【高效备课】2.4《自由落体运动》（学案）-2022-2023学年高一物理上学期同步备课（人教版2019必修第一册）

2.4自由落体运动学习目标：（1）知道自由落体运动的条件、性质和特点（2）掌握自由落体运动的规律并能解决相关实际问题（3）会通过实验测定自由落体运动的加速度，知道在地球上不同地方，重力加速度的大小不同（4）了解伽利略对自由落体运动的研究方法，领会伽利略的科学思想目录基础新知 21.自由落体运动 22.自由落体加速度 23.伽利略对自由落体运动的研究 2考点探究 5考点一：对自由落体运动的理解 5考点二：利用打点计时器测自由落体加速度 7小结导图： 8

基础新知1.自由落体运动定义：物体只在重力作用下从静止开始下落的运动特点：(1)初速度等于零的匀加速直线运动(2)只受重力作用(3)物体下落可看作自由落体运动的条件：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，只有当空气阻力比重力小得多，可以忽略时，物体的下落才可当作自由落体运动来处理2.自由落体加速度大小：a＝g，g约为9.8m/s2，有些数据计算的题目可注明g取10m/s2产生原因：地球对物体的引力方向：竖直向下（不是垂直向下。由于地球是圆的，所以各处的重力加速度方向都不同）变化：g随维度的增加而增加。两极处g最大，赤道处g最小g随高度的增加而减小3.伽利略对自由落体运动的研究亚里士多德的观点：物体下落的快慢由它们的重量决定：重物下落得快，轻物下落得慢矛盾点：把重物和轻物捆在一起下落，会得出两种矛盾的结论伽利略猜想：自由落体运动应该是一种最简单的变速运动，并指出这种运动的速度应该是均匀变化的假说。伽利略对自己猜想的证明，即伽利略理想斜面实验：当时用实验直接验证自由落体是匀加速运动仍有困难，伽利略采用了间接验证的方法。伽利略让一个铜球从阻力很小的斜面上滚下，小球在斜面上运动的加速度比它竖直下落时的加速度小得多，时间容易测量些。经过多次实验，结果表明，光滑斜面的倾角保持不变，从不同位置让小球滚下，小球通过的位移跟所用时间的平方之比是不变的，即位移与时间的平方成正比。换用不同质量的小球重复上述实验，位移跟所用时间的平方的比值仍不变，这说明不同质量的小球沿同一倾角的斜面所做的匀变速直线运动的情况是相同的。不断增加大斜面的倾角，重复上述实验，得出的值随斜面倾角的增加而增大，这说明小球做匀变速运动的加速度随斜面倾角的增大而变大。伽利略运用“归谬法”否定了亚里士多德关于重的物体下落快、轻的物体下落慢的论断。他给出了科学研究过程的基本要素：对现象的一般观察→提出假设→运用逻辑得出推论→通过实验对推论进行检验→对假设进行修正和推广基础检测1．（多选）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是自由落体运动(物体只受重力和空气阻力)C．跳伞运动员从飞机上由静止开始下落，打开降落伞以前的运动是自由落体运动，打开降落伞以后的运动不是自由落体运动D．一雨滴从屋顶落下，途中经过一个窗子，雨滴经过窗子的这一段运动是自由落体运动【答案】BC【解析】自由落体运动是从静止开始、只在重力作用下的运动，自由落体运动必须同时满足这两个条件。A选项中没有明确物体只受重力作用，故错误．D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，故B、C正确2．（多选）在忽略空气阻力的情况下，让一轻一重的两块石块从同一高度同时自由下落，则关于两块石块的运动情况，下列说法正确的是()A．重的石块落得快，先着地B．轻的石块落得快，先着地C．在着地前的任一时刻，两块石块具有相同的速度、相同的位移、相同的加速度D．两块石块在下落时间段内的平均速度相等【答案】CD【解析】两石块都做自由落体运动，运动规律相同且有相同的加速度，由于从同一高度下落，落地时间必然相同，故A、B不对．因h、t相同，故eq\x\to(v)＝eq\f(h,t)必相同，D正确．