《自由落体运动》教案

《自由落体运动》教案【教材分析】落体运动是自然界常见的一种运动，长期以来，科学家们都对它进行了不同层次的研究。从历史上来看，研究自由落体运动的规律对于整个运动学理论的形成产生了重大影响，就是因为人们对于它的认识，人们才寻找到一套崭新的科学研究的方法和手段，近代物理学的大门因为这把钥匙而打开。自由落体运动是匀加速直线运动的一种重要的特殊情况下的应用。因此，本节内容的学习是以两章的运动学基本理论为基础的。首先我们要引入自由落体运动的概念，让学生们再次认识到物理学理想模型建立的重要性；然后根据实验的结果说明自由落体运动是一种匀加速直线运动，并且告诉学生这种运动的加速度就是自由落体加速度g；之后说明在地球上同一地点，一切物体运动的加速度都相等，地球上各个维度和海拔的区域重力加速度有微小的差别，并提示学生关于这个差别的原因以后再讲。【教学目标】1.知道物体做自由落体运动的条件，明白自由落体运动的定义。并告诉学生它是一种理想化模型。2.通过实验探究自由落体运动是一种匀加速直线运动，并告诉学生重力加速度的大小，建立重力加速度的概念。了解地球上各地区重力加速度的微小差别。3.根据前面运动学的相关规律，推导出它们在自由落体运动中的具体形式。【教学重点】1.自由落体运动的概念，以及牛顿管演示实验的演示。2.通过对自由落体运动规律的探究，明白其确实是一种匀加速直线运动，并且加速度就是重力加速度g，约为9.8m/s^2。3.通过匀加速直线运动的相关规律推导出自由落体运动规律。【教学难点】1.自由落体概念的理解，理解引入理想化模型的重要意义。2.探究自由落体运动规律，让学生明白他是一种匀加速直线运动以及测量重力加速度的大小。3.理解地球上各地重力加速度不同的原因。【教学内容及过程】1.自由落体运动：【讲解】前面的章节我们学习了一些运动学的基本概念和规律，特别是匀变速直线运动的相关规律，今天我们开始学习一种特殊的变速运动形式——自由落体运动。在讲课之前请大家先观察下面几个图：飘落的树叶，羽毛；熟透的苹果下落；下落的水滴；天空中滑落的流星……【讲解】大家发现这些运动的共同特点了吗？【学生回答】它们都在下落。【讲解】对，它们都在重力作用下下落了。我们把物体由于受到重力作用而下落的运动就叫做落体运动。但是大家觉得落体运动好不好研究？应该说一般的落体运动是不好研究的，其中有一个很重要的影响因素就是空气阻力，因而它往往是比较复杂的。那么在遇到一种复杂运动的时候，我们应该用什么手段来研究它呢？前面我们已经讲过质点模型的概念，请大家回忆一下为什么要建立质点模型以及物体可以看做质点的条件是什么？【学生回答】为了解决实际问题的需要而引入了质点的概念。在物体的大小和形状对我们所研究的问题可以忽略的情况下可以将物体看作质点。【讲解】那么这一节我们为了研究落体运动的规律，也要引进一种新的物理模型，也是一个新的概念——自由落体运动。在讲课之前，我先要做几个演示实验，请大家注意仔细观察。演示一：剪断悬挂小球的细线，观察小球的运动。引导学生分析：小球作直线运动的原因。（根据初中学过的二力平衡的知识，以及力的作用效果来分析）演示二：一手拿粉笔头，另一只手拿一张纸片，从讲台上同一高度由静止开始释放，让学生观察二者是否同时落地。演示三：将纸片捏成纸团，重复演示2实验，在让学生观察二者是否同时落地。引导学生分析：物体产生下落快慢不同的原因（空气对纸的阻力影响了纸片的下落，而当他被揉成纸团以后，阻力减小，纸片和粉笔头几乎同时着地）。【讲解】刚才演示的实验其实还可以用实验室中更精确的演示仪器来演示（给大家出示牛顿管）。这就是牛顿管，是一根长一米五的玻璃管，里面装有一些形状和质量都不同的小物体，如羽毛，金属片，软木塞，小玻璃球等。演示实验步骤如下：（1）不抽去玻璃管中的空气，将玻璃管倒立过来，观察物体下落情况；（2）抽去玻璃管中部分空气，将玻璃管倒立过来，观察物体下落情况；（3）继续抽空玻璃管中空气，将玻璃管倒立过来，观察物体下落情况。提示：通过刚才的演示大家得出什么结论？结论：在没有空气阻力的情况下，轻重物体下落得一样快。（让学生想象没有大气后的落体运动）我们把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。【新课教学】1.定义：略。2.物体做自由落体运动的条件是：（1）只受重力而不受其他任何力的作用，包括空气阻力；（2）从静止开始下落。强调：实际上，如果空气阻力同重力相比很小，可以忽略不计，物体的下落也可以看做是自由落体运动。3.