1、第第4节节 自由落体运动自由落体运动核核心心素素养养物理观念物理观念科学思维科学思维科学探究科学探究科学态度与科学态度与责任责任1.知道自由落体知道自由落体运动的条件。运动的条件。2.知道自由落体知道自由落体加速度的大小和加速度的大小和方向。方向。1.通过自由落体运动模型的建构，体会通过自由落体运动模型的建构，体会伽利略对自由落体运动的研究方法，领伽利略对自由落体运动的研究方法，领悟伽利略的科学思想。悟伽利略的科学思想。2.掌握自由落体运动的规律，并能解决掌握自由落体运动的规律，并能解决相关实际问题。相关实际问题。1.通过实验测量自由落通过实验测量自由落体加速度的大小。体加速度的大小。2.利用
2、自由落体运动规利用自由落体运动规律测量人的反应时间。律测量人的反应时间。培养实事求培养实事求是的态度，是的态度，增强运动规增强运动规律服务生产律服务生产生活的意识。生活的意识。知识点一自由落体运动知识点一自由落体运动观图助学观图助学1.定义：定义：物体只物体只在在作用作用下下从从开始开始下落的运动。下落的运动。2.特点特点（1）运动性质：初速度）运动性质：初速度等于等于的的匀加速直线运动。匀加速直线运动。（2）受力特点：）受力特点：只受重力只受重力 作用。作用。不受其他不受其他力力在实际中物体下落时由于受空气阻力的作用，物体并不是做自由落体运动，在有空在实际中物体下落时由于受空气阻力的作用，物
3、体并不是做自由落体运动，在有空气的空间，如果空气阻力的作用比较小，可以忽略，物体的下落可以近似看作自由气的空间，如果空气阻力的作用比较小，可以忽略，物体的下落可以近似看作自由落体运动。落体运动。思考判断思考判断（1）物体从静止下落的运动是自由落体运动。）物体从静止下落的运动是自由落体运动。（）（2）只在重力作用下的运动是自由落体运动。）只在重力作用下的运动是自由落体运动。（）（3）空气中从静止释放的铁球的运动可以看作自由落体运动。）空气中从静止释放的铁球的运动可以看作自由落体运动。（）重力重力静止静止零零知识点二自由落体加速度知识点二自由落体加速度观图助学观图助学同一地点重力加速度同一地点重力
4、加速度g的大小是相同的，在地球的不同地方，的大小是相同的，在地球的不同地方，g的值略有不同。如果的值略有不同。如果没有特别说明一般按没有特别说明一般按9.8 m/s2计算。计算。1.定义定义：在同一地点，一切物体自由下落的加速度：在同一地点，一切物体自由下落的加速度都都。这个加速度叫作自由这个加速度叫作自由落体加速度，也叫作重力加速度，通常用落体加速度，也叫作重力加速度，通常用g表示。表示。2.方向：方向：竖直向下。竖直向下。3.大小大小（1）一般）一般g9.8 m/s2，粗略计算，粗略计算g10 m/s2。（2）g值随纬度升高而增大，随高度升高而减小。值随纬度升高而增大，随高度升高而减小。思
5、考判断思考判断（1）重力加速度的方向总是垂直向下的。）重力加速度的方向总是垂直向下的。（）（2）赤道上的重力加速度比两极点的大。）赤道上的重力加速度比两极点的大。（）（3）重力加速度的大小与物体的质量无关。）重力加速度的大小与物体的质量无关。（）相同相同知识点三自由落体运动规律知识点三自由落体运动规律自由落体运动是初速度为自由落体运动是初速度为0的匀加速直线运动，把的匀加速直线运动，把v00和和 ag代入匀变速直线运动的公式可得代入匀变速直线运动的公式可得（1）速度公式：）速度公式：v _（2）位移公式：）位移公式：x _（3）速度）速度位移公式：位移公式：v2_gt2gx自由落体运动自由落体
