伽利略对自由落体运动的研究教学设计教案

教学准备1.

教学目标知识与技能1.知道影响物体下落快慢的因素，理解自由落体运动是在理想条件下的运动．2.能用打点计时器得到相关的运动轨迹，并能自主分析纸带上记录的位移与时间等运动信息．3.了解伽利略对自由落体运动的研究思路和方法．过程与方法1.通过对落体运动的实验探究，初步学习使用变量控制法．2.经历伽利略对自由落体运动的研究方法，感悟科学探究的方法．情感态度与价值观1.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．2.培养学生严谨的科学态度和实事求是的科学作风.2.

教学重点/难点教学重点1.自由落体加速度的大小和方向2.自由落体运动的规律，并运用规律解决实际问题教学难点1.自由落体运动的条件及规律2.应用自由落体运动的规律解决实际问题3.

教学用具多媒体、板书4.

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教学过程一、自由落体运动1.基本知识(1)定义：物体只在重力作用下从静止开始下落的运动．(2)做自由落体运动的条件：①只受重力作用．②初速度等于零．(3)运动性质：自由落体运动是初速度为零的匀加速直线运动．2．思考判断(1)物体竖直向下的运动就是自由落体运动．(×)(2)物体仅在重力作用下的运动就是自由落体运动．(×)(3)物体由静止释放，当空气阻力很小，可忽略不计时可以看做自由落体运动．(√)探究交流(1)一张纸片下落和该纸片揉成团下落快慢不同是什么原因造成的？(2)为什么在抽成真空的牛顿管中金属片和羽毛下落的快慢相同？【提示】(1)纸片受到的空气阻力较大，而纸团受到的空气阻力较小，造成二者下落快慢不同．(2)由于抽成真空的牛顿管对金属片和羽毛均没有空气阻力，它们只在重力作用下做自由落体运动.二、自由落体加速度及运动规律1.基本知识(1)定义：在同一地点，一切物体自由下落的加速度都相同，这个加速度叫做自由落体加速度，也叫做重力加速度，通常用g表示．(2)方向：竖直向下．(3)大小：在地球上不同的地方，g的大小是不同的，一般计算中，g取9.8_m/s2或g＝10_m/s2.(4)运动规律①自由落体运动实质上是初速度v0＝0，加速度a＝g的匀加速直线运动．②基本公式位移速度关系式：v2＝2gh.(gt2.)2．思考判断(1)自由落体运动加速度的大小与物体质量有关．(×)(2)重力加速度的方向竖直向下．(√)(3)在地球上不同的地方，g的大小略有不同．(√)三、伽利略对自由落体运动的研究1.基本知识(1)问题发现亚里士多德观点：重物下落得快，轻物下落得慢．矛盾：把重物和轻物捆在一起下落，会得出两种矛盾的结论．伽利略观点：重物与轻物下落得一样快．(2)猜想与假说伽利略猜想落体运动应该是一种最简单的加速运动，并指出这种运动的速度应该是均匀变化的假说．(3)理想斜面实验①如果速度随时间的变化是均匀的，初速度为零的匀变速直线运动的位移x与运动所用的时间t的平方成正比，即x∝t2.②让小球从斜面上的不同位置由静止滚下，测出小球从不同起点滚动的位移x和所用的时间t.③斜面倾角一定时，判断x∝t2是否成立．④改变小球的质量，判断x∝t2是否成立．⑤将斜面倾角外推到θ＝90°时的情况——小球自由下落，认为小球仍会做匀加速运动，从而得到了落体运动的规律．(4)伽利略研究自然规律的科学方法：把实验和逻辑推理(包括数学推演)和谐地结合起来．他给出了科学研究过程的基本要素：对现象的一般观察→提出假设→运用逻辑得出推论→通过实验对推论进行检验→对假说进行修正和推广．2．思考判断(1)亚里士多德的观点是：重物、轻物下落得一样快．(×)(2)伽利略通过实验证明了，只要斜面的倾角一定，小球自由滚下的加速度是相同的．(√)(3)伽利略科学思想方法的核心是做实验．(×)探究交流在研究自由落体运动时，伽利略进行了猜想，亚里士多德进行了猜测，两种研究方法有何不同？【提示】伽利略的科学猜想是根据所观察、发现的事实，把客观事实与原有的知识结合起来，科学猜想不能直接当做结论使用，只有经过实验验证，才能作为结论使用.四、自由落体运动及自由落体加速度【问题导思】1．物体在重力作用下的下落都是自由落体运动吗？2．实际中，物体下落的运动是自由落体运动吗？3．同一物体在不同地点做自由落体运动时，其加速度是否相同？1．物体做自由落体运动的条件(1)初速度为零；(2)除重力之外不受其他力的作用．2．自由落体运动是一种理想化模型这种模型忽略了次要因素——空气阻力，突出了主要因素——重力．在实际中，物体下落时由于受空气阻力的作用，并不做自由落体运动，只有当空气阻力远小于重力时，物体由静止的下落才可看做自由落体运动，如在空气中自由下落的石块可看做自由落体运动，空气中羽毛的下落不能看做自由落体运动．3．自由落体加速度的大小(1)产生原因：由于处在地球上的物体受到重力作用而产生的，因此也称为重力加速度．(2)大小：与所处地球上的位置及距地面的高度有关．①在地球表面会随纬度的增加而增大，在赤道处最小，在两极最大，但差别很小．②在地面上的同一地点，随高度的增加而减小，但在一定的高度范围内，可认为重力加速度的大小不变．通常情况下取g＝9.8

