高中物理 自由落体运动

自由落体运动

引入：

1．文学家们在形容秋天的落叶的时候，常常说：飘零的落叶，却从没有人说飘零的苹果或者飘零的铅球呢？答：因为苹果下落得比树叶要快

2．思考：为什么苹果会比落叶下落得快呢？

答：A．因为苹果的质量比树叶的质量大；B．因为苹果和落叶受到的空气阻力不同

3．介绍历史：早在公元前4世纪的古希腊哲学家亚里士多德经过大量的观察也得到了相同的结论：重的物体下落得快。

4．过渡：是不是重的物体一定比轻的物体下落得快呢？物体下落是否受到空阻力的影响呢？请同学位自己设计一个小实验来解决这个两问题。

自由落体运动————探究实验：

5．实验一：将一张白纸裁成相同的两半，另一片揉成纸团，让其同时从同一高度由静止释放，可以看到纸片明显比纸团下落得慢。

实验二：将一张白纸裁成相同的两半，其中一半再裁成两半即原来的四分之一，将四分之一的这半揉成纸团，让其同时从同一高度由静止释放，可以看到纸片明显比纸团下落得慢。

实验分析：

实验一：说明质量相同的物体下落的快慢不同，如果按照亚里士多德的观点，则两物体下落的快慢应该相同，与事实不符；所以说重的物体下落得快的说法不准确。

实验二：说明轻的物体也可能比重的物体下落得快，前面的结论错误。

实验一：两纸片的空气阻力不同，质量相同，说明物体下落的快慢要受到空气阻力的影响。

6．过渡：如果要考虑物体下落的快慢与质量有关怎么办，注意不能受到阻力的影响？（讨论结果：在没有空气的空间里做物体下落实验）

自由落体运动定义：

1．在物理学中，将物体只在重力的作用下由静止开始运动叫做自由落体运动。由上面的实验可知：做自由落体运动的物体，其下落的快慢与物体的质量无关。

*课堂练习*

判断下列物体的运动是否是自由落体运动：

A．粉笔头在有空气的空间里由静止开始的运动是自由落体运动吗？

B．用手用力向下用力抛出的粉笔头是自由落体运动吗？

分析：自由落体运动只有在没有空气的空间里才能发生，且初速度为0．所以AB两物体的运动都不是自由落体运动。在有空气的空间里，如果物体受到的空气阻力相对重力来说非常小，或者可以忽略不计时，物体的下落可以近似的看成一个自由落体运动。

2．注意：自由落体运动中自由两个字的含义：一是物体受重力，二是物体的初速度为0。

3．过渡：在前几节我们学过的运动有匀加速直线运动，匀速直线运动、匀减速直线运动等，则自由落体运动也和前面的运动一样是一个新的运动类型吗？自由落体运动的运动学本质是什么呢？

自由落体运动的性质：

1．首先自由落体运动不是匀速直线运动，而是一个加速运动，你能说出为什么吗？（物体的初速度为0，而一落一段时间后，速不在为0，说明速度是在增加）

2．自由落体运动的是不是初速为0的匀加速运动呢？

同学们回忆前面学过的知识，初速度为0的匀加速直线运动有哪些规律呢？（速度公式：V t=a ；位移公式S=at2/2 ；在连续且相等的时间间隔内，位移的大小之比是1：3：5：7：--）

3.分析：我们无论选择哪一条规律我们都要测量时间，而自由落体运动的时间一般都非常短，我们用手表这样的计时仪器来研究就不行了，书上面给我们提供了一种方法──频闪照片；首先我介绍一下什么时频闪照片）

在一间密闭的小屋里面，没有光用照相机给小球拍照能拍下来吗？（不能）只有在有光的一瞬间小球才能在胶卷上面留下一个像，于是我们间隔相同的时间闪光一下，每次闪光的时候小球的位置相同吗？（不同）注意我们在照相的过程中都没有更换底片，则小球每隔相同时间的位置就显示在了底片上了，最后结冲印等得到相片。相片上是N个小球呢？还是一个小球在不同位置的相？（小球在不同位置的相）

