高中物理人教版 (2019)必修 第一册自由落体运动学案及答案

这是一份高中物理人教版 (2019)必修 第一册自由落体运动学案及答案，共9页。学案主要包含了学习目标，预习案——历史引入，初步感知，探究案——实验推理，深化理解，例题解析，练习题，答案及解析，学后反思等内容，欢迎下载使用。
了解落体运动的历史探究过程，知道伽利略推翻“重物先落地”观点的推理方法
能说出自由落体运动的定义及条件，区分自由落体运动与实际落体运动
理解自由落体运动的特点（初速度、受力、运动性质）
能结合生活实例判断自由落体运动，了解自由落体运动在生活中的应用
通过历史探究和实验分析，提升逻辑推理能力与科学思维素养
二、预习案——历史引入，初步感知
1. 历史争议：落体运动的早期认知
古希腊学者亚里士多德认为：“重的物体比轻的物体下落得快”。这一观点符合人们的日常经验，如石头比羽毛下落快。但伽利略通过逻辑推理提出质疑：若将重的物体和轻的物体捆绑在一起，总质量更大，下落速度应比单个重物更快；但同时，轻物会拖慢重物，下落速度又应比单个重物更慢，这一矛盾说明亚里士多德的观点存在问题。
思考：你认为物体下落的快慢与哪些因素有关？为什么石头比羽毛下落快？
2. 预习问题
（1）什么是自由落体运动？它需要满足哪些条件？
自由落体运动是一种怎样的运动（匀速还是变速）？其运动快慢与物体质量有关吗？
3. 预习检测
判断下列说法是否正确：
（1）重的物体一定比轻的物体下落快（ ）
（2）自由落体运动中，物体只受重力作用（ ）
（3）苹果从树上落下的运动就是自由落体运动（ ）
三、探究案——实验推理，深化理解
探究点一：自由落体运动的定义与条件
实验观察：
1.将一张纸片和一个硬币从同一高度同时释放，观察下落快慢（硬币先落地）；
2.将纸片揉成纸团，再与硬币从同一高度同时释放，观察下落快慢（两者几乎同时落地）。
分析讨论：
第一次实验中纸片下落慢，是因为纸片受到的______影响较大；第二次实验中纸团下落快，是因为揉成纸团后______对其影响减小。
若完全忽略空气阻力，让物体只在重力作用下从静止开始下落，这样的运动叫做______。
自由落体运动的条件：① 初速度为零（从静止开始）；② 只受重力作用（忽略空气阻力）。在实际生活中，若空气阻力远小于物体重力（如石块下落、苹果落地），可近似看作自由落体运动。
探究点二：自由落体运动的特点
实验探究：用打点计时器研究自由落体运动的轨迹：
将打点计时器固定在铁架台上方，纸带一端系上重物，另一端穿过打点计时器，接通电源后释放重物，得到一条打点纸带。
纸带分析：
1.纸带上的点迹越来越稀疏，说明物体在下落过程中速度越来越______，即自由落体运动是______运动。
2.若更换不同质量的重物重复实验，发现纸带上点迹的变化规律相同，说明自由落体运动的快慢与物体的______无关。
结论总结：自由落体运动是初速度为零、只受重力作用的匀加速直线运动，其运动性质与物体质量无关，所有物体的自由落体运动规律都相同。
探究点三：自由落体运动的生活应用
实例分析：
1.跳伞运动员打开降落伞前，下落过程可近似看作自由落体运动，速度会迅速增大；打开降落伞后，由于空气阻力增大，速度逐渐稳定。
2.建筑工人在高空作业时，必须系好安全带，防止因自由落体运动造成伤害。
3.用自由落体运动的规律可以测量反应时间：让他人手持直尺，自己手指放在直尺零刻度线下方，当他人松开直尺时，自己尽快捏住直尺，根据直尺下落的距离可大致判断反应时间。
讨论：为什么在月球上，宇航员同时释放铁锤和羽毛，它们会同时落地？
四、例题解析
1.例题：自由落体运动判断
下列运动中，可看作自由落体运动的是（ ）
A. 树叶从树上飘落
B. 雨滴从高空落下
C. 从手中释放的石块（忽略空气阻力）
D. 水平抛出的小球
解析：树叶飘落时空气阻力不能忽略（A错误）；雨滴下落初期可近似自由落体，但后期速度增大，空气阻力不可忽略（B错误）；从手中释放的石块，初速度为零且忽略空气阻力，符合自由落体条件（C正确）；水平抛出的小球初速度不为零（D错误）。故选C。
答案：C