6、运动如图所示，在有空气的玻璃管中，金属片比羽毛下落得快如图所示，在有空气的玻璃管中，金属片比羽毛下落得快，在在抽掉空气的玻璃管中，金属片和羽毛下落快慢相同。抽掉空气的玻璃管中，金属片和羽毛下落快慢相同。（1）为什么物体下落快慢相同？）为什么物体下落快慢相同？（2）空气中的落体运动在什么条件下可看作自由落体运动？）空气中的落体运动在什么条件下可看作自由落体运动？答案答案（1）因为没有空气阻力（）因为没有空气阻力（2）空气的阻力作用可以忽略）空气的阻力作用可以忽略观察探究观察探究核心要点核心要点探究归纳探究归纳1.自由落体运动是一种自由落体运动是一种 理想模型理想模型当自由下落的物体所受的空气阻力
7、远小于重力时，物体的运动才可以视为自由落体当自由下落的物体所受的空气阻力远小于重力时，物体的运动才可以视为自由落体运动。如空气中石块的下落可以看作自由落体运动，空气中羽毛的下落不能看作自运动。如空气中石块的下落可以看作自由落体运动，空气中羽毛的下落不能看作自由落体运动。由落体运动。2.物体做自由落体运动的条件物体做自由落体运动的条件（1）初速度为零；（）初速度为零；（2）只受重力。）只受重力。3.运动特点运动特点：初速度为零，加速度为重力加速度：初速度为零，加速度为重力加速度g的匀加速直线运动。是匀变速直的匀加速直线运动。是匀变速直线运动的特例。线运动的特例。特别特别提醒提醒物体在其他星球上也
8、可以做自由落体运动，但下落的加速度与在地球物体在其他星球上也可以做自由落体运动，但下落的加速度与在地球表面下落的加速度不同。表面下落的加速度不同。试题案例试题案例例例1 关于自由落体运动，下列说法中正确的是关于自由落体运动，下列说法中正确的是 （）（）A.质量大的物体自由下落时的加速度大质量大的物体自由下落时的加速度大B.从水平飞行的飞机上释放的物体将做自由落体运动从水平飞行的飞机上释放的物体将做自由落体运动C.雨滴下落的过程是自由落体运动雨滴下落的过程是自由落体运动D.从水龙头上滴落的水滴的下落过程，可以近似看成自由落体运动从水龙头上滴落的水滴的下落过程，可以近似看成自由落体运动 解析解析所
9、有物体在同一地点的重力加速度相等，与物体质量大小无关，选项所有物体在同一地点的重力加速度相等，与物体质量大小无关，选项A错误错误；从从水平飞行的飞机上释放的物体，具有水平初速度，不是自由落体运动，选项水平飞行的飞机上释放的物体，具有水平初速度，不是自由落体运动，选项B错错误；雨滴下落过程所受空气阻力与速度大小有关，速度增大时阻力增大，雨滴速度误；雨滴下落过程所受空气阻力与速度大小有关，速度增大时阻力增大，雨滴速度增大到一定值时，阻力与重力相比不可忽略，不能认为是自由落体运动，选项增大到一定值时，阻力与重力相比不可忽略，不能认为是自由落体运动，选项C错错误；从水龙头上滴落的水滴所受的空气阻力与重
10、力相比可忽略不计，可认为只受重误；从水龙头上滴落的水滴所受的空气阻力与重力相比可忽略不计，可认为只受重力作用，选项力作用，选项D正确。正确。答案答案D关键点拨关键点拨（1 1）能否看成自由落体运动关键是考虑重力和阻力大小的关系。）能否看成自由落体运动关键是考虑重力和阻力大小的关系。落体运动与自由落体运动的关系落体运动与自由落体运动的关系（2 2）若下落的初速度不为）若下落的初速度不为0 0或下落加速度不为或下落加速度不为g g，那么下落的运动就不是自由落体，那么下落的运动就不是自由落体运动。运动。针对训练针对训练1 某同学在探究自由落体运动规律时，从生活情景中选出处于不同状态的某同学在探究自由
