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共1课时
5 自由落体运动 高中物理 人教2003课标版 1教学目标知识与能力：1.理解自由落体运动的概念、条件和性质； 2.理解自由落体运动的加速度； 3.掌握自由落体运动的规律并能灵活运用。 过程与方法：1.观察演示实验，分析归纳出自由落体运动的发生条件； 2.通过实验与动手计算，验证自由落体运动的性质。 情感态度与价值观：1.让学生认识到，从生活经验中得到的某些认识，可能是 不正确的，而需要采用实验来研究问题； 2.培养实事求是的科学态度。 2学情分析自由落体运动是匀变速直线运动的一种具体情形。此前，学生已经学习了匀变速直线运动的规律，也学习了研究匀变速直线运动的基本方法，对本课的学习，实际上是引导学生利用已有知识解决生活实际中的问题。组织学生进行探究活动，既有利于巩固所学的知识，培养学生解决实际问题、探求规律的能力，还能对学生进行科学方法和科学思想的教育。 3重点难点重点：对自由落体运动性质的推导及运动规律的掌握和运用。 难点：自由落体运动性质的推导。 突破的方法：在课堂上精心设计实验，用实验事实帮助学生建立起正确的观点。依据学生已有的知识和物理研究方法，通过实验观察、分析数据、归纳结论、类比迁移自己推导出自由落体的运动性质和规律。 4教学过程 4.1 四、教学准备 金属片、薄纸张、牛顿管（各一个）、铁架台、重锤、打点计时器、纸带、刻度尺（各若干个学生分组实验用）。 五、教学流程 教学过程设计 学生活动 教学过程： 一、新课教学 （一） 问题的提出 1．通过实验直接引入新课 前面我们学习了直线运动，掌握了匀速直线运动、匀变速直线运动的规律以及研究它们的方法，今天我们将应用这些知识研究一种常见而重要的运动。 〔演示1〕重锤从手中由静止释放后下落。指出在地面附近的任何物体，脱离支持物后，沿着竖直方向落向地面的运动叫做落体运动。 问题一：落体运动的快慢与哪些因素有关？ 我们怎样来研究落体运动？ 2．实验设疑，引出矛盾的结论，揭示问题的复杂性。 〔演示2〕取金属片一块、薄纸片一张，让它们从同一高度同时下落。观察到金属片先着地。是否可以得出结论：物体越重下落越快？ 两千三百多年以前，就有学者研究过这个问题，最典型的就是亚里士多德，他提出物体下落快慢是由它们所受重力决定的，物体越重，下落得越快。在其后两千多年的时间里，人们一直信奉他的这种看法。那么他的看法是否正确呢？ 〔演示3〕取两个同样的气球，一个充气后用夹子夹好，让它们从同一高度同时下落。观察出重量轻的气球先着地，得出轻的物体也可能下落得快。 可见：亚里士多德的观点是错误的。 实际上在三百多年前：伟大的物理学家伽利略首先发现了亚里士多德这个观点的内部矛盾，他用简单的逻辑推理，证明了亚里士多德的观点是错误的。介绍伽利略的这个著名的科学推理。 3．归纳小结，找出使问题复杂的原因 生活中所看到的物体下落的快慢和物体的轻重关系比较复杂，既不能说物体越重下落越快，也不能说物体越轻下落越快，重力相同的两个物体下落快慢可能不同。这说明影响物体下落快慢的还有别的因素，那么别的因素是什么呢？ 〔演示4〕①将前面的薄纸片揉成团仍与金属片，从同一高度同时下落。 ②将前面的充气气球，放气后与另一个同样的气球，从同一高度同时下落。 观察到它们均同时着地。引导分析演示实验，得出是空气阻力的作用使问题变得复杂。 4．提出假设，实验验证，引出课题 研究问题往往从最简单的入手，我们设想，如果在没有空气阻力的情况下，轻重不同的物体下落快慢会怎样？ 〔演示5〕牛顿管实验 （先介绍仪器，并演示抽去空气时的情况，再将阀门打开，让空气进入，进行对比实验） 。