m/s2或g＝10

m/s2.1．自由落体运动是匀变速直线运动的特例．2.物体不仅在地球上做自由落体运动，在其他星球上也可以做自由落体运动，只不过同一物体在不同星球上所受重力不同，重力加速度不同．3.g的方向，不是垂直向下，也不一定指向地心．例：下列关于自由落体运动的说法正确的是()A．物体从静止开始下落的运动叫自由落体运动B．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C．从静止开始下落的小钢球，因受空气阻力作用，不能看成自由落体运动D．从静止开始下落的小钢球，所受空气阻力对其运动的影响很小，可以忽略，可以看成自由落体运动【审题指导】解答关于自由落体运动的问题时，必须抓住自由落体运动的两个条件，一是初速度v0＝0，二是仅受重力作用．【答案】BD对自由落体运动条件不清，往往误认为物体仅在重力作用下的运动就看做是自由落体运动或者是误认为只要物体从静止下落，物体就做自由落体运动，从而误选A.五、自由落体运动的规律及应用【问题导思】1．自由落体运动是特殊的匀变速直线运动吗？2．匀变速直线运动的基本规律对于自由落体运动是否适用？3．匀变速直线运动的推论对于自由落体运动是否适用？1．基本规律3.关于自由落体运动的几个比例关系式(1)第1s末，第2s末，第3s末，…，第ns末速度之比为v1∶v2∶v3∶…∶vn＝1∶2∶3∶…∶n；(2)前1s内，前2s内，前3s内，…，前ns内的位移之比为h1∶h2∶h3∶…∶hn＝1∶4∶9∶…∶n2；(3)连续相等时间内的位移之比为hⅠ∶hⅡ∶hⅢ∶…∶hn＝1∶3∶5∶…∶(2n－1)；(4)连续相等位移上所用时间之比为t1∶t2∶t3∶…∶tn＝1∶(－1)∶(－)∶…∶(－)；(5)连续相等时间内的位移之差是一个常数Δh＝gT2(T为时间间隔)．例：如图所示，直棒AB长5

m，上端为A，下端为B，在B的正下方10

m处有一长度为5

m、内径比直棒大得多的固定空心竖直管．手持直棒由静止释放，让棒做自由落体运动(不计空气阻力，重力加速度取g＝10

m/s2)．求：

(1)直棒从开始下落至上端A离开空心管所用的时间；(2)直棒上端A离开空心管时的速度；(3)直棒在空心管中运动的时间(结果可用根式表示)．【审题指导】解答该题应注意：(1)直棒从开始下落至A端离开空心管的过程中，A端下落的高度是多少．(2)直棒在空心管中运动的时间对应运动的哪个过程．【答案】(1)2

s(2)20

m/s(3)(2－)s杆有长度，不易分析其运动情境，解题时，我们可以找杆上某一点(如A点)为研究对象，它的运动即代表整个杆的运动．杆通过筒的时间也可认为是B点从刚进入空心筒处运动(l＋)这段距离的时间．六、竖直上抛的研究方法

例：某物体以30

m/s的初速度竖直上抛，不计空气阻力，取g＝10

m/s2，5

s内物体的()A．路程为65

mB．位移大小为25

m，方向向上C．速度改变量的大小为10

m/sD．平均速度大小为13

m/s，方向向上【答案】AB竖直上抛运动1．定义：将一个物体以某一初速度v0竖直向上抛出，抛出的物体只受重力作用，这个物体的运动就是竖直上抛运动．2．运动性质：初速度为v0，加速度为－g的匀变速直线运动(通常取初速度v0的方向为正方向)．3．基本规律(1)速度公式：v＝v0－gt.(2)位移公式：x＝v0t－2(1)gt2.(3)位移和速度的关系式：v2－v0(2)＝－2gx.(4)上升到最高点(即v＝0时)所需的时间t＝g(v0)，上升的最大高度xmax＝0().4．研究方法(1)分段法：上升过程是加速度a＝－g，末速度v＝0的匀减速直线运动，下降过程是自由落体运动，且上升阶段和下降阶段具有对称性．(2)整体法：将全过程看成是初速度为v0、加速度为－g的匀变速直线运动，把匀变速直线运动的基本规律直接应用于全过程，但必须注意相关量的矢量性．习惯上取抛出点为坐标原点