2.例题：自由落体运动特点分析
关于自由落体运动，下列说法正确的是（ ）
A. 物体质量越大，下落速度越快
B. 自由落体运动是匀速直线运动
C. 自由落体运动中物体只受重力
D. 物体下落过程中速度保持不变
解析：自由落体运动快慢与质量无关（A错误）；是匀加速直线运动，速度逐渐增大（B、D错误）；只受重力作用（C正确）。故选C。
答案：C

五、练习题
（一）基础题
1.自由落体运动的初速度是（ ）
A. 大于零
B. 小于零
C. 等于零
D. 无法确定

2.下列因素中，影响实际物体下落快慢的主要是（ ）
A. 物体的质量
B. 物体的形状
C. 空气阻力
D. 物体的密度

3.关于自由落体运动的受力情况，下列说法正确的是（ ）
A. 受重力和空气阻力
B. 只受重力
C. 只受空气阻力
D. 不受任何力

4.在真空中，同时释放两个质量不同的物体，它们的下落情况是（ ）
A. 质量大的先落地
B. 质量小的先落地
C. 同时落地
D. 无法判断

5.下列运动中，不属于自由落体运动的是（ ）
A. 从静止释放的钢球
B. 从楼顶落下的石块
C. 被水平抛出的铅球
D. 从手中掉落的苹果

（二）提升题
1.为什么伽利略能通过逻辑推理质疑亚里士多德“重物先落地”的观点？这一推理过程体现了怎样的科学思维？

2.在现实生活中，为什么羽毛比石块下落慢？若将它们放在抽成真空的玻璃管中，下落情况会如何？

3.下列关于自由落体运动的说法，错误的是（ ）
A. 自由落体运动是匀加速直线运动
B. 自由落体运动的加速度方向竖直向下
C. 地球上不同地方的自由落体运动规律完全相同
D. 自由落体运动的初速度为零

4.为什么跳伞运动员在打开降落伞前，下落速度会越来越大？打开降落伞后速度会逐渐稳定？

5.结合自由落体运动的特点，分析为什么高空抛物现象极其危险。

六、答案及解析
（一）基础题答案及解析
1.答案：C
解析：自由落体运动是从静止开始的运动，初速度为零，C正确，A、B、D错误，故选C。

2.答案：C
解析：实际物体下落时，空气阻力是影响下落快慢的主要因素，质量、形状、密度影响较小（C正确，A、B、D错误），故选C。

3.答案：B
解析：自由落体运动的条件是只受重力，忽略空气阻力（B正确，A、C、D错误），故选B。

4.答案：C
解析：真空中没有空气阻力，物体只受重力，下落快慢与质量无关，会同时落地（C正确，A、B、D错误），故选C。

5.答案：C
解析：水平抛出的铅球初速度不为零，不符合自由落体运动条件（C正确）；A、B、D均满足初速度为零且忽略空气阻力，属于自由落体运动，故选C。

（二）提升题答案及解析
1.答案：伽利略通过“归谬法”进行推理，假设亚里士多德观点正确，将重物和轻物捆绑后会出现“速度既变大又变小”的矛盾，从而质疑该观点。这体现了逻辑推理、敢于质疑权威的科学思维。

2.答案：现实中羽毛下落慢是因为其受到的空气阻力与重力相比不能忽略；抽成真空的玻璃管中没有空气阻力，羽毛和石块只受重力，会同时下落。

3.答案：C
解析：自由落体运动是初速度为零的匀加速直线运动，加速度方向竖直向下（A、B、D正确）；地球上不同地方的重力加速度略有差异，自由落体运动规律不完全相同（C错误），故选C。

4.答案：打开降落伞前，空气阻力小于重力，合力向下，速度增大；打开降落伞后，空气阻力突然增大，大于重力，合力向上，速度减小，随着速度减小，空气阻力逐渐减小，当阻力等于重力时，合力为零，速度稳定。

5.答案：高空抛物时，物体从静止开始下落，做自由落体运动（或近似自由落体运动），下落过程中速度越来越大，动能也越来越大，落地时对外做功的能力极强，容易对地面人员和物体造成严重伤害，因此极其危险。

七、学后反思
1. 本节课学习后，你如何理解“自由落体运动与物体质量无关”这一结论？它与日常经验有差异的原因是什么？
2. 除了本节课提到的例子，生活中还有哪些现象与自由落体运动有关？请举例并分析其是否为严格的自由落体运动。