资源简介

2.4.1 自由落体加速度
预习案
预习目标
1.知道什么是自由落体运动。
2.知道自由落体运动的产生条件。
3.了解自由落体运动的特点。
预习内容
预习教材45~46页，思考下列问题：
1.什么是自由落体运动？
2.自由落体运动属于匀加速直线运动吗？
预习检测
1.让两颗质量不同的石子，从同一高度同时开始下落（忽略空气阻力），下列说法正确的是（　　）
A．质量大的石头下落的快
B．质量小的石头下落的快
C．两颗石子下落的快慢相同
D．两颗石子在下落的过程中具有不同的加速度
2.下列哪一个物体的运动可视为自由落体运动（　　）
A．树叶的自由下落过程
B．运动员推出的铅球的运动
C．从桌面轻轻滑落的钢笔的运动
D．石子从水面自由落到水底的运动
3.关于自由落体运动，以下说法正确的是（　　）
A．从静止开始下落的物体必做自由落体运动
B．物体开始下落时，速度为零，加速度也为零
C．物体下落过程中，速度和加速度同时增大
D．物体下落过程中，速度的变化率是个恒量
4.从某一高度相隔1s先后释放两个相同的小球，不计空气阻力，它们在空中任一时刻的间距__________（选填“越来越大”、“越来越小”、“保持不变”）。
探究案
学习目标
1.掌握自由落体运动的概念。
2.掌握自由落体运动的产生条件。
3.知道自由落体运动是匀加速直线运动。
课堂探究
考点一：自由落体运动
物体下落的运动是司空见惯的，例如雨滴下落，雪花纷飞、树叶飘落等，但人类对它的认识却经历了差不多两千年的时间。
二千多年前，古希腊哲学家亚里士多德认为物体下落的快慢跟它的轻重有关，重的物体下落得快。
他的这一论断符合人们的常识，以至于其后两千年的时间里，大家都奉为经典，你能举例推翻这一结论吗？
取两张质量不同的纸，取质量小揉成纸团，再让它们同时下落。可观察到什么现象？
现象：质量小的纸团下落的快。
可见亚里士多德的观点是错误的。
影响落体运动快慢的因素可能是空气阻力的作用。
（2）把两块石头捆在一起后，整体重量增加，则速度增加。结论2：整个物体下落的速度应该比8还要大。
这种相互矛盾的结论，说明亚里士多德“重的物体下落得快”的看法是错误的。
那么，轻重不同的物体下落的情况到底怎样？下面我们一起来做个比较精细的实验，仔细研究一下。
2、演示实验：轻重不同的物体下落快慢的研究
（1）实验器材：牛顿管（一个两端封闭的玻璃管，其中一端有一个开关，玻璃管可以与外界相通）、真空泵、质量不相同的铁片和羽毛等。
（2）实验步骤
①在有空气阻力时，把质量不相同的铁片和羽毛放到玻璃管中；
②把玻璃管竖直放置，让铁片和羽毛从玻璃管上方同时开始下落，观察物体下落的情况；
③启动真空泵，把牛顿管里的空气抽出一些，把玻璃管竖直放置，让铁片和羽毛从玻璃管上方同时开始下落，观察物体下落的情况；
④把牛顿管里的空气几乎全部抽出，重复步骤③，观察物体下落的情况。
（4）实验现象：如果牛顿管里有空气，金属片和羽毛下落的快慢不同；把牛顿管里的空气抽出一些，金属片和羽毛下落的快慢就变得接近；当把牛顿管里的空气几乎全部抽出时，金属片和羽毛下落的快慢就相同了。
（5）实验结论：在没有空气的空间里，物体下落的快慢相同。
定义：物体只在重力作用下，从静止开始下落的运动。
特点：只受重力、v0=0
当空气阻力的作用比较小，可以忽略不计时，从静止开始下落的物体可视为自由落体运动。
典例精析
中国计划在2030年前后登月，向全国中学生征集太空小实验，某同学设计让宇航员登上月球后，在登月舱外由某一高度同时释放一个氢气球和铅球。若铅球与氢气球大小相同，则按我们所学的知识，理应观察到的现象是（　　）
A．氢气球将加速上升，铅球加速下落
B．氢气球和铅球都下落，铅球先落到月球表面
C．氢气球和铅球都下落，氢气球先落到月球表面
D．氢气球和铅球都下落，且同时落到月球表面
变式训练
甲、乙两物体的质量分别是20kg和10kg，它们分别从10m和20m高处同时自由下落，不计空气阻力，下列描述正确的是（　　）
A．下落1s时乙比甲的速度大
B．两物体落地时速度相同
C．下落过程中同一时刻甲、乙速度相同
D．甲、乙两物体同时落地
考点二：实验：研究自由落体运动的规律
由上面的学习我们可以知道，自由落体运动是加速运动。那么，它的加速度在下落过程中是否变化呢？
下面我们通过实验，研究自由落体运动的规律！
1、实验器材：铁架台、打点计时器、纸带、电源、夹子、导线、重物。
2、原理：纸带在重物的作用下自由下落，纸带受到的阻力较小，近似认为纸带做自由落体运动，根据打出的纸带点的情况，分析出重物的运动规律。
3、实验步骤
①把打点计时器竖直固定在铁架台上，纸带一端系着重物，另一端穿过计时器。
②让重物靠近打点计时器，用手捏住纸带上端，启动打点计时器，松手后重物自由下落，计时器在纸带上留下一串小点，最后要关闭电源。
