自由落体运动 打印

1、 2.5自由落体运动一、教材分析在力学知识体系中，运动学的内容是研究力学定律的基础。而匀变速直线运动是一种理想化的运动模型，是研究物体运动的知识前提。自由落体运动作为匀变速直线运动的一个特例，与实际比较接近，更加形象的诠释了初速度为零的匀变速直线运动的规律，因此，在物理学体系中具有特殊地位。本节教学内容要体现实验在认识自由落体运动规律中的作用，并通过介绍伽利略对自由落体运动的研究，体会科学研究方法对物理学发展的作用。在教材中，自由落体运动一节，编排在运动学的基本概念和匀变速直线运动等知识后，是匀变速直线运动的一个特例。在整个必修1的安排上，匀变速直线运动的教学重点在于规律的应用，自由落体运动的

2、新课教学侧重于培养学生的科学探究能力及逻辑思维能力，对促进学生的全面发展具有重要意义。通过对自由落体运动这种常见的、特殊的运动的研究，可以更好的对前面知识复习和巩固，同时也加强了物理学习与实际生活的联系。而且通过在授课过程中讲授研究物理问题的基本思路和科学方法，为以后研究比较复杂的运动规律打下良好的基础。因此本节课是培养学生思维的研究课，联系生活的应用课，也是为后面课程做知识准备的铺垫课。所以本节课在本章中具有重要的地位和作用。二、学情分析学生通过对前面知识的学习，已经对匀变速直线运动规律有了初步的理解，也学习了打点计时器的使用和数据处理方法，具备了一定的实验探究能力。根据生活经验，学生对自由

3、落体运动规律有一定认识，但并不科学严谨。学生会有“重的物体下落快”的认识，这是学生在日常生活中形成的前概念。并且，学生对落体运动的认识，只是表面的感性认识，需要通过实验探究进一步理性学习。三、三维目标1.知识与技能（1）、理解自由落体运动的性质和自由落体运动的条件（2）、理解自由落体运动的加速度，知道它的大小和方向、了解不同地方加速度不同（3）、掌握自由落体运动的规律，并能够运用自由落体运动的规律进行计算，解决某些实际生活中的问题2.过程与方法（1）在实验探究物体下落的快慢的过程中，进一步树立科学态度。（2）在实验探究自由落体运动特点和规律的过程中培养学生的动手操作能力、观察能力、分析推理能力

4、、综合归纳能力3.情感态度与价值观在研究自由落体运动的实验过程中，体会科学探索的艰辛，学习伽利略等科学家的科学精神。四、教学重点和难点教学重点：探究自由落体运动的性质及规律。五、教学器材自制“反应时间尺”：在一约40cm长的尺的一面标记上自由下落对应长度所用的时间，使用时，标有反应时间一面面朝学生。多媒体、钢球，乒乓球，纸张若干、牛顿管、电火花打点计时器、重物等。六、教学过程设计（一）利用实验创设情境，引入新课【情景1】利用实验激发学生的求知欲。先播放刘翔起跑图片,反应时间只用了0.108秒，引入同学们是否想知道自己的反应时间。教师展示课前设计制作好的“反应时间尺”，并提出问题“一般刻度尺是用

5、来测量什么的？”。教师继续设置悬念：这把尺子很神奇，它不仅能测量长度，还能测量时间，并且能测出同学们的大脑反应时间。并选34名学生上来测反应时间。学生抓住尺的同时就报出其反应时间，可采用“比比谁的反应时间短”的方式调动学生积极性。提出问题，引入新课：反应时间尺的原理是什么？老师是如何快速知道同学们的反应时间的呢？让我们带着这个问题一起来学习今天的内容：自由落体运动【教学设计说明】在此将教材中的“做一做”栏目中的“测定反应时间”改为放在课前引入，目的是通过这一游戏产生“惊奇”效果，激发学生探究的兴趣，增强学生的感性认识，活跃课堂气氛。 （二）探究一：轻重不同的物体下落快慢是否相同？引导学生回忆日

