自由落体运动（教学设计）.doc

2.5 自由落体运动（教案）
马海军
一、三维目标
●知识与技能
(1)了解什么是自由落体运动；
(2)自由落体产生的条件；
(3)认识自由落体运动的特点；
(4)掌握自由落体运动的规律；速度随时间的变化规律，位移随时间变化的规律(定量)。
●过程与方法
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。
●情感态度价值观
运用理想化方法，突出主要因素，忽略次要因素，抽象出物理模型——自由落体，研究物体下落在理想条件下的运动。
二、教学重、难点
●重点
1.自由落体运动的概念及探究自由落体运动的过程.
2.掌握自由落体运动的规律，并能运用其解决实际问题.
●难点
1.理解并运用自由落体运动的条件及规律解决实际问题.
三、教具准备
牛顿管、硬币、小纸片、打点计时器、刻度尺、铁架台、纸带、重物（两个质量不同）等.
四、课时安排
2课时
五、教学过程
【复习提问】

s1∶s2∶s3=1∶4∶9  sⅠ∶sⅡ∶sⅢ＝1∶3∶5
［新课导入］
师：两个轻重不同的小球同时落地的声音，是那样地清脆美妙！它使人们清醒地认识到，轻重不是下落快慢的原因；它动摇了2 000多年来统治着人们头脑的旧观念，开创了实验和科学推理之先河，将近代物理学以至近代科学推上了历史的舞台.当树叶从树上飘落下来，雨滴从屋檐上落下来的时候，你们想过这种运动吗？物体下落的过程有没有一定的规律可循呢？今天我们将一起探究这种运动——“探究自由落体运动”.
［新课教学］
【板书】一、自由落体运动
在现实生活中，不同物体的落体运动，下落快慢在不少情况下是不同的.从苹果树上落下的苹果和飘下的树叶能一起同时下落吗？
提出问题：
1.重的物体一定下落得快吗？
2你能否证明自己的观点？
【实验探究】
猜想：物体下落过程的运动情况与哪些因素有关，质量大的物体下落的速度比质量小的快吗？
[演示1]：铁片和等面积的纸片下落会观察到什么现象？
现象：铁片下落得快。
结论：重的物体下落得快。
[过渡引言]重的物体下落得快是我们的一种生活经验，然而实际的真是这样吗？
[演示2]：取两张相同的纸，一张剪去一部分，然后揉成团，再让它和另一张同时下落，可观察到什么现象？
现象：纸团下落得快。
结论：轻的物体下落快。
[引导学生思考]：为什么会有两种不同的观点呢？
[演示3]；取两张完全相同的纸，把其中一张揉成团，再让它们同时下落，可观察到什么现象
[现象]：纸团先落地
[结论]：面积小的下落得快
提问：等重的物体为什么下落快慢不同呢？
分析上述实验：物体下落的快慢与重力大小无关，是由于空气阻力的影响。
[演示4]；牛顿管实验
1、抽出空气：把管迅速由水平位置转到竖直位置。
现象：不同物体下落快慢一样。
2、放空气进入管中：再重复实验
现象：不同物体下落的快慢不同。
分析：牛顿管内的空气被抽出后，不同物体在下落时几乎不受空气阻力，因而下落的快慢几乎相同。
结论：影响落体运动快慢的因素是空气阻力的作用，没有空气阻力时，只在重力作用下轻重不同的物体下落快慢相同. 实际生活中，没有空气阻力的情况是不存在的，在G》空气的情况下，就可以忽略空气阻力的影响。
师：阅读课本并回答：（1）什么叫自由落体运动？（2）自由落体运动的特点是怎样的？
1、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，叫自由落体运动。
师：在地球表面附近从高处下落的物体，事实上都受到空气阻力的作用，因此，严格地说，实际生活中并不存在只受重力作用的自由落体运动.但若物体在下落过程中所受空气阻力远小于重力，则物体的下落也可看作自由落体运动.例如，对于实心金属球、石块等，在它们运动速度不大的情况下，可以忽略空气阻力的影响，把它们的自由下落看成自由落体运动，若它们从非常高的地方自由下落，当它们的速度增大到一定程度，空气阻力不能忽略，它们运动的全过程就不能看成自由落体运动.而对于另外一些物体如一团棉花或纸片从空中静止下落时，与重力相比，空气阻力的影响太大不能忽略，它们的运动就不能看作自由落体运动处理.
（2）特点
①受力特点：只受重力作用——没有空气阻力或空气阻力可以忽略不计。
②运动特点：自由落体运动是初速度为零的（ ）直线运动。
【实验探究】
按照教材第45页的图2.4－1装置做实验，将一系有纸带的重物从一定的高度自由下落，利用打点计时器记录重物的下落过程.
说明：落体运动物体的位置往往变化得比较快，凭目测难以观察和记录，用打点计时器或频闪照相就可以记录下运动物体每隔相等时间所在的位置（运动信息），这样得到的纸带（或照片）可以用来对运动过程进行分析.教材中用打点计时器较好地将重物下落过程记录下来，这样做既简便易行，又拓宽了对基本仪器的应用，但实验的准确度较难把握.因此在实验中要注意：
①按教材图示和实验要求连接好线路，并用手托重物将纸带拉到最上端；
②打点计时器的安装要使两限位孔在同一竖直线上，以减少摩擦阻力；
③应选用质量和密度较大的重物，增大重力可使阻力的影响相对减小，增大密度可以减小体积，可使空气阻力减小；
④先接通电路再放开纸带；
⑤手捏纸带松手之前，不要晃动，保证打出的第一个点清晰.
⑥重复上述步骤多次，直到选取只有打出的第一点与第二点之间间隔约为2 mm的纸带才是有效的；（学生的疑问暂且不要解释）
⑦教师一定要提醒学生思考讨论，影响实验准确度的因素有哪些？并给予具体引导，注意培养实事求是的科学态度；
⑧要求学生保存好记录了自由落体运动信息的纸带，为下节课研究运动规律作准备.
师：完成实验后，分析纸带上记录的运动信息，请思考下列问题：
（1）自由落体运动的轨迹是怎样的？
（2）重物做自由落体运动的过程中，其速度有没有发生变化？
（3）有的同学从实验结果中得出x∝t2，有的同学得出x∝t，你的结论又如何呢？
（4）相邻、相等时间间隔的位移之差有怎样的关系？
（5）影响实验精确程度的因素有哪些？
参考：分析纸带可获取信息：
（1）自由落体运动的轨迹是一条直线，速度方向不变；
（2）连续相同时间内的位移越来越大，说明速度越来越大，即速度大小改变，具有加速度；
（3）位移x与时间t的平方成正比；
（4）相邻、相等时间间隔的位移之差相等；
（5）影响实验精确度的因素主要是阻力.
用打点计时器研究自由落体运动，计算其加速度，换用不同质量的重物看纸带上点子间隔有什么不同，总结得出结论.
教师点评：将两条纸带对比，只要两条纸带上的点子间隔相同就说明它们的加速度是相同的.
学生运用自己所学知识计算重力加速度，通过比较得出结论.
实验探究结果：自由落体运动是初速度为零的匀加速直线运动，加速度大约是9.8 m/s2.
2、自由落体加速度（又叫重力加速度）“”
（1）定义：在同一地点，一切物体自由下落的加速度都相同，这个加速度叫自由落体加速度。
（2）方向：竖直向下（与重力方向一致）
（3）大小：一般计算取：
让学生看教材第45页列表，尝试从表中寻找规律，这一规律是怎样产生的？
学生猜想，但不宜过多解释.
生:越往北重力加速度越大，说明重力加速度与地理纬度有关，纬度越高，重力加速度越大.
（从赤道到两极：增大；在同一位置上，高度越高，重力加速度越小）
师：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公式及其推论都适用于自由落体运动，只要这些公式中的初速度v0=0，a取g就可以了.自由落体运动遵从的规律：v=v0+at推出：v=gt
x=v0t+at2推出：x=gt2.
3、自由落体运动的规律