11、落体运动规律时，从生活情景中选出处于不同状态的四种物体进行探究，你认为哪一个选项中的物体所做的运动是自由落体运动（）四种物体进行探究，你认为哪一个选项中的物体所做的运动是自由落体运动（）A.从树上飘落的树叶的运动从树上飘落的树叶的运动B.由静止开始下落的小钢球的运动由静止开始下落的小钢球的运动C.被运动员推出去的铅球的运动被运动员推出去的铅球的运动D.从水面自由落到水底的石子的运动从水面自由落到水底的石子的运动解析解析从树上飘落的树叶，阻力不是远小于重力，选项从树上飘落的树叶，阻力不是远小于重力，选项A错误；由静止下落的钢错误；由静止下落的钢球，由于初速度为球，由于初速度为0，GF阻阻，故可以
12、看成自由落体运动，故选项，故可以看成自由落体运动，故选项B正确；被推正确；被推出去的铅球，由于初速度出去的铅球，由于初速度v00，故选项，故选项C错误；从水面自由落到水底的石子，错误；从水面自由落到水底的石子，由于由于F阻阻不是远小于重力，故选项不是远小于重力，故选项D错误。错误。答案答案B自由落体加速度自由落体加速度（1）如图所示，这两名跳伞运动选手有不同的体重，）如图所示，这两名跳伞运动选手有不同的体重，自由自由下落下落加速度的大小与他们的质量有关吗？加速度的大小与他们的质量有关吗？（2）在地球上的不同位置，自由落体的加速度一定相同吗）在地球上的不同位置，自由落体的加速度一定相同吗？同同一
13、物体在月球和地球上做自由落体运动时加速度相同吗？一物体在月球和地球上做自由落体运动时加速度相同吗？答案答案（1）自由下落加速度的大小与他们的质量无关系。）自由下落加速度的大小与他们的质量无关系。（2）在地球上的不同位置，自由落体的加速度一般不相同；同一物体在月球和地）在地球上的不同位置，自由落体的加速度一般不相同；同一物体在月球和地球上自由落体的加速度也不相同。球上自由落体的加速度也不相同。观察探究观察探究核心要点核心要点探究归纳探究归纳1.对自由落体加速度的理解对自由落体加速度的理解（1）产生原因：地球上的物体受到地球的吸引力而产生的。）产生原因：地球上的物体受到地球的吸引力而产生的。（2）
14、大小：与在地球上的纬度以及距地面的高度有关。）大小：与在地球上的纬度以及距地面的高度有关。与纬度的与纬度的关系关系在地球表面上，重力加速度随纬度的增加而增大，即赤道处在地球表面上，重力加速度随纬度的增加而增大，即赤道处重力加速度最小，两极处重力加速度最大，但差别很小重力加速度最小，两极处重力加速度最大，但差别很小与高度的与高度的关系关系在地面上的同一地点，重力加速度随高度的增加而减小。但在地面上的同一地点，重力加速度随高度的增加而减小。但在一定的高度内，可认为重力加速度的大小不变在一定的高度内，可认为重力加速度的大小不变2.测定重力加速度的方法测定重力加速度的方法（1）实验设计）实验设计利用频
15、闪照片，或利用打点计时器能够把做自由落体运动的物体的位置和相利用频闪照片，或利用打点计时器能够把做自由落体运动的物体的位置和相应的时刻记录下来。根据对匀变速直线运动的研究，测量物体下落的加速度，应的时刻记录下来。根据对匀变速直线运动的研究，测量物体下落的加速度，进而研究自由落体运动是否是匀加速直线运动，以证实猜想。进而研究自由落体运动是否是匀加速直线运动，以证实猜想。（2）实验方法）实验方法打点计时器法打点计时器法a.实验装置如图所示。打点计时器固定在铁架台上，纸带一端系着重物，另一端穿过实验装置如图所示。打点计时器固定在铁架台上，纸带一端系着重物，另一端穿过计时器。用手捏住纸带上端，启动计时