在抽去空气的牛顿管内，其空气很稀薄，空气阻力的影响非常小，可以忽略不计，金属片、羽毛只受重力作用，下落的快慢相同。放入空气以后，由于受空气阻力的作用，金属片比羽毛下落得快。 把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。引出课题。 〔板书〕自由落体运动 〔板书〕1. 自由落体运动：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。 自由落体运动只发生在没有空气的空间里，是一种理想化的运动模型。在有空气的空间里，物体的下落不是自由落体运动，如果空气阻力的作用很小（与重力相比较）可以忽略不计时，物体的下落也可以看作自由落体运动。例如：演示实验中的重锤从静止开始下落的运动可以看作是自由落体运动。 （二）探索自由落体运动的性质 问题二：自由落体运动是什么性质的直线运动？ 怎样来研究？ 〔板书〕 2.自由落体运动的性质 引导学生完成下面内容： 第一步：确定研究自由落体运动性质的实验方案。 今天我们实验的研究对象是重锤，它从静止开始下落的运动可以看作自由落体运动。这节课我们要解决的问题是 “自由落体运动是不是匀变速直线运动”，下面同学们根据现有的器材来设计自己的实验，并根据你的实验作出结论。引导学生用打点计时器打出纸带来研究。 第二步：学生实验 请同学们两人组成一个小组，根据实验目的设计自己的实验方案，利用打点计时器在纸带上记录的点来确定重锤的运动情况。指导学生在实验中要尽量减少摩擦，以提高实验的准确程度。 第三步：学生对实验进行总结 抽出几组学生介绍实验的整个过程和数据的处理方法，并总结它们从实验数据中得出的结论。 1.分析纸带，定性判断。 从纸带中可以看出，在相等的时间间隔里(0.02秒)小球下落的位移越来越大，表明小球在做加速运动。是变加速直线运动还是匀加速直线运动呢 根据匀变速直线运动的规律，做匀变速直线运动的物体，它在任意两个连续相等的时间里的位移之差相等。 2.进一步测量，定量判断。 引导学生讲出具体方法：利用重锤自由下落对打点计时器打下的纸带，在纸带上舍掉开头较密集的点，确定计数起点0，再每五个点取一个计数点，依次标明1、2、3、4，正确地用刻度尺测出每点到起始点的距离S01、S 02、S 03、S04 ，求出相邻计数点间的距离S1、S 2、S 3、S4。进而求出各相邻间的距离差△S1、△S 2、△S 3 ，在实验误差范围内各△S相等，从而定量判断出自由落体运动是匀加速直线运动。 〔板书〕（1） 运动性质：是一种初速度等于零的匀加速直线运动。 其实伟大的科学家伽利略不但用简单明了的科学推理，巧妙地揭示了亚里士多德学说内部的矛盾，他还做了许多研究工作推断自由落体运动是一种匀加速直线运动。他研究了物体沿不同角度的光滑斜面运动的情况，进行了上百次的定量研究，发现从斜面上滚下的小球都做匀加速直线运动。倾角越大，小球的加速度越大。由此他推想，当斜面增大到90° ，小球做自由落体运动时，仍然会做匀加速直线运动。后来，伽利略的这个推论得到了证实。 〔板书〕（2） 加速度：在同一地点，不同物体作自由落体运动时的加速度相同，用g表示。 自由落体的加速度是多少 利用上面的数据，根据△S=aT2，求得加速度的数值。 不同地理位置的重力加速度不同，用实验的方法可测出不同地方的重力加速度课本第 44页的表格中列出一些地方的重力加速度数值。 引导观察不同的地理位置，重力加速度的大小不同，而且随着地理纬度的增加重力加速度增大。但是变化不大，大多在9.8m／s 2左右，所以通常情况下，g的大小一般取9.8m／s 2，在粗略的计算中还可以把g取作10 m／s 2。 〔板书〕大小：一般取9.8m／s 2(指出这个值其实就是重力计算式中的常数g) 方向：总是竖直向下 (三)自由落体运动的规律 〔板书〕3. 