6、常生活中所见到的物体下落现象教师提出问题：“不同质量的物体，下落快慢是否相同？学生说出猜想与假设后，教师追问依据。你能验证吗？【情景2】教师设计系列实验，使学生产生认知冲突。A、在同一高度同时释放面积相等的硬币和纸片 重的物体先落地，轻的物体后落地。B、同一高处同时释放轻的纸团和稍重的纸片 轻的物体先落地，重的物体后落地。C、两片相同的纸片，其中一个揉成纸团 实验现象：揉成纸团后下落得快，先落地。学生活动：总结实验结果，得出“物体下落快慢与质量无关”的结论。【教学设计说明】“自由落体运动”一节的教学建立在实验基础上，可以结合学生原有的认知结构，利用实验创设问题情境，使学生发现值得探究的问题。使

7、用生活中的铁球、乒乓球与纸张，做演示实验，两物体的质量明显不同，实验简单现象明显，观察到的现象与学生头脑中的重的物体先落地的前概念形成冲突。演示过程中，从纸片到纸块的过渡，可诱发学生思维，猜想到空气阻力的影响，从而引出下一步思维。（三）探究二、影响物体下落快慢的因素【情景3】教师提出问题：既然物体下落快慢与其质量没有必然联系，实际生活中物体下落快慢不同可能是受什么因素的影响？学生猜想：从实验现象和生活经验可以猜想到是空气阻力影响。教师演示实验，学生参与观察分析。演示实验4：牛顿管演示实验实验装置如图所示，在一根长约1.5m的玻璃管中，放入羽毛、金属片。实验步骤可以观察到的现象1.不抽出玻璃管中

8、的空气，将玻璃管倒立过来。金属片先于羽毛落到管的底部。现象与生活中看到与想到的一致。引导学生思考、猜想，抽出管中空气，会有什么现象发生。实验步骤可以观察到的现象2.抽去玻璃管中空气，再将玻璃管倒立过来。金属片和羽毛同时落到管的底部。实验步骤及实验现象如下表所示：在教师的引导下可以从实验中得出结论物体下落受到空气阻力的影响，没有空气阻力时，物体下落过程中运动快慢与质量无关。【教学设计说明】牛顿管实验，使学生认识到空气阻力在落体运动中的影响，演示结束后，教师总结说明使学生认识到，探究现象背后的实质原因必须考虑或排除外界因素干扰，学习猜想与假设、设计实验、验证猜想、理想实验等实验探究方法。（四）自由

9、落体运动概念的建立【情景4】分析归纳形成概念。教师提出问题：由于落体运动受到空气阻力影响，要想研究落体运动就必须排除空气阻力，那么，如果物体在下落过程中忽略空气阻力，物体的受力有什么特征?学生回答。教师根据学生的回答，得出自由落体的定义“物体仅在重力作用下，从静止（即初速度为零）开始竖直下落的运动，叫做自由落体运动。”【教学设计说明】教师强调自由落体运动实际上是一种理想条件下的运动，实际生活中物体都会受到空气阻力，但一般重力大于空气阻力。在中学阶段，当空气阻力远小于重力时，可近似看做自由落体运动。（五）探究三、自由落体运动规律的探究【情景5】引导学生实验探究自由落体运动的规律教师提问：若要研究

10、某种运动规律，我们可以采用怎样的方法和器材？带领学生回顾前面学习匀变速直线运动的体验，如何判断一个运动是否为匀变速直线运动。学生可想到，利用打点计时器采用示踪（轨迹记录）法研究。教师进行演示实验，学生进行数据处理，并探究出自由落体运动的规律。师生共同总结自由落体运动的规律，轨迹是直线，方向竖直向下，是变速运动，速度越来越大。并指出由于阻力远小于重物的重力，故重物的下落可看作是自由落体运动，所以同学们计算的结果基本一致。【教学设计说明】学生已使用过电磁打点计时器探究匀变速直线运动的规律，所以可以让学生自主探究，得出自由落体运动的相关规律，但教师应指出由于自由落体运动与水平方向匀变速直线运动方向上