16、器，松开手后重物自由下落，计时器在纸带上计时器。用手捏住纸带上端，启动计时器，松开手后重物自由下落，计时器在纸带上留下一串小点。改变重物的质量，重复上面的实验。留下一串小点。改变重物的质量，重复上面的实验。滴水滴水法法a.如图所示，让水滴自水龙头滴下，在水龙头正下方放一个如图所示，让水滴自水龙头滴下，在水龙头正下方放一个盘，调节水龙头，让水一滴一滴地滴下，并调节使第一滴水盘，调节水龙头，让水一滴一滴地滴下，并调节使第一滴水碰到盘的瞬间，第二滴水正好从水龙头开始下落，并且能依碰到盘的瞬间，第二滴水正好从水龙头开始下落，并且能依次持续下去。次持续下去。b.用刻度尺测出水龙头距盘面的高度用刻度尺测出
17、水龙头距盘面的高度h。试题案例试题案例例例2 下图中甲、乙两图都是使用电磁打点计时器测量重力加速度下图中甲、乙两图都是使用电磁打点计时器测量重力加速度g的装置示意图，的装置示意图，已知该打点计时器的打点频率为已知该打点计时器的打点频率为50 Hz。（1）甲、乙两图相比较，图）甲、乙两图相比较，图所示的装置更合理。所示的装置更合理。（2）丙图是采用较合理的装置并按正确的实验步骤进行实验打出的一条纸带，其）丙图是采用较合理的装置并按正确的实验步骤进行实验打出的一条纸带，其中打出的第一个点标为中打出的第一个点标为1，后面依次打下的一系列点迹分别标为，后面依次打下的一系列点迹分别标为2、3、4、5经测
18、经测量，第量，第15至第至第17点间的距离为点间的距离为11.70 cm第第1至第至第16点间距离为点间距离为43.88 cm，则打下第，则打下第16个点时，重锤下落的速度大小为个点时，重锤下落的速度大小为m/s，测出的重力加速度值为，测出的重力加速度值为gm/s2。（要求保留。（要求保留3位有效数字）位有效数字）解析解析（1）甲图释放时更稳定，既能更有效地减小摩擦力，又能保证释放时初速）甲图释放时更稳定，既能更有效地减小摩擦力，又能保证释放时初速度的大小为零，所以甲图更合理。度的大小为零，所以甲图更合理。答案答案（1）甲（）甲（2）2.93 9.78（0.02均可）均可）方法凝炼利用纸带计算
19、重力加速度的方法方法凝炼利用纸带计算重力加速度的方法（1 1）计算出纸带上一个点或几个点的速度，根据匀变速直线运动的公式求加速度。）计算出纸带上一个点或几个点的速度，根据匀变速直线运动的公式求加速度。（2 2）计算出纸带上各点的速度，画出）计算出纸带上各点的速度，画出v vt t图像，由图像的斜率可求得重物下落的图像，由图像的斜率可求得重物下落的加速度即重力加速度。加速度即重力加速度。（3 3）根据）根据x xgTgT2 2用逐差法求加速度。用逐差法求加速度。答案答案D要点归纳要点归纳1.四个基本公式四个基本公式下面对匀变速直线运动的相关公式和自由落体运动的相关公式进行对比。下面对匀变速直线运
20、动的相关公式和自由落体运动的相关公式进行对比。自由落体运动的规律及应用自由落体运动的规律及应用核心要点核心要点2.vt图像图像自由落体运动的自由落体运动的vt图像是一图像是一条条 的的过原点过原点v00倾斜直线倾斜直线，斜率表示重力加速度斜率表示重力加速度g。匀加速运动速度与时间成正比匀加速运动速度与时间成正比试题案例试题案例例例3 如图所示，悬挂的直杆如图所示，悬挂的直杆AB长为长为a，在，在B端以下端以下h处有一长为处有一长为b的无底圆柱筒的无底圆柱筒CD，若将悬线剪断，问：若将悬线剪断，问：（1）直杆下端）直杆下端B穿过圆柱筒的时间是多少？穿过圆柱筒的时间是多少？（2）整个直杆）整个直杆