自由落体运动的规律 (设问、探索、归纳自由落体运动的规律) 自由落体运动的规律是什么 从前面的演示实验我们知道，不同物体在同一地点自由下落都做初速度为零的匀加速直线运动，而且下落相同高度所需时间相同，由公式x=1／2at2 ，可知自由落体运动的物体都具有相同的加速度。 由于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规律及其推论都适用于自由落体运动，只要把v0 取零，并且用 g来代替加速度就行了。 〔板书〕速度： 位移： 〔板书〕推导出（位移和速度）： 二、巩固应用 1.做一做：测定反应时间 日常活动中，有时需要人的反应灵敏度，对战士、司机、飞行员、运动员等尤其如此，当发现某种情况时，能及时采取相应行动，战胜对手，或避免危险。人从发现情况 到采取相应行动经过的时间叫反应时间。下面是一种测定反应时间的方法。请一位同学甲用两个手指捏住木尺顶端，另一位同学乙用一只手在木尺下部做欲握住木尺的动作，但手的任何部位都不要碰到木尺。当看到甲同学放开手时，乙同学立即握住木尺。测出木尺降落的高度，根据自由落体运动的知识，算出乙同学的反应时间。 2.为了测出井口到井里水面的深度，让一个小石块从井口下落。测得经25秒听到石块落到水面的声音，求井口到水面的大约深度(不计声音传播的时间) 。 本节课对自由落体运动进行了实验、推理、探索，请同学们思考并回答下面的问题： 1.做自由落体运动的条件是什么 ( 理论和实践两方面上回答) 2.自由落体运动是什么性质的运动 叙述它的规律。 3.你对 “科学实验和科学推理是揭示自然规律的重要方法和手段”这句话是怎样理解的 三、 布置作业 1．课本 P45，练习2、3、4 。 2．看阅读材料 《伽利略对自由落体运动的研究》，进一步体会伽利略的科学研究方法。 学生思考 学生提出猜想： 1.可能与物体的质量有关？ 2.可能与物体的体积有关？ 3．可能与物体受到的空气阻力有关？ 学生互相介绍补充。 观察完引导学生思考与什么因素有关？ 学生对概念中的关键词如：“只在重力”、“从静止开始”进行理解消化。 学生讨论实验。 并拿出具体的实验方案。 学生分组实验。 学生总结得出结论。 引导分析 学生总结并交流实验结果。 学生利用公式求解加速度。 学生小结 通过小实验对自由落体运动有个实质性的认识。 教学反思 教学活动5 自由落体运动 课时设计 课堂实录5 自由落体运动 1四、教学准备 金属片、薄纸张、牛顿管（各一个）、铁架台、重锤、打点计时器、纸带、刻度尺（各若干个学生分组实验用）。 五、教学流程 教学过程设计 学生活动 教学过程： 一、新课教学 （一） 问题的提出 1．通过实验直接引入新课 前面我们学习了直线运动，掌握了匀速直线运动、匀变速直线运动的规律以及研究它们的方法，今天我们将应用这些知识研究一种常见而重要的运动。 〔演示1〕重锤从手中由静止释放后下落。指出在地面附近的任何物体，脱离支持物后，沿着竖直方向落向地面的运动叫做落体运动。 问题一：落体运动的快慢与哪些因素有关？ 我们怎样来研究落体运动？ 2．实验设疑，引出矛盾的结论，揭示问题的复杂性。 〔演示2〕取金属片一块、薄纸片一张，让它们从同一高度同时下落。观察到金属片先着地。是否可以得出结论：物体越重下落越快？ 两千三百多年以前，就有学者研究过这个问题，最典型的就是亚里士多德，他提出物体下落快慢是由它们所受重力决定的，物体越重，下落得越快。在其后两千多年的时间里，人们一直信奉他的这种看法。那么他的看法是否正确呢？ 〔演示3〕取两个同样的气球，一个充气后用夹子夹好，让它们从同一高度同时下落。观察出重量轻的气球先着地，得出轻的物体也可能下落得快。 