11、的显著区别。在实验过程中为了减小误差，打点计时器必须固定在竖直方向上，为充分利用课堂时间，教师可事先将电磁打点计时器竖直固定在铁架台上，再分发给学生，强调在试验过程中学生不要碰到电磁打点计时器，以免影响实验数据。（六）重力加速度【情景6】根据以上的实验数据，引出重力加速度的概念，并对重力加速度作如下说明：（1）用g表示，单位。（2）方向竖直向下。（3）地球上同一地点，一切物体的重力加速度都相等；不同地点重力加速度不等，通常取g=9.8m/s。教师活动：引导学生由课本重力加速度在不同纬度的大小变化，得出“重力加速度大小随纬度的增大而增大”的变化规律。【教学设计说明】重力加速度的定义较简单，可让学

12、生自己阅读课本，重力加速度大小随纬度的变化也比较明显学生很容易得出结论，可加快上课速度。（七）自由落体运动的基本公式【情景7】从匀变速直线运动的规律导出自由落体运动的规律教师活动：如何计算做自由落体运动的物体的速度和位移？学生活动：在教师的引导下，分析得出自由落体运动是初速度为0的匀变速直线运动，故匀变速直线运动的基本公式和推论都适用于自由落体运动，只须令这些公式中的初速度v=0，加速度a取为g即可，得:v=v+at v= gtx= vt+at2/2 h=gt2/2v2- v 2=2ax v2=2gh 【教学设计说明】教师只要提示到，自由落体运动是初速度为0的匀加速直线运动，学生很自然会推到出

13、自由落体运动的基本公式，有助于培养学生的自主分析能力。（八）小试牛刀【例】某同学从每层高3.5米的右图教学楼的楼顶由静止释放一个小钢球，(1)试估算钢球在运动后1秒内，3秒内下落的位移分别为多大？ （g=10 m/ s²）【教学设计说明】用生活中的实例使学生切身感受到物理应用在生活中的方方面面，体现了标准中从生活走向物理，从物理走向社会的教学理念。解题时更应该养成对结论进行审视的良好习惯。（九）课堂小结 师生共同归纳： 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 2、自由落体运动的规律 （1）自由落体运动是初速度为零的匀加速直线运动。 （2）重力加速度 g=9.8m

14、/s2，方向：竖直向下 （3）基本公式：Vt=gt h= gt2 /2 Vt2=2gh（九）布置作业1、研究性学习：前后呼应：如何解释反应时间尺的原理？要求学生课后讨论，并自己动手设计制作反应时间尺。提示学生运用自由落体运动规律。2、课后题3、4为作业题。【教学设计说明】将引入新课时提出的问题留给学生课后进行解答，有利于前后照应，有利于激发学生的好奇心和求知欲。同时此问题贴近日常生活，有助于学生解决问题。七、板书设计§2.5自由落体运动副板书一、自由落体运动概念1.定义：.2.性质:初速度为0匀加速直线运动二、重力加速度1.定义：.2.大小：g=9.8m/s3.方向：竖直向下三、自由

15、落体运动规律自由落体运动v0=0,a=g匀变速直线运动副板书八、教学反思本节课采取了探究式教学，并借助于一些媒体把这一过程展示出来，给学生搭建一个探究的平台。 在这个过程中不仅发现了问题、解决了问题，更重要的是学生在这个探究过程中亲自体验到了物理研究的基本思路和科学方法，在教学中应重视过程与方法的教学。整个教学过程是这样设计的，但实际课堂中还要根据当时的情境、学生反馈的信息和突发事件等不断进行调控，以达到设计思想、方法和手段与学生实际的融合，在课堂中充分发挥教师的主导作用和学生的主体作用，取得最佳的教育教学效益。第四节 自由落体运动三维目标知识与技能1认识自由落体运动，知道影响物体下落快慢的因

16、素，理解自由落体运动是在理想条件下的运动，知道它是初速度为零的匀加速直线运动。2能用打点记时器或其他实验仪器得到相关的运动轨迹并能自主进行分析。3知道什么是自由落体的加速度，知道它的方向，知道在地球上不同地方，重力加速度大小不同。4掌握如何从匀变直线运动的规律推出自由落体运动的规律，并能够运用自由落体规律解决实际问题。5初步了解探索自然规律的科学方法，培养学生的观察、概括能力。过程与方法1由学生自主进行实验探究，采取实验室的基本实验仪器打点记时器，记录下运动的信息，定量地测定重物自由下落的加速度，探究运动规律的同时让学生进一步体验科学探究方法。2培养学生利用物理语言归纳总结规律的能力。3引导学