由v＝gt和h＝eq\f(1,2)gt2可知，C也正确3.（多选）关于重力加速度的下列说法中正确的是（）A．重力加速度g是标量，只有大小，没有方向，通常计算中g取9.8m/s2B．在地球上不同的地方，g的大小不同，但它们相差不是很大C．在地球上同一地点同一高度，一切物体在自由落体运动中的加速度都相同D．在地球上的同一地方，离地面高度越大，重力加速度g越小【答案】BCD【详解】重力加速度是矢量，方向竖直向下，与重力的方向相同。在地球表面，不同的地方，g的大小略有不同，但都在9.8m/s2左右，故A错误、B正确；在地球表面同一地点同一高度，g的值都相同，但随着高度的增大，g的值逐渐减小，故C、D正确4.关于伽利略对自由落体运动的研究，说法不正确的是()A．在同一地点，重的物体和轻的物体下落一样快B．伽利略猜想运动速度与下落时间成正比，并直接用实验进行了验证C．伽利略通过数学推演并用小球在斜面上验证了位移与时间的平方成正比D．伽利略思想方法的核心是把实验和逻辑推理(包括数学推演)和谐地结合起来【答案】B【详解】伽利略认为，在同一地点，重的物体和轻的物体应该下落得同样快，故A正确。伽利略猜想自由落体的运动速度与下落时间成正比，并未直接进行验证，而是在斜面实验的基础上进行合理外推得到的，故B错误。伽利略通过数学推演并用小球在斜面上验证了位移与时间的平方成正比，故C正确。伽利略斜面实验的卓越之处不是实验本身，而是实验所使用的独特的方法在实验的基础上，进行理想化推理，伽利略思想方法的核心是把实验和逻辑推理(包括数学推演)和谐地结合起来，故D正确考点探究考点一：对自由落体运动的理解自由落体运动是一种理想化模型（1）这种模型忽略了次要因素——空气阻力，突出了主要因素——重力。实际中，物体下落时由于受空气阻力的作用，并不做自由落体运动（2）当空气阻力远小于重力时，物体由静止开始的下落可看作自由落体运动。如在空气中石块的自由下落可看作自由落体运动，空气中羽毛的下落不能看作自由落体运动（3）自由落体运动的v­t图像(如图所示)是一条过原点的倾斜直线，斜率k＝g自由落体运动的推论(1)自由落体运动是初速度为零的匀变速直线运动，因此其规律与初速度为0的匀加速直线运动相同(2)整个自由落体运动的平均速度等于末速度v的一半，也等于中间时刻的瞬时速度，即(2)在连续相等的时间(T)内位移之差为一恒定值，即Δh＝gT2自由落体运动问题处理方法首先要根据题意，灵活运用公式，特别是注意如下特殊问题的求解：对于不可以看作质点的物体的运动，比如铁链自由下落，计算经过某点所用的时间时，由于它有一定的长度，经过这一点时不是一瞬间，而是一段时间，解决这类问题的关键是选准研究过程，找准与这段研究过程的起点和终点相对应的位移，解答过程中应借助示意图，搞清楚物体运动的过程，从而达到解决问题的目的针对训练1.踢毽子是我国民间的一项体育活动，被人们誉为“生命的蝴蝶”。近年来，踢毽子成为全民健身的活动之一。毽子由羽毛和铜钱组成，在下落时总是铜钱在下羽毛在上，对此分析正确的是()A．铜钱重，所以总是铜钱在下羽毛在上B．如果没有空气阻力，也总是出现铜钱在下羽毛在上的现象C．因为空气阻力的存在，所以总是铜钱在下羽毛在上D．毽子的自由下落是自由落体运动【答案】C【解析】毽子下落时，有空气阻力的存在，且羽毛的空气阻力更大，所以羽毛在上，铜钱在下。因羽毛的空气阻力较大，不能忽略，因此毽子下落不是自由落体运动。2．众志成城，共同抗“疫”。小明疫情期间居家学习，突然听到楼下志愿者急需口罩，他发现家里还有多余的口罩，立即打成一个小包裹告知志愿者，从16楼家里窗台释放，如图，已知每层楼的高度约为3m，包裹可看成自由落体运动，重力加速度g取10m/sA．0.5s B．1s C．2s D．3s【答案】D【解析】由自由落体公式ℎ=12gt考点二：利用打点计时器测自由落体加速度实验步骤：（1）把打点计时器竖直固定在铁架台上，连接好电源（2）把纸带穿过两个限位孔，下端通过铁夹将重物和纸带连接起来，让重物靠近打点计时器（3）用手