可见：亚里士多德的观点是错误的。 实际上在三百多年前：伟大的物理学家伽利略首先发现了亚里士多德这个观点的内部矛盾，他用简单的逻辑推理，证明了亚里士多德的观点是错误的。介绍伽利略的这个著名的科学推理。 3．归纳小结，找出使问题复杂的原因 生活中所看到的物体下落的快慢和物体的轻重关系比较复杂，既不能说物体越重下落越快，也不能说物体越轻下落越快，重力相同的两个物体下落快慢可能不同。这说明影响物体下落快慢的还有别的因素，那么别的因素是什么呢？ 〔演示4〕①将前面的薄纸片揉成团仍与金属片，从同一高度同时下落。 ②将前面的充气气球，放气后与另一个同样的气球，从同一高度同时下落。 观察到它们均同时着地。引导分析演示实验，得出是空气阻力的作用使问题变得复杂。 4．提出假设，实验验证，引出课题 研究问题往往从最简单的入手，我们设想，如果在没有空气阻力的情况下，轻重不同的物体下落快慢会怎样？ 〔演示5〕牛顿管实验 （先介绍仪器，并演示抽去空气时的情况，再将阀门打开，让空气进入，进行对比实验） 。在抽去空气的牛顿管内，其空气很稀薄，空气阻力的影响非常小，可以忽略不计，金属片、羽毛只受重力作用，下落的快慢相同。放入空气以后，由于受空气阻力的作用，金属片比羽毛下落得快。 把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。引出课题。 〔板书〕自由落体运动 〔板书〕1. 自由落体运动：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。 自由落体运动只发生在没有空气的空间里，是一种理想化的运动模型。在有空气的空间里，物体的下落不是自由落体运动，如果空气阻力的作用很小（与重力相比较）可以忽略不计时，物体的下落也可以看作自由落体运动。例如：演示实验中的重锤从静止开始下落的运动可以看作是自由落体运动。 （二）探索自由落体运动的性质 问题二：自由落体运动是什么性质的直线运动？ 怎样来研究？ 〔板书〕 2.自由落体运动的性质 引导学生完成下面内容： 第一步：确定研究自由落体运动性质的实验方案。 今天我们实验的研究对象是重锤，它从静止开始下落的运动可以看作自由落体运动。这节课我们要解决的问题是 “自由落体运动是不是匀变速直线运动”，下面同学们根据现有的器材来设计自己的实验，并根据你的实验作出结论。引导学生用打点计时器打出纸带来研究。 第二步：学生实验 请同学们两人组成一个小组，根据实验目的设计自己的实验方案，利用打点计时器在纸带上记录的点来确定重锤的运动情况。指导学生在实验中要尽量减少摩擦，以提高实验的准确程度。 第三步：学生对实验进行总结 抽出几组学生介绍实验的整个过程和数据的处理方法，并总结它们从实验数据中得出的结论。 1.分析纸带，定性判断。 从纸带中可以看出，在相等的时间间隔里(0.02秒)小球下落的位移越来越大，表明小球在做加速运动。是变加速直线运动还是匀加速直线运动呢 根据匀变速直线运动的规律，做匀变速直线运动的物体，它在任意两个连续相等的时间里的位移之差相等。 2.进一步测量，定量判断。 引导学生讲出具体方法：利用重锤自由下落对打点计时器打下的纸带，在纸带上舍掉开头较密集的点，确定计数起点0，再每五个点取一个计数点，依次标明1、2、3、4，正确地用刻度尺测出每点到起始点的距离S01、S 02、S 03、S04 ，求出相邻计数点间的距离S1、S 2、S 3、S4。进而求出各相邻间的距离差△S1、△S 2、△S 3 ，在实验误差范围内各△S相等，从而定量判断出自由落体运动是匀加速直线运动。 〔板书〕（1） 运动性质：是一种初速度等于零的匀加速直线运动。 