③仿照前面对小车运动的研究，测量重物下落的加速度。
④改变重物的质量，重复上面的实验。
4、数据处理
（1）计数点瞬时速度的求法
v-t图像为一条倾斜的直线，所以自由有落体运动是匀变速直线运动。
实验误差：
1.纸带与打点计时器的摩擦
2.空气阻力的影响
3.测量误差
典例精析
打开并调节自来水管，使水管均匀滴水，其中两滴水分别记为a和b，某时刻它们的位置如图所示，在a水滴落到水中前，不计空气阻力，下列说法正确的是（　　）
A．a和b之间的距离保持不变
B．a和b之间的距离逐渐增大
C．a和b的速度之差逐渐增大
D．a和b的速度之差逐渐减小
变式训练
关于自由落体运动的说法，下列正确的是（　　）
A．自由落体运动是初速度为零的匀加速直线运动
B．物体只在重力作用下的运动就是自由落体运动
C．加速度为g的运动就是自由落体运动
D．不同地点任何物体作自由落体运动的加速度是相同的
随堂检测
1.在忽略空气阻力情况下，让一轻一重的两个物体从同一高度同时自由下落，则关于两物体的运动，下列说法正确的是（ ）
A.重的物体落得快，先着地
B.轻的物体落得快，先着地
C.在着地前的任一时刻，两物体具有相同的速度，相同的位移和相同的加速度
D.两物体在下落段时间内的平均速度相等。
2.一个物体做自由落体运动，速度—时间图象正确的是（ ）
3.小明发现从核桃树上同一高度一颗核桃和一片树叶同时从静止落下，下列说法正确的是（　　）
A．核桃和树叶的运动都是自由落体运动
B．核桃先落地是由于核桃受到的重力较大
C．核桃和树叶的运动都不能看成自由落体运动
D．假如地球上没有空气，核桃和树叶会同时落地
4.关于自由落体运动的描述，下列叙述符合史实的是（　　）
A．伽利略发现亚里士多德的观点有自相矛盾的地方
B．伽利略认为物体越重，下落得越快
C．亚里士多德认为如果没有空气阻力，重物与轻物应该下落得同样快
D．伽利略用实验直接证实了自由落体运动是初速度为零的匀加速直线运动
5.物体做自由落体运动的过程中，重力势能________，动能________。（均选填“增大”、“减小”或“不变”）
本课小结
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：只受重力、v0=0
自由落体运动的v-t图像为一条倾斜的直线，是匀变速直线运动。
参考答案
预习检测
C
C
D
越来越大
课堂探究
考点一：
典例精析
【答案】D
【解析】月球上没有空气，故登月舱外为真空，氢气球和铅球都做自由落体运动，高度相同，故下落时间相同，故D正确，ABC错误。
变式训练
【答案】C
【解析】由自由落体运动的特点可知，不计空气阻力时，物体下落的快慢相同。
考点二：
典例精析
【答案】B
【解析】先后落下的两滴水因为只受重力作用，所以均做自由落体运动，它们的加速度相同，所以它们的速度差是一个定值，其中一个水滴相对于另一个水滴做的是匀速直线运动，所以它们之间的距离随时间均匀增大，故B正确，ACD错误。
变式训练
【答案】A
【解析】A、自由落体运动是初速度为零的匀加速直线运动，故A正确；
B、物体由静止开始只在重力作用下的运动才是自由落体运动，故B错误；
C、初速度为零，加速度为g的运动就是自由落体运动，故C错误；
D、在地球的不同地点自由落体运动的加速度是不相同的，两极最大，赤道最小，故D错误；
随堂检测
1．CD
【解析】因为忽略空气阻力，所以两石块的运动是自由落体运动，又因为同时从同一高度下落，所以运动情况完全一样，则CD正确；
2．C
【解析】自由落体运动是初速度为零的匀加速直线运动。A表示物体做初速度不为零的加减速运动，A错；B表示物体做匀速直线运动，B错；C表示物体做初速度为零的匀加速直线运动，只不过是先向上为正方向，C正确；D做的是初速度不为零的匀加速直线运动,D错。
3． D
【解析】ABC、从树上落下的核桃所受阻力相对重力来说很小，可看成自由落体运动，而从树上落下的树叶所受阻力相对重力来说较大，不能看成自由落体运动，故A、B、C错误。
D、假如地球上没有空气，则核桃和树叶不受空气阻力，都做自由落体运动，下落快慢相同，同时落地，故D正确。
4．A
【解析】A、伽利略通过逻辑推理发现了发现亚里士多德的观点有自相矛盾的地方，故A正确。
B、亚里士多德认为物体越重，下落得越快，故B错误。
C、伽利略认为如果没有空气阻力，重物与轻物应该下落得同样快，故C错误。
D、伽利略没有直接证实了自由落体运动是初速度为零的匀加速直线运动，而是将斜面实验进行外推得出间接得出的实验结果，故D错误。
5．解：减小；增大
【解析】物体做自由落体运动，高度下降，故重力势能减小，速度增大，动能增大。

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