第四节自由落体运动教学目标：（一）知识与技能1．认识自由落体运动，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，知道它是初速度为零的匀加速直线运动．2．能用打点计时器或其他实验仪器得到相关的运动轨迹并能自主进行分析．3．知道什么是自由落体的加速度，知道它的方向，知道在地球上的不同地方，重力加速度大小不同．4．掌握如何从匀变速直线运动的规律推出自由落体运动规律，并能够运用自由落体规解决实际问题．5．初步了解探索自然规律的科学方法．培养学生的观察、概括能力．（二）过程与方法1．培养学生利用物理语言归纳总结规律的能力．2．引导学生养成进行简单物理研究习惯、根据现象进行合理假设与猜想的探究方法．3．引导学生学会分析数据，归纳总结自由落体的加速度g随纬度变化的规律。4.教师应该在教学中尽量为学生提供制定探究计划的机会．根据学生的实际能力去引导学生进行观察、思考、讨论和交流．（三）情感态度与价值观1．调动学生积极参与讨论的兴趣，培养逻辑思维能力及表述能力。2．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．3．培养学生的团结合作精神和协作意识，敢于提出与别人不同的见解。教学重点：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．教学难点：1．理解并运用自由落体运动的条件及规律解决实际问题．2．照相机曝光时间的估算．教学方法：探究、讲授、讨论、练习
教学用具：多媒体课件、牛顿管、硬币、天平、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．教学过程：（一）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2000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，将近代物理学以至今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——自由落体运动（二）新课教学1、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?实验：取两枚相同的硬币和两张与硬币表面面积相同的纸片，把其中一张纸片揉成纸团，在下述几种情况下，都让它们从同一高度自由下落，观察下落快慢情况。①从同一高度同时释放一枚硬币和一个与硬币面积相同的纸片，可以看到硬币比纸片下落得快，说明质量大的下落得快．②两张完全相同的纸片，将其中一张卷紧后从同一高度同时释放，观察到卷紧的纸团比纸片下落得快，说明质量相同时体积小的下落得快．③将一枚硬币与已经粘贴了纸片的硬币从同一高度同时释放．观察到一样快，说明体积相同质量不同时下落一样快．④
一块面积较大的硬纸板、一个小软木塞，分别放到已调平的托盘天平的两个盘中，可以看出纸板比软木塞重，从同一高度同时释放它们，软木塞比纸板下落得快．说明在特定的条件下，质量小的下落得会比质量大的还快．结论：物体下落过程的运动情况与物体质量无关．实验演示：“牛顿管”的实验将羽毛和金属片放入有空气的玻璃管中，让它们同时下落，观察到的现象是金属片下落得快，羽毛下落得慢．将羽毛和金属片放人抽去空气的玻璃管中，让它们同时下落，观察到的现象是金属片和羽毛下落的快慢相同．做牛顿管对比实验要注意：①抽气达到一定的真空度时，应先关闭钱毛管阀门，然后再停止泵的运转．②先让学生观察羽毛、软木塞或金属片在已抽真空的牛顿管中同时下落，它们几乎同时落到管底．③打开进气阀，让学生注意听到进气的声音，看羽毛被气流吹起的现象，再让学生观察羽毛、软木塞或金屑在有空气的牛顿管中同时下落，它们的下落快慢差别很大．④实验时，勿使金属片压在羽毛上，以免不抽气时出现同时下落的现象．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2mm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，为后面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)位移与时间有什么呢?(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的间隔有什么不同，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的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9.8m／s2．2、自由落体加速度通过算g值理解自由落体运动的加速度是一个定值(在同一地点)，引导学生学会分析数据，归纳总结规律．教师引导学生思考两个问题：1．自由落体运动的加速度在各个地方相同吗?2．它的方向如何?