其实伟大的科学家伽利略不但用简单明了的科学推理，巧妙地揭示了亚里士多德学说内部的矛盾，他还做了许多研究工作推断自由落体运动是一种匀加速直线运动。他研究了物体沿不同角度的光滑斜面运动的情况，进行了上百次的定量研究，发现从斜面上滚下的小球都做匀加速直线运动。倾角越大，小球的加速度越大。由此他推想，当斜面增大到90° ，小球做自由落体运动时，仍然会做匀加速直线运动。后来，伽利略的这个推论得到了证实。 〔板书〕（2） 加速度：在同一地点，不同物体作自由落体运动时的加速度相同，用g表示。 自由落体的加速度是多少 利用上面的数据，根据△S=aT2，求得加速度的数值。 不同地理位置的重力加速度不同，用实验的方法可测出不同地方的重力加速度课本第 44页的表格中列出一些地方的重力加速度数值。 引导观察不同的地理位置，重力加速度的大小不同，而且随着地理纬度的增加重力加速度增大。但是变化不大，大多在9.8m／s 2左右，所以通常情况下，g的大小一般取9.8m／s 2，在粗略的计算中还可以把g取作10 m／s 2。 〔板书〕大小：一般取9.8m／s 2(指出这个值其实就是重力计算式中的常数g) 方向：总是竖直向下 (三)自由落体运动的规律 〔板书〕3. 自由落体运动的规律 (设问、探索、归纳自由落体运动的规律) 自由落体运动的规律是什么 从前面的演示实验我们知道，不同物体在同一地点自由下落都做初速度为零的匀加速直线运动，而且下落相同高度所需时间相同，由公式x=1／2at2 ，可知自由落体运动的物体都具有相同的加速度。 由于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规律及其推论都适用于自由落体运动，只要把v0 取零，并且用 g来代替加速度就行了。 〔板书〕速度： 位移： 〔板书〕推导出（位移和速度）： 二、巩固应用 1.做一做：测定反应时间 日常活动中，有时需要人的反应灵敏度，对战士、司机、飞行员、运动员等尤其如此，当发现某种情况时，能及时采取相应行动，战胜对手，或避免危险。人从发现情况 到采取相应行动经过的时间叫反应时间。下面是一种测定反应时间的方法。请一位同学甲用两个手指捏住木尺顶端，另一位同学乙用一只手在木尺下部做欲握住木尺的动作，但手的任何部位都不要碰到木尺。当看到甲同学放开手时，乙同学立即握住木尺。测出木尺降落的高度，根据自由落体运动的知识，算出乙同学的反应时间。 2.为了测出井口到井里水面的深度，让一个小石块从井口下落。测得经25秒听到石块落到水面的声音，求井口到水面的大约深度(不计声音传播的时间) 。 本节课对自由落体运动进行了实验、推理、探索，请同学们思考并回答下面的问题： 1.做自由落体运动的条件是什么 ( 理论和实践两方面上回答) 2.自由落体运动是什么性质的运动 叙述它的规律。 3.你对 “科学实验和科学推理是揭示自然规律的重要方法和手段”这句话是怎样理解的 三、 布置作业 1．课本 P45，练习2、3、4 。 2．看阅读材料 《伽利略对自由落体运动的研究》，进一步体会伽利略的科学研究方法。 学生思考 学生提出猜想： 1.可能与物体的质量有关？ 2.可能与物体的体积有关？ 3．可能与物体受到的空气阻力有关？ 学生互相介绍补充。 观察完引导学生思考与什么因素有关？ 学生对概念中的关键词如：“只在重力”、“从静止开始”进行理解消化。 学生讨论实验。 并拿出具体的实验方案。 学生分组实验。 学生总结得出结论。 引导分析 学生总结并交流实验结果。 学生利用公式求解加速度。 学生小结 通过小实验对自由落体运动有个实质性的认识。 教学反思 教学活动Tags：自由落体,运动,PPT,专用,教学设计
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