一端系著重物，另一端穿過計時器。用手捏住紙帶上端，啟動打點計時器，松手后重物自由下落，計時器在紙帶上留下一串小點。改變重物的質(zhì)量，重復(fù)上面的實驗。

(2)對紙帶上計數(shù)點間的距離h進行測量，利用hn－h(huán)n－1＝gT2，求出重力加速度的大小。四、重力加速度的測量方法

四、重力加速度的測量方法

重力加速度的測量方法四、重力加速度的測量方法重力加速度的測量方法四、重力加速度的測量方法

【典例1】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、一根帶熒光刻度的米尺、頻閃儀。具體實驗步驟如下：①在漏斗內(nèi)盛滿清水，旋松螺絲夾子，水滴會以一定的頻率一滴滴地落下。②用頻閃儀發(fā)出的白閃光將水滴流照亮，由大到小逐漸調(diào)節(jié)頻閃儀的頻率直到第一次看到一串仿佛固定不動的水滴。③用豎直放置的米尺測得各個水滴所對應(yīng)的刻度。④采集數(shù)據(jù)進行處理。甲乙舉例(1)實驗中觀察到水滴“固定不動”時的閃光頻率為30Hz，某同學(xué)讀出其中比較遠的水滴到第一滴水滴的距離如圖乙所示，根據(jù)數(shù)據(jù)測得當?shù)刂亓铀俣萭＝______m/s2；第7滴水滴此時的速度v7＝______m/s。(結(jié)果均保留三位有效數(shù)字)(2)該實驗存在的系統(tǒng)誤差可能有(答出一條即可)：________________________。舉例[解析](1)由題意可知，由大到小逐漸調(diào)節(jié)頻閃儀的頻率直到第一次看到一串仿佛固定不動的水滴，說明相鄰兩次閃光的時間間隔，剛好等于相鄰水滴下落的時間間隔，該時間間隔為T＝f-1＝30-1s，根據(jù)逐差法，重力加速度g＝([(43.67－26.39)－(26.39－13.43)]×10－2m)/4T2＝9.72m/s2，第7滴水滴此時的瞬時速度v7＝((26.39－13.43)×10－2m)/2T＝1.94m/s。(2)存在空氣阻力，會對水滴的運動產(chǎn)生影響；水滴滴落的頻率不恒定也會對實驗產(chǎn)生影響。[答案]

(1)9.72

1.94

(2)存在空氣阻力(或水滴滴落的頻率變化)【典例2】某同學(xué)用如圖所示的裝置測定重力加速度：(1)電火花計時器的工作電壓為________，頻率為________。(2)打出的紙帶如圖所示，實驗時紙帶的________(填“甲”或“乙”)端應(yīng)和重物相連接。(3)紙帶上1至9各點為計時點，由紙帶所示數(shù)據(jù)可算出實驗時的加速度為_______m/s2。(4)當?shù)氐闹亓铀俣葦?shù)值為9.8m/s2，請列出測量值與當?shù)刂亓铀俣鹊闹涤胁町惖囊粋€原因_____________________________________________________。舉例舉例[解析](1)由于電火花計時器直接接入照明電路，其工作電壓為220V，頻率為50Hz。(2)由于各點之間時間均為0.02s，點間距離較小處重物下落較慢，由此可知，乙端與重物相連。(3)由xⅡ－xⅠ＝aT2得x6－x1＝5aT2，由此可得a＝(x6－x1)/5T2＝（3.92-2.04）10-2/50.022＝9.40m/s2。[答案](1)220V

50Hz(2)乙(3)9.40(4)重物拖著紙帶下落時受到摩擦力和空氣阻力作用，加速度必然小于重力加速度。

為了測出井口到水面的距離，讓一個小石塊從井口自由下落，經(jīng)過2.5s后聽到石塊擊水的聲音，估算井口到水面的距離。解：以豎直向下為正方向，設(shè)井口到水面的距離為h。五、自由落體運動在生活中的應(yīng)用1、測高度2、測反應(yīng)時間◆反應(yīng)時間：人從發(fā)現(xiàn)情況到采取相應(yīng)行動經(jīng)過的時間?！舨僮鳎阂晃煌瑢W(xué)捏住尺子的上端，保持直尺豎直不動，你用一只手在直尺的零刻度處做握住木尺的準備。當看到那位同學(xué)放開手時,你立即握住木尺?！糇x數(shù)：直尺下落的距離，即為你所捏處的刻度值。◆處理：根據(jù)位移公式可計算出直尺下落的時間。◆結(jié)論：直尺下落的時間就是你的反應(yīng)時間。五、自由落體運動在生活中的應(yīng)用

【典例3】《上海晚報》曾報道過這樣一則動人的事跡：一位4歲小男孩從45米的高層塔樓墜下，被同樓的一位青年在樓下接住，幸免于難.這位青年從他所在