生：使用不同的物体进行的反复实验表明，在同一地点，一切物体自由下落的加速度都相同，方向总是竖直向下的，师：这个加速度叫做自由落体加速度，也叫重力加速度．符号：g；方向：竖直向下(与重力方向一致)；大小：与地点有关．一般计算中g＝9．8m／s2，粗略计算中可以取g＝10m／s2．让学生看教材第46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．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=vo+at推出：v＝gtx＝vot+at2/2推出：x＝gt2/2．讨论与交流:在现实中，雨滴大约在1．5km左右的高空形成并开始下落，计算一下，若该雨滴做自由落体运动，到达地面时的速度是多大?遇到过这样快速的雨滴吗?据资料显示，落到地面的雨滴速度一般不超过8m／s．为什么它们的差别会这么大?参考：意大利物理学家伽利略得出了物体在只受重力的情况下(即不受阻力)由静止开始的运动，叫自由落体运动．那么一切物体的下落都一样快，加速度都为g＝9．8m／s2，在任意时刻物体的速度vt＝gt，在任意时刻物体下落的高度：h＝gt2/2．这样，可以得出vt2＝2gh．现在说说雨滴的下落是否是自由落体吧．首先说说雨滴的形成：由于大量湿空气的上升，随着高度增加压强逐渐减小，水蒸气出现过饱和，使水蒸气凝结而形成小水滴，大量小水滴聚集起来形成云．小水滴吸收水汽，形成大水滴，受重力开始下落，又与上升的热水汽形成更大的水珠，这样形成的水滴的下落是自由落体吗?我们先假设水滴下落是自由落体，并且还假设云的高度为2000m，那么这样的水滴下落到地面的速度有多大?由vt2＝2gh易计算得到vt＝200m／s试想水滴以这样大的速度下落到头上会发生什么，那是可想而知的．那么水滴下落到地面上的速度到底有多大?大约为8m／s的速度匀速下落．这样的速度已经很大了，如果雨滴的半径比较大的话，人们必会感到痛．要真是自由落体的话，那还了得吗?
那么水滴在下落时的速度为什么会这么小?原因是水滴在下落时要与它正下方的小水滴(上升的水汽)相碰并吸收，由于小水滴的阻碍作用，减慢了它下落的速度，水滴下落的速度越大，这种阻碍作用越强，当水滴的重力与阻碍的力相等时，雨滴就会匀速下落．当雨滴的半径大到某一程度时，受到气流的影响而会分裂，较大的部分继续下落，而较小的又会随上升的气流上升，又起到阻碍大水滴下落的作用，所以我们看到的雨滴不会太大，就是这个道理，而且雨滴速度也不大，落到地面的雨滴速度一般不超过8m／s．做一做:1．阅读教材第46页“测定反应时间”，回答下列问题：问题1：若测出某同学捏住直尺时，直尺下落的高度为10cm，那么这位同学的反应时间是多少?参考：根据自由落体运动规律h＝gt2/2可得反应时间t＝0．14s．问题2：在上课时，教师用这种方法测量同学们的反应时间，但同学刚把尺子捏住，教师马上就说出该同学的反应时间，也没见他怎样计算，你知道老师是怎样做的吗?参考：教师事先算好时间并写在直尺上，这样就可以直接给出学生的反应时间．2．教师引导学生阅读教材第47页“做一做”让学生提出自己解决问题的思路，不必准确解答，同时强调“估算”．学生独立思考，并提出解决办法，比较各种不同方法，并讨论其合理性及可行性．师：由于照相机的曝光时间极短，一般为1／30s或1／60s，曝光量相差10％对照片不会有明显影响，所以相机快门的速度都有比较大的误差，“傻瓜”相机更是这样．故在这样短的时间内，这种误差允许的范围内，物体运动的速度可以认为是不变的，可以看作匀速运动来处理．建议学生利用课下时间解出其准确值，比较两种情况下的时间差异．总结、扩展1．自由落体运动是一种非常重要的运动形式，在现实生活中有许多落体运动可以看成是自由落体运动，研究自由落体运动有着普遍的意义．2．为了研究自由落体运动，我们运用了物理学中的理想化方法，从最简单、最基本的情况入手，抓住影响运动的主要因素，去掉次要的非本质因素的干扰，建立了理想化的物理模型——自由落体运动，并且研究了自由落体的运动规律，理想化是研究物理问题常用的方法之一，在后面的学习中我们还要用到．
3．在研究自由落体运动的过程中我们还给大家介绍了归谬法，也是理论推导的一种重要方法，同学们在学习中重要的是研究解决问题的方法而不是知识本身，知识的结论当然重要，但更重要的是如何获取知识，中学学习的一个非常重要的方面就是如何获取知识、处理知识．4．自由落体运动是一种简单的基本的运动形式，抛体运动可以看成是另一个运动形式与自由落体运动的合成，也就是说自由落体是研究其他抛体运动的基础，一定要抓住其产生的条件和运动规律．作业:教材第47页“问题与练习”．
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