21、AB穿过圆柱筒的时间是多少？穿过圆柱筒的时间是多少？思路探究思路探究解析解析（1）直杆下端）直杆下端B穿过圆柱筒，即从穿过圆柱筒，即从B下落到下落到C点（自由下落点（自由下落h）起到）起到B下落到下落到D点（自由下落点（自由下落hb）止。）止。则直杆下端则直杆下端B穿过圆柱筒的时间是穿过圆柱筒的时间是（2）整个直杆）整个直杆AB穿过圆柱筒，从穿过圆柱筒，从B下落到下落到C点（自由下落点（自由下落h）起到）起到A下落到下落到D点点（自由下落（自由下落hab）止。）止。则整个直杆则整个直杆AB穿过圆柱筒的时间穿过圆柱筒的时间 针对训练针对训练3 近年来多次发生高空坠物造成人员伤亡的事件，于是就有人
22、做了一个实近年来多次发生高空坠物造成人员伤亡的事件，于是就有人做了一个实验：在高为验：在高为80 m的楼房阳台上，自由释放一颗质量为的楼房阳台上，自由释放一颗质量为50 g的石子，计算：（空气阻的石子，计算：（空气阻力不计，力不计，g取取10 m/s2）（1）石子经过多少时间落到地面？）石子经过多少时间落到地面？（2）石子落地的速度是多大？）石子落地的速度是多大？（3）石子最后）石子最后1 s内运动的位移大小？内运动的位移大小？解析解析（1）石子做自由落体运动有）石子做自由落体运动有得石子下落的时间得石子下落的时间（2）落地时的速度大小）落地时的速度大小vgt40 m/s。（3）石子最后）石子
23、最后1 s前的运动时间前的运动时间t1t1 s3 s石子最后石子最后1 s内运动的位移大小内运动的位移大小答案答案（1）4 s（2）40 m/s（3）35 m科学探究科学探究利用自由落体运动规律测量人的反应时间利用自由落体运动规律测量人的反应时间两位同学合作，用刻度尺可测人的反应时间：如图甲所示，男同学捏住尺的上两位同学合作，用刻度尺可测人的反应时间：如图甲所示，男同学捏住尺的上端，女同学在尺的下部做握尺的准备（但不与尺接触），当看到男同学放开手时，端，女同学在尺的下部做握尺的准备（但不与尺接触），当看到男同学放开手时，女同学立即握住尺，若女同学做握尺准备时手指位置和握住尺的位置如图乙所示，女
24、同学立即握住尺，若女同学做握尺准备时手指位置和握住尺的位置如图乙所示，通过直尺上的刻度，可计算女同学的反应时间。（通过直尺上的刻度，可计算女同学的反应时间。（g取取10 m/s2）针对训练针对训练甲、乙两同学通过下面的实验测量人的反应时间。实验步骤如下：甲、乙两同学通过下面的实验测量人的反应时间。实验步骤如下：（1）甲用两个手指轻轻捏住量程为）甲用两个手指轻轻捏住量程为L的木尺上端，让木尺自然下垂。乙把手放在尺的的木尺上端，让木尺自然下垂。乙把手放在尺的下端（位置恰好处于下端（位置恰好处于L刻度处，但未碰到尺），准备用手指夹住下落的尺。刻度处，但未碰到尺），准备用手指夹住下落的尺。（2）甲在不
25、通知乙的情况下，突然松手，尺子下落；乙看到尺子下落后快速用手指）甲在不通知乙的情况下，突然松手，尺子下落；乙看到尺子下落后快速用手指夹住尺子。若夹住尺子的位置刻度为夹住尺子。若夹住尺子的位置刻度为L1，重力加速度大小为，重力加速度大小为g，则乙的反应时间为，则乙的反应时间为（用（用L、L1和和g表示）。表示）。（3）已知当地的重力加速度大小为）已知当地的重力加速度大小为g9.80 m/s2，L30.0 cm，L110.4 cm。乙的反。乙的反应时间为应时间为 s。（结果保留。（结果保留2位有效数字）位有效数字）（4）写出一条能提高测量结果准确程度的建议：）写出一条能提高测量结果准确程度的建议：_。