17、生养成进行简单物理研究习惯、根据现象进行合理假设与猜想的探究方法。4引导学生学会分析数据，归纳总结自由落体的加速度g随纬度 变化的规律。5教师应该在教学中尽量为学生提供制定探究的机会，根据学生的实际能力去引导学生进行观察、思考、讨论和交流。情感态度与价值观1调动学生积极参与讨论的兴趣，培养逻辑思维能力及表述能力/。2渗透物理方法的教育，在研究物理规律的过程中抽象出一种物理模型自由落体3培养学生的团结合作精神和协作意识，敢于提出与别人不同的见解。教学重点重点是使学生掌握自由落体的速度和位移随时间变化的规律。自由落体的特征是初速度为零，只受重力作用(物体的加速度为自由落体加速度g)。教学难点是演示

18、实验的技巧及规律的得出，介绍伽利略的实验验证及巧妙的推理。教具牛顿管、硬币、小纸片、打点记时器、刻度尺、铁架台、纸带、重物等课时安排1课时教学内容复习提问s1s2s3=149sss135引入新课演示：多种小物体的下落。我们都见过雨滴、雪片从天而降，树叶飘落，苹果坠地以及石子落入水井中，上述物体都是受到重力作用而竖直下落的。落体运动：指出在地面附近的任何物体，脱离支持物后，竖直落向地面的运动叫做落体运动。研究落体运动对我们的生产和生活有非常重要的意义。如：我们通过坠落的石子来测量井口到水面的深度；飞机空投人员和货物时使用降落伞以减小着地速度等都用上了自由落体运动的相关知识。引入新课历史回顾及实验

19、演示：取一枚硬币，一枚与硬币等大的纸片，让它们从同一高度同时下落，观察下落情况。结论：“物体越重，下落得越快”。1亚里士多德(Aristotle)的认识 从公元前4世纪至公元17世纪，这种观念统治了人们两千多年之久。2伽利略(Galileo)的贡献(1638年) 两个物体mAmB分别由同一高度下落，重的物体比轻的物体下落的快，当把两物体捆在一起仍从同一高度下落情况会是怎样呢？结论：整体分析：当把两个物体捆在一起时mC=mAmB，因为新组成的物体比上述两个物体中的任一个都重从而下落的应最快。局部分析：A物体下落的快，受到一个下落得慢的物体B的作用，结果就像一个大人拉着小孩向前跑，比单独大人跑要慢

20、，比小孩单独跑要快一样，他们的共同速度应介于A、B两物体之间即vAvCvB。伽利略用归谬法巧妙地否定了亚里斯多德的观点，从而得出结论：重物体不比轻物体下落得快。问题：到底是谁的观点对呢？我们可做个简易实验，试试看。演示2：取一颗小石子，一张比小石子重的大纸片，让它们从同一高度同时下落，观察下落情况。结论：“观察出小石子先着地，得出物体越轻下落越快。”演示3：取两张完全相同的大纸片，它们的重力是相同的，这样重力对下落的作用是相同的（采用控制变量法），再把其中的一张捏成纸团，让它们从同一高度同时下落。结论：“观察到纸团先着地，重力相同的两个物体下落快慢可能不同。”物体下落的快慢和物体的轻重关系比较

21、复杂，既不能说越重越快，也不能说越轻越快，重力相同的两个物体下落快慢可能不同。那么，除了物体的重力外，影响以上各实验物体下落快慢的因素还可能有什么呢？学生讨论分析分析前面各实验现象的原因得出是空气阻力的影响。影响空气阻力大小的因素太复杂（物体形状、速度大小、空气密度等），引导得出最好先研究在没有空气阻力的条件下的落体运动。问题与假设 空气阻力是影响物体下落快慢的重要因素，若消除空气阻力，轻重物体的下落快慢会怎样呢？思维敏捷的学生对观察、实验得到的现象进行分析后会作出各种假设，学生们争论不休，期盼结论。演示4：取一枚硬币，一枚与硬币等大的纸片，将纸片捏成团。让硬币与纸团从同一高度同时自由下落。现

