高中物理 匀变速直线运动的研究——自由落体运动

先来看一下课本的思考题

第一个问题，站在高层建筑上，让轻重不同的两个物体从同一高度同时落下，你认为哪个物体下落得快？

有些人根据经验一定会认为重的物体下落得快，轻的物体下落得慢。

第二个问题，在教室内拿两张同样大小的纸，将其中一张揉成一个团，让纸团和另一张纸在同样的高度落下，看看哪个下落的快？

这次两个物体的质量是一样的，但是形状不一样，自己做一下这个实验，会发现纸团下落的更快。

结合实验和生活中的经验，我们猜测质量，形状，空气阻力可能是影响物体下落快慢的原因。

其实在两千多年前，古希腊学者亚里士多德就根据日常的观察给出一个结论，重的物体比轻的物体下落得快。因为这个结论很符合常识，所以两千多年间没有人怀疑过。

直到现代科学实验方法的奠基人——伽利略提出质疑后，才打破了这个错误的说法。（关于比萨斜塔的实验是不是伽利略本人做的或者这个实验的真实性不得而知，缺少历史资料，比萨斜塔实验作为一种思想实验,其影响和意义超过了其是否真实进行的争议。它体现了伽利略科学思维的先进性,也推动了科学知识的积累,在力学理论形成史上具有里程碑的意义。）

那么质量不同的物体从相同高度下落的情况到底是怎样的？我们来看一下纪录片中的片段，在世界上最大的真空实验室里，用羽毛和保龄球进行的自由落体实验。

由实验可以看到，将空气抽出去后，没有了空气阻力的影响，羽毛和保龄球下落得同样快。在现实生活中人们之所以看到物体下落的快慢不同，是因为空气阻力的影响。如果没有空气阻力，所有物体下落的快慢都一样。

物体只在重力作用下从静止开始下落的运动，叫作自由落体运动（free-fall motion）。这种运动只在真空中才能发生。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落体运动。

一般我们见到物体从高处下落就是落体运动，而自由落体运动就是物体从静止开始，即初速度为0开始下落，除此之外，在下落过程中只有重力而没有其他力的作用，简单讲就是只受重力。

比如一个铁球和一张纸从同一高度同时静止下落，铁球会很快落地，而这张纸会慢慢飘落下来，这是因为它们在空气中运动，受到了空气阻力，铁球受到的空气阻力非常小，可以近似地看作自由落体运动；而纸片则不能，假如将这张纸揉成一个纸团，从同样的高度静止释放，那运动状态就不一样了，这就说明空气阻力的影响是很大的，不能忽略，所以一张纸的下落不是自由落体运动。

注意：在高中阶段，如果一个物体从高处干净利落的掉在地上，可以看做自由落体运动；如果是慢慢落下来，就不是自由落体运动。当然在更多的时候题目会说明不计空气阻力，这时候可以直接看做自由落体运动。

再来看一下自由落体运动的规律。首先自由落体运动是一个直线运动，而且下落的速度越来越快，所以是一个加速直线运动，通过《研究自由落体运动的规律》的实验可以得到结论，自由落体运动是一个匀加速直线运动，这个运动的初速度,加速度大小通过实验可以计算，大概是，这个加速度叫做自由落体加速度，也叫做重力加速度，用g来表示，自由落体加速度是一个矢量，方向是竖直向下的。

所以自由落体运动的规律是：自由落体运动是一个初速度为零的匀变速直线运动，加速度是自由落体加速度g，方向竖直向下。

重力加速度是一个非常重要的物理量，精确的实验发现，在地球表面不同的地方，g的大小一般是不同的。

从表格中可以观察到，两极的重力加速度最大，赤道处的重力加速度最小，纬度越高，重力加速度的值就越大。除了纬度，高度对重力加速度的值也有影响，比如在同一纬度上，高度越高的地方重力加速度的值也就越小。世界各地的重力加速度g的值不同，在计算时通常取，如果是粗略计算取。

总结

初速度为零，只受重力的运动叫做自由落体运动；做自由落体运动的物体下落的快慢与质量无关；物体自由下落做的是初速度为零，加速度为重力加速度g的匀变速直线运动，方向竖直向下；g通常取，粗略计算时取。