（1）速度公式：

位移公式：

的推论都适用
（2）推论
△
(3)v-t图

例：从离地面500m的空中自由落下一个小球，取，求：
（1）经过多长时间落到地面，落地时的速度为多少？
（2）自开始下落计时，在第1s内的位移，最后1s的位移。
（3）下落时间为总时间的一半时的位移和速度。
［小结］
这节课我们学习了对自由落体运动概念和规律的认识及理解.自由落体运动是物体从静止开始的只受重力作用的匀加速直线运动，加速度为g，学好本节可更好地认识匀变速直线运动的规律和特点，是对上节内容的有益补充.要突破此重点内容，一定要把握住一点，即自由落体运动只是匀变速直线运动的一个特例v0=0，a=g.我们在以前章节中所掌握的所有匀变速直线运动的规律及推论，在自由落体运动中均可使用.在使用时要注意自由落体运动的特点，判断是自由落体运动之后方可代入计算.
［布置作业］
教材第46页“问题与练习”.（2）（4）
板书设计
黑体字均为板书
［课外训练］
1. 甲、乙两物体的质量之比为1∶4，不考虑空气的阻力作用，它们在同一高度处同时下落，则下面说法正确的是
A.甲比乙先着地 B.乙比甲先着地
C.甲和乙同时落地 D.甲比乙的加速度大
2.如果从高楼相隔1 s先后释放两个相同材料制成的小球，假设小球做自由落体运动，则它们在空中各个时刻
A.两球的距离始终保持不变 B.两球的距离越来越小
C.两球的距离先越来越小，后越来越大 D.两球的距离越来越大