《1.2 自由落体运动》教学设计

《1.2自由落体运动》教学设计【教学内容】第一单元第2节第3课时：“自由落体运动”。【教学目标】1.了解什么是自由落体运动及自由落体的条件；理解自由落体运动的特点；掌握自由落体运动的规律。2.通过观察演示实验概括出自由落体运动是初速度为零的匀变速直线运动，从而培养学生的观察、概括能力，通过相关物理量变化规律的学习，培养分析、推理能力。3.通过突出主要因素，忽略次要因素，抽象出物理模型──自由落体，渗透物理学的基本思想与方法，体会合理取舍，抓主要矛盾的辩证法思想；体会伽利略不崇尚教条，敢于批判与质疑，不畏艰险大胆创新的科学精神。【教学重点】自由落体的特征及规律。【教学难点】伽利略的实验验证及巧妙的推理。【教具准备】硬币（一元）两枚，薄纸袋（恰好可装下硬币），抽气机，牛顿管。【教学过程】◆合作探究──新课学习一、创设情境，引入新课将拿在手中的粉笔头由静止释放，然后说明：我们今天研究这种常见的运动──物体下落的运动。1．演示1：硬币和纸袋分别从同一高度由静止开始同时下落，观察下落速度，从表面上看得到结论，“物体越重，下落得越快”。2．历史的回顾──亚里士多德的观点（1）亚里士多德简介亚里士多德（前384―前322年），古希腊斯吉塔拉人，是世界古代史上伟大的哲学家、科学家和教育家之一。亚里士多德一生勤奋治学，从事的学术研究涉及到逻辑学、修辞学、物理学、生物学、教育学、心理学、政治学、经济学、美学等，写下了大量的著作，他的著作是古代的百科全书，据说有四百到一千部。他的思想对人类产生了深远的影响。他创立了形式逻辑学，丰富和发展了哲学的各个分支学科，对科学做出了巨大的贡献。（2）关于落体运动的观点：“重的物体下落的快，轻的物体下落的慢”。亚里士多德提出这一观点，主要是“经验”加猜测，没有进行实验探究与科学论证。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。3．伽利略的贡献“小石头诘难大哲学家”──伽利略对亚里士多德关于落体运动观点的质疑设想：两个物体mA>mB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？分析：①整体分析：当把两个物体捆在一起时mC=mA＋mB，因为新组成的物体比上述两个物体中的任一个都重，从而下落得应最快。②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，比小孩单独跑要快一样，他们的共同速度应介于A、两物体之间即vA>vC>vB。伽利略用归谬法从理论上巧妙地否定了亚里士多德的观点，提出猜想：重物体不比轻物体下落得快。演示2：将纸袋揉成纸球和硬币从同一高度由静止开始下落，观察下落速度（相差不多），把硬币装入纸袋与另一枚硬币从同一高度由静止开始下落，观察下落速度也相差不多，若减小空气对运动物体的影响会如何呢？演示3：牛顿管中的物体下落。将事先抽过气的牛顿管内的硬币与轻鸡毛从静止一起下落，观察实验结果两者几乎同时落到牛顿管的下端。将牛顿管放入空气再做实验情况就截然不同了。亚里士多德的错误，一是忽略了空气阻力对运动物体的影响，二是没有实验验证，全凭经验和猜测，从而得出错误的结论。二、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。自由落体运动是一种理想运动，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），可以忽略空气的阻力，将物体在空气中由静止开始的下落运动近似看成是自由落体运动。不同物体做自由落体运动，它们的运动情况是相同的。2．伽利略对自由落体运动的研究──“冲淡重力”实验：伽利略所处的年代还没有钟表，计时仪器非常简陋，自由落体运动又很快，伽利略为了研究落体运动，利用当时的实验条件做了在斜面上从静止开始下滑的直线运动（目的是为了“冲淡重力”），证明了在阻力很小的情况下小球在斜面上的运动是匀变速直线运动，用逻辑推理外推到斜面倾角增大到90°的情况，小球将自由下落，成为自由落体。他认为这时小球仍然会保持匀变速直线运动的性质。也就是说，自由落体运动是初速度为零的匀加速直线运动。这就是伽利略当年在极其简陋的条件下运用实验探究加合理外推得出的研究结果。这跟运用闪光照片等其他现代研究方法得出的结论是一样的。3．引导学生观察研究研究课本上的自由落体闪光照片：（1）在相等的时间里，小球下落的距离越来越大，说明小球的下落运动是加速运动。（2）如果测出相邻两个时间段里的位移的差值，可以求出小球下落的加速度，可以发现小球下落运动中的加速度恒定不变，说明小球的自由落体运动是初速度为零的匀加速直线运动。三、自由落体加速度1．回顾牛顿管实验：同一地点，不同物体从同一高度出自由落体，下落同一高度时间相同，由公式可知，它们的加速度相同。这个加速度称为自由落体加速度，常用g表示。2．对自由落体加速度的讨论（1）在同一地点，一切物体在自由落体运动中的加速度都相同。（2）自由落体加速度方向是竖直向下的。（3）重力加速度g的方向总是竖直向下的。（4）在地球上不同纬度地区，重力加速度的大小有微小的差别，但都在9．8m/s2左右，通常取g=9．8m/s2，粗略计算时常取g=10m/s2四、自由落体运动的规律1．公式表示：在匀变速直线运动的各种关系式中，令可得到自由落体运动的：（1）速度时间关系式：。（2）位移时间关系式：自由落体运动的规律：。（3）速度位移关系式：。2．图像表示：自由落体的速度时间图像：过v-t直角坐标系原点的一条直线，直线的斜率（图像与t轴正方向夹角的正切）等于重力加速度。◆案例研究──巩固所学1．案例1：例1．教材第18页例题42．案例2：两人一组按教材第19页“实验与观察”方法，测自己的反应时间。◆评价交流──要点归纳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．在研究自由落体运动的过程中我们还给大家介绍了归谬法，即理论推导的一种重要方法，同学们的学习重要的是研究问题的方法而不是知识本身，知识的结论当然重要，但更重要的是如何获取知识。4．自由落体运动是一种简单的基