22、象：观察到在空气阻力可忽略时，两者几乎同时着地。演示5：通过牛顿管来演示羽毛和钱币下落的快慢现象：没有抽气时，羽毛比钱币下落慢得多，尽量抽空管内空气后，两者几乎同步下落，同时落到牛顿管的下端，硬币落下有声，眼可直接观察鸡毛下落。结论：物体下落过程的运动情况与物体的质量无关，没有空气阻力时，羽毛和钱币下落一样快。引入自由落体运动的概念。一自由落体运动1定义：物体只在重力作用下，从静止开始下落的运动叫做自由落体运动。2说明：自由落体运动是一种理想化的运动，在实际问题中有空气时，物体的密度不太小，速度不太大(H不太高)，在空气阻力远小于物体的重力，空气阻力的作用可以忽略不计时，落体运动可以近似看成是

23、自由落体运动。3推论：在没有空气阻力时，做自由落体运动的物体，在同一地点不同物体做自由落体运动的情况都相同。二自由落体运动的性质：（探索自由落体运动的性质）（说明下一节有关于伽利略研究自由落体运动的过程，请同学们阅读）从实验中知道，自由落体运动是一种变速直线运动，这种运动是什么性质的运动呢？是一般的变速直线运动，还是匀变速直线运动呢？（展示重物自由下落时打点计时器打下的一条纸带）从纸带可以看出，在相等的时间间隔里，小球下落的位移越来越大，表明小球在做加速运动。（演示实验）利用重物自由下落时打点计时器打下的纸带，测出有关的数据，利用结论SSSSSaT2，定量判断出自由落体运动是匀加速直线运动，并

24、求出加速度的大小（在处理纸带是可以利用投影，教师测量数据，让学生自己处理并得出结果）（教师小结）1结论：自由落体运动是一种初速度等于零的匀加速直线运动。通过不同重量的物体在被抽掉空气的玻璃管内下落的情况的比较，可以得出的结论是：在没有空气阻力时，做自由落体运动的物体，在同一地点不同物体做自由落体运动的情况都相同，所以它们从静止开始在相同时间里下落的位移必定相同，根据公式Sat2/2，得出自由落体运动的物体都具有相同的加速度。在同一地点的不同物体做自由落体运动的加速度均相同。2 自由落体加速度：(1)在同一地点，不同物体作自由落体运动时的加速度相同，这个加速度叫自由落体加速度，也叫做重力加速度，

25、通常用g表示。物体自由下落时速度变化的快慢都一样。我们平时看到轻重不同，密度不同的物体下落时的快慢不同，加速度不同，那是因为它们受到的阻力不同的缘故。(2)不同的地理位置，重力加速度的大小不同，其大小与物体所在地球上的位置有关，与离地面的高度也有关。在通常情况下，重力加速度取g=9.8m/s2，粗略计算时g取g=10m/s2 。(3)重力加速度是矢量，它的方向总是竖直向下的，与重力方向相同。由于自由落体运动是初速度为零的匀加速直线运动，所以匀变速直线运动的基本规律及其推论都适用于自由落体运动，只要把V0取零，并且用g来代替加速度a就行了。三自由落体运动的规律：1规律：速度变化规律 Vtgt位移

26、变化规律 Sgt2/22推论：Vt22gs Vt/2Vt中3特点：V1 V2V3123S1S2S3 122232SSS 135SSSSSgT2例1。物体从离地h 高处下落，它在落地前的1s 内下落35m，求物体下落时的高度及下落时间。解析：设下落时间为t ,则有：最后1s 内的位移便是ts内的位移与(t-1)s内的位移之差：s=gt2-g(t-1)2代入数据：35=5t2-t(t-1)2得t =4s 下落时的高度h=gt2=80m例2：长为L的细杆AB，从静步开始竖直落下，求它全部通过距下端h处的p点所用时间是多少？解析：由于细杆上各点运动状态完全相同，可以将整个杆转化为一个点，例如只研究A点

