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“自由落体运动”教学案例
晋城一中 冯沁峰
【教材分析】
教材把自由落体运动作为初速度为零、加速度为g的匀加速直线运动的特例来处理，没有另外给出自由落体运动的公式，这体现了物理学从简单问题入手，用理想化的方法处理实际问题的方法．研究自由落体运动时，给出了频闪照相机的照片，但没有作定量的详细分析，只要求从图上看出物体越落越快，物体作加速运动即可．教材为了简便，援引伽利略的研究结果，直接给出了自由落体运动是初速度为零的匀加速直线运动，重力加速度的讲述，也比较适合学生的思维习惯，根据实验在同一地点，从同一高度同时自由下落的物体，同时到达地面的事实可知它们的加速度必定相同，所以本节课的重点和关键是做好实验和推理分析．
【教学方法】
按照教材安排的顺序，在讲解的同时，通过学生分组实验，边讲边议，采取讨论式的教学方法．
【教学设想】
本节课教学时间为一课时，整节课的教学设计围绕“实验现象──发现问题──探究问题──解决问题”的主线展开：
由空气中不同物体的自由下落快慢比较→科学的抽象、推测（真空中，如何?）→实验验证（牛顿管演示）→得出结论（自由落体定义）→总结规律（自由落体运动规律）
通过一系列活动，调动学生自主学习的积极性，并使学生对科学探究有一定的了解。开始的小实验很重要，是科学探究的入口处，所以教师一定要把握好演示的技巧，然后引导学生层层深入，激发学生的好奇心，使他们产生强烈的求知欲，积极主动地去探究问题。
【教学仪器】
牛顿管、纸片、小钢球、铁架台、电火花计时器、直尺、重物、纸带、课件。
【教学过程】
一、导入新课
师：物体的下落运动是一种常见的运动。
　 ① 用绳子悬挂着的物体，如果绳子断了，物体会掉下来；
　 ② 树上的果实，成熟后会掉下来；
　 ③ 手里捏着的粉笔，松开手后会掉下来。(演示)
　 物体之所以会下落，是由于受到了重力的作用。这节课，我们就来学习一种特殊的下落运动。
板书：自由落体运动。
二、新课教学
1．什么是自由落体运动?
（演示实验：让一张纸片与小钢球同时自由下落，可看到什么现象?）
生：钢球落得快。
师：对，这就是我们的生活经验，似乎很容易得出“重的物体比轻的物体下落得快”的结论，这也是公元前古希腊哲学家亚里士多德的观点。这个观点使人们在错误的结论下走了二千多年，距今三百多年前，伽利略为证明亚里士多德观点的错误，做了大量的实验。他拿了一个质量是另一个质量10倍的铁球站在比萨斜塔上，使两球由静止同时下落，据亚里士多德的观点，重球应该先落地，但实际上两球同时落地。
师：请再看演示实验，把刚才的纸揉成团，和小钢球由静止落下，同学们再观察。
生：几乎同时落地。
师：同一张纸，为什么形状不一样，其下落时间就不一样呢?
生：这是因为空气阻力的影响，把纸揉成团，所受的空气阻力要比纸片所受的空气阻力小得多，所以与小钢球几乎同时落地。
师：如果把质量、形状不同的物体放在真空中，从同一高度自由下落，现象如何呢?让我们做一个实验。
（演示实验：我这里有一个长约1米，一端封闭、另一端有开关的玻璃管（牛顿管），把形状和质量不同的小金属片、小羽毛等，放在玻璃管里。）
⑴．打开开关，管里有空气，把玻璃管倒立过来，现象如何?
生：这些物体下落的快慢不同。
⑵．把管里的空气几乎全部抽出，会如何?
生：下落的快慢相同。
师：可见导致物体下落有快有慢的原因是空气有阻力。指出在真空条件下，小物体的运动就是自由落体运动，请同学们据刚才的过程、结论，给“自由落体”下一个定义。
生：真空中，只受重力，物体从静止竖直下落。
小结Ⅰ：物体只有在重力下从静止开始下落的运动叫自由落体运动。这种运动只有在没有空气的空间里才能发生；在有空气的空间里，如果空气的阻力作用比较小，可以忽略，物体的下落也可以看做是自由落体运动。
师：像牛顿管中的金属片、小羽毛从静止开始下落的运动是自由落体运动。在空气中，比如小钢球、小粉笔头、小纸团等，它们所受空气阻力相对于它们的重力可忽略，所以他们从静止开始下落运动也是自由落体运动。
师：空气中的纸片从静止下落的运动是自由落体运动吗?（演示）
生：不是，因为纸片所受的空气阻力相对于它的重力不可忽略。
小结Ⅱ：在同一地点，所有物体的自由落体运动是相同的，像刚才牛顿管里的金属片、小羽毛的运动是相同的；空气中小钢球、纸团的自由落体运动也是相同的。
2．自由落体运动的性质
从上面的实验及分析可知：自由落体运动是v0=0的加速运动，是什么样的加速运动呢?通过实验来研究。
（学生分组实验：重物自由下落，用打点计时器打一纸带。）
师：通过分析纸带能否确定自由落体运动是否为匀加速直线运动?
生：能。
师：请分组完成测量工作，然后据测量结果，告诉我你们的结论。
（投影）

s1=?　s2=?　s3=?　s4=?
s2-s1=?　 s3- s2 =?　 s4-s3=?
误差允许的范围内s2-s1=s3-s2=s4-s3=Δs=?
生：自由落体运动是匀加速直线运动。
师：能不能求出其加速度呢?
生：能，由Δs=at2，得a=?
（分组完成，分别说出结果。）
师：这个实验便于操作，却很粗糙，人们发明了许多先进的实验手段来研究自由落体运动，这里，给大家介绍一种较先进的方法──频闪照相法。
（看投影：这是自由落体运动（小球）的频闪照相的照片，照片上相邻的像是相隔同样的时间拍摄的，类似纸带的分析我们可以较准确地求出小球的加速度。）
小结：通过以上分析，我们不难得出自由落体运动是初速度为0的匀加速直线运动，而且在同一地点，一切物体在自由落体运动中的加速度都相同，这个加速度叫自由落体加速度，也叫重力加速度，通常用g表示。
师：请同学们阅读教材表格内容，得到什么知识?
生：地球上不同的纬度，g值随纬度的增加而增加，通常g值取9．8m/s2，有时粗略计算也取10m/s2，g的方向竖直向下。
3．自由落体运动的规律
师：既然自由落体运动是初速度为0，加速度为g的匀加速直线运动，请同学们推出其速度公式，位移公式以及位移速度公式。
生：推出vt=gt　s=（1/2）gt2　　v t 2=2gs
例题：课本习题4
【知识扩展】：
自由落体运动在地球大气层里是一种理想运动，掌握了这种理想运动的规律，也就为研究实际运动打下了基础。当空气阻力不太大，与重力相比较可以忽略时，实际的落体运动可以近似地当作自由落体运动。理解自由落体运动的实质，掌握自由落体运动的规律运用理想化方法，通过比较重力与空气阻力的大小，将实际问题转化为自由落体问题。例如：通过石子下落测量井口到水面的深度；宇航员也可用此法，测算星球上一个深洞的深度。通过对例题的进一步讨论，把学生的认识引向具体问题具体分析的更深层次，促进知识转化为技能。
【课堂小结】：
如上所述，本节课主要是了解自由落体运动的条件，知道自由落体运动就是初速度为0的匀加速直线运动，推出了运动规律的三个公式，希望同学们掌握自由落体运动严格的定义及实际中哪些情况下哪些运动可以作为自由落体运动来处理。
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