探究自由落体运动的规律：提问：根据定义分析，我们可以知道自由落体运动它是一种直线运动，而且是一种加速运动。那它到底是一种怎样的加速运动呢？我们先看看运动学的先驱伽利略的观点。按照他的观点，他把物体的运动分成两类：匀速运动和变速运动。他选择了最简单的变速运动来表示落体运动，这就是匀加速运动。为什么做这样的选择呢？他解释说：“在自然加速运动的研究中，自然界就像在所有各种不同的过程中一样亲手指引我们，按照他自己的习俗，运用最一般，最简单和最容易的手段……“所以当我观察原先处于静止状态的一块石头从高处下落，并不断获得新的速率增量时，为什么我不应该相信这样的增加是以极其简单的对任何人都很明显的方式进行的呢？”这一信念促使伽利略按匀加速运动的规律来处理落体运动。【讲解】我在这里引用这段话的目的是想说明物理学的很多规律都是带有很强的美感的，之所以有那么多优秀的物理学家耐心地，执着于物理学的研究并钟爱物理学，其原因在于物理学不光是一门普通的自然学科，而且一门艺术。物理规律所特有的美感表现在它通常会以很简洁，很对称的方式展现在我们面前。所以我们在研究物理规律时一定要从最简单的开始考虑。现在我们可以先假设我们所要研究的自由落体运动是一种匀加速直线运动，即物体运动的速度与时间成正比。那么我们怎样来验证这种假设呢？根据我们之前学过的匀加速直线运动的内容，其中有一个规律就是匀加速直线运动中相邻的等时间间隔内的位移差恒定，即。若实验测量的结果满足这条规律，则说明自由落体运动地确是匀加速直线运动。那么接下来的工作就是进行实验了。我们在该实验中还是要利用打点计时器在纸带上打点，通过分析纸带的方法得出自由落体运动的特点。【提问】请同学们用以下的实验器材来设计实验：电火花计时器，纸带，重锤，铁架台，固定夹，直尺，导线若干。【实验中注意的问题】1.实验前，设计好实验记录的表格；2.将计时器呈竖直方向固定在铁架台上；3.用手提着纸袋，使重物静止在靠近计时器下方；4.先接通电源再松开纸带；5.最后用得到的纸带计算自由落体加速度大小，采用逐差法。【讲解】由于在课堂上我们没有多余的时间来做这个实验，所以只要求大家明白该实验的目的，操作以及数据处理方法即可。实验上测得的加速度大小约为9.8m/s^s。【得出结论】1.自由落体运动是初速度为0的匀加速直线运动；2.自由落体运动的加速度约为9.8m/s^2。【投影】自由落体运动（小球）的频闪照片。介绍：频闪照相的方法以及照片上相邻的像是在等时间间隔内拍摄的，可以类似纸带的分析较准确地研究自由落体运动的加速度。4.自由落体运动的加速度——重力加速度。【讲解】提问：什么是重力加速度？标准值为多少？方向指向哪里？请学生阅读课本，分析表中的数据，总结重力加速度的大小规律：（1）在地球上同一地点，一切物体做自由落体运动的重力加速度都相同，这是由大量实验事实得出的。重力加速度用“g”来表示，g=9.8m/s^2，方向竖直向下（与重力方向一致）。（2）在地球上不同地方（不同纬度和海拔），重力加速度的值略有不同，从赤道到两级，随着维度的增大，g值增大。（3）在通常的计算中，g取9.8m/s^2,。在粗略的计算中，还可以把g取为10m/s^2。（4）将本节所讲的新概念重力加速度与初中物理中所学过的重力常量相比较：得出1N/kg=1m/s^2，解释清楚初中所学过的重力常量就是本节所要讲的重力加速度。5.自由落体运动的基本公式：请同学们回忆匀变速直线运动规律的基本公式：；；。请同学们推导出自由落体运动规律的基本公式：；；。【课堂练习】1.关于自由落体运动，下列说法正确的是（）A.物体竖直向下的运动就是自由落体运动B.加速度等于重力加速度的运动就是自由落体运动C.在自由落体运动过程中，不同质量的物体运动规律相同D.物体做自由落体运动的位移与时间成反比2.关于自由落体运动，下列说法正确的是[]A.某段时间的平均速度等于初速度与末速度和的一半B.某段位移的平均速度等于初速度与末速度和的一半C.在任何相等时间内速度变化相同D.在任何相等时间内位移变化相同3.自由落体运动在任何两个相邻的1s内，位移的增量为[]A.1mB.5mC.10mD.不能确定4.甲物体的重量比乙物体大5倍，甲从H高处自由落下，乙从2H高处与甲物体同时自由落下，在它们落地之前，下列说法中正确的是[]A.两物体下落过程中，在同一时刻甲的速度比乙的速度大B.下落1s末，它们的速度相同C.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加速度大5.从某高处释放一粒小石子，经过1s从同一地点再释放另一粒小石子，则在它们落地之前，两粒石子间的距离将[]A.保持不变