27、的运动。B下落h时，杆开始过P点，A点下落h+L时，杆完全过P点。从A点开始下落至杆全部通过P点所用时间为t1 =A点下落h所用时间，t2 =杆通过P点所用的时间，t=t1 t 2 =通过草图分清各阶段运动，然后用自由落体运动公式求解。巩固应用1做一做：测定反应时间（详见教材）（学生对这个小实验兴趣极大，个个跃跃欲试，可多做几位，g 取10m/s2，教师必须先测算出一些数据，做好准备）2某人要测一座高塔的高度，从这座塔顶上静止释放一个小石块，测得石块从释放到落地时间是3.0s，问塔有多高？g取10m/s2。3甲物体的质量是乙物体质量的2倍，甲从H米高处自由落下，乙从2H米高处与甲同时自由下落，

28、下面说法中正确的是： A：两物体下落过程中，同一时刻甲的速度比乙的速度大。 B：下落过程中，下落1s末时，它们速度相同。 C：下落过程中，各自下落1m时，它们的速度相同。 D：下落过程中，甲的加速度比乙的大。4一个自由落体落至地面前最后一秒钟内通过的路程是全程的一半，求它落到地面所需的时间。解析：物体做匀变速直线运动，第n秒通过的路程为sN，n秒内通过的路程为sn，则物体在n-1秒内通过的路程为sn-1，则根据题意，得【课堂小结】1自由落体运动是一种非常重要的运动形式，在现实生活中有许多落体运动可以看成是自由落体运动，研究自由落体运动有着普遍的意义。2为了研究自由落体运动，我们运用了物理学中的

29、理想化方法，从最简单、最基本的情况入手，抓住影响运动的主要因素，去掉次要的非本质因素的干扰，建立了理想化的物理模型自由落体运动，并且研究了自由落体的运动规律，理想化是研究物理问题常用的方法之一，在后面的学习中我们还要用到。3自由落体运动是一种简单的基本的运动形式，抛体运动可以看成是另一个运动形式与自由落体运动的合成，也就是说自由落体是研究其他抛体运动的基础，一定要抓住其产生的条件和运动规律。四作业阅读下列材料，完成教学设计。材料一：高中物理物理1某教材“自由落体运动”一节内容节选材料二:普通高中物理课程标准（实验）与“自由落体运动”相关的“内容标准”“通过史实，初步了解近代实验科学产生的背景，

30、认识实验对物理学发展的推动作用。”“经历匀变速直线运动的实验研究过程，理解位移、速度和加速度，了解匀变速直线运动的规律，体会实验在发现自然规律中的作用。”“能用公式和图像描述匀变速直线运动，体会数学在研究物理问题中的重要性。”材料三：教学对象为普通高中高一学生，课前已掌握了匀变速直线运动的知识。根据上述材料，回答：（1）简要分析材料一内容在“自由落体运动”一节中的作用（2）完成材料一部分的教学设计，内容包括教学目标、教学方法、教学过程，并说明设计思想。（不少于300字）【教学任务分析】一、材料一的作用材料一中提供的伽利略论证“物体下落规律只取决物体的重量”这一论断的真伪，所采用的论证方式称为归

31、谬法。归谬法是人们常用的一种论证方法。它是充分条件假言推理否定式在论证中的应用。人们在运用归谬法反驳某一判断(或称为观点)时，先假定被反驳判断为真，并以它作为充分条件假言推理大前提的前件，然后经过合理的引申、推导得出一个虚假或荒谬的后件，最后根据充分条件假言推理“否定后件就要否定前件”的规则，达到对被反驳判断的否定。学生阅读材料，只是经历一次运用归谬法的经历，并无法陈述归谬法运用的条件或者说所要解决问题的场合，以及归谬法运用的步骤，也就是并不会有意识地概括出归谬法的条件和步骤，也就是没有习得“归谬法”的意义。如果在教学环节中，没有“归谬法”显性化的教学环节，此目标可为：经历伽利略论证物体下落只与重力相关论断的过程，体会其中归谬法的运用。如果在教学环节中，有将“归谬法”显性化教学的环节，目标可设定为：【教学目标】掌握归谬法；能用自己语言陈述归谬法适用的条件、步骤，并举出归谬法运用的实例。在提示可用归谬法的场合，能执行其步骤，尝试解决相关的问题。【教学方法】采用方法教学方式二，即启发式教学。1选择几个解决问题实例，这些问题解决中需要运用所要教授的认知策略，并实际组织教学；2教师引导学生反