自由落体加速度：

1．怎样求出其加速度呢？从频闪照片上能行吗？（能）请同学们用你测得的数据计算出自由落体运动的加速度为多少？（由开始的数据可计算出自由落体加速度）

2．由实验可以测得本图片上的自由落体运动的加速度为9．801m/s2，在物理学中自由落体运动的加速度又叫做自由落体加速度，或重力加速度常常用字母g表示。

3．我告诉大家这张频闪照片是人民教育出版社的网站上提供的北京地区的自由落体照片。所以这个地方还有一个疑问，在同一个地点，不同的物体做自由落体运动的加速是不是相同的呢？（相同，由前面实验的结论：不同的物体做自由落体运动时其运动的情况是相同的，即有相同的时间里位移相同；和S=at2/2可得a是一定相同的。）4．加速度是一个矢量还是标量？（矢量）加速度的方向如何呢？（物体竖直下落，且是匀加速直线运动，所以重力加速度的方向竖直向下）

5．过渡：由此看来，自由落体运动非常特殊，是一个初速度为0，加速度大小为g，方向竖直向下的匀加速直线运动。同学们解决一个问题：

自由落体运动的规律：

速度公式：V t=gt

位移公式：S= gt2/2

*课堂练习*．

（1）我们的教学楼高为4层，假设现在某同学在楼顶做自由落体运动的实验，从上面由静止放下一个小球，不计空气阻力，请估算小球在第1s内下落的位移是多少？第1s末的速度是多少？怎样计算的？

解：把公式V t=v0+at S=v o t+at2/2 中v o换成0，加速度a换成g就可以计算了。

总结：

（1）自由落体运动的定义：在物理学中，将物体只在重力的作用下由静止开始运动叫做自由落体运动。做自由落体运动的物体，其下落的快慢与物体的质量无关。

（2）自由落体运动是一个初速度为0，加速度大小为g，方向竖直向下的匀加速直线运动。

游戏：自由落体运动是一个非常有用的运动，我们可以用他做很多事，现在我做做一个游戏，现在请一位同学上来，伸出两根手指，我一释放这个书签，你就抓住它。

每一个人在发现某种情况到采取相应的行动，都要延迟一小段时间，这段时间我们叫它反应时间。利用自由落体运动就可以设计一个测量反应时间的实验。请同学们根据开始的小游戏自行设计。（请学生介绍他自己的方案）

自由落体运动

1．自由落体运动

（1）物体由只在重力作用下由静止开始的运动叫自由落体运动

（2）自由落体运动下落的快慢与物体质量无关

（3）自由落体运动是一个初速度为0的匀加速直线运动

2．自由落体加速度

（1）自由落体加速度又叫做重力加速度，通常用符号g来表示

（2）在同一地点，一切在自由落体运动中的物体，加速度都相同

（3）自由落体加速度通常取g=9．8m/s2，方向竖直向下

3．自由落体运动是一个特殊的匀加速直线运动（v0=0，a = g）

速度公式：位移公式：

*课堂练习*

1．大气层是我们地球生命赖以生存的屏障，每天都有很多小陨石落入地球大气层中，但当它们进入大气层后，由于空气的摩擦生热，绝大部分小陨石还没有到达地面便已经被烧毁。现在人类向天空发射的飞行器、卫星等当超过一定使用年限后，也让它们进入大气层烧毁，那么小陨石等进入大气层后的运动是自由落体运动吗？

2．甲、乙两物体的质量之比为1∶4，不考虑空气的阻力作用，它们在同一高度处同时下落，则下面说法正确的是（）

A．甲比乙先着地

B．乙比甲先着地

C．甲和乙同时落地

D．甲比乙的加速度大

3．如果从高楼相隔1 s先后释放两个相同材料制成的小球，假设小球做自由落体运动，则它们在空中各个时刻（）

A．两球的距离始终保持不变

B．两球的距离越来越小

C．两球的距离先越来越小，后越来越大

D．两球的距离越来越大

4．根据漫画讨论如图2－4－4所示：他们采用了什么方法测量洞的深度？请你对该方法进行评估（指出有何优点与不足）。

漫画：洞有多深？