自由落体运动引子我是北京四中的王运淼。感谢同学们给我提供这次上课的机会，希望我们合作愉快。谢谢！（鞠躬）（一）今天我们一起研究落体运动。你们看见过落体运动吗？秋天来了，树叶下落；下雨下雪的时候，雨滴、雪花的下落；蹦极，人下落；工地上工人为什么戴安全帽？（怕高处落下的砖头、瓦块）。等等，这些物体下落的运动都是落体运动。你们仔细观察过落体运动吗？看，一块石头、一根羽毛，注意观察它们下落的情况：看到了什么现象？石头比羽毛下落得快。再看，一张金属片、一张纸片，面积相等，（放在天平上称一下）这个是金属片，注意观察它们下落的情况：金属片比纸片下落得快。类似的现象我们在生活中很常见。早在公元前4世纪，希腊哲学家亚里士多德通过观察大量物体下落的现象，归纳出：物体越重，下落得越快。是不是重的物体一定比轻的物体下落得快呢？同学们可以通过实验研究这个问题，桌上有金属片和纸片，利用它们设计小实验，做一做。对你看到的现象进行说明。开始吧！好，就做到这。（请放下手里的东西。）下面，我们请一位同学到前边来，介绍他设计的实验方案，动手做一做，其他同学注意观察思考。（在学生释放前）你把手抬高一些。同学们注意盯着桌面看，看哪一个先落到桌面上。（纸团、金属片同时释放）你看到了什么？（学生：纸团先落在桌面上，或纸团与金属片同时落到桌面上。轻的物体下落得快，或轻重不同的物体下落得一样快。）这个现象说明了什么？可见，重的物体不一定下落得快。研究得不错。请回座位。你们都是这样做的吗？有没有其它方案？好！请上来，展示一下你的方案。（金属片、纸片呈竖直同时释放）（纸片放在金属片上，释放）（纸片、纸团同时释放）……虽然实验方案不同，但是我们得出的结论是相同的：重的物体不一定下落得快。我们还可以用逻辑推理的方法来解决这个问题。16世纪末，意大利的物理学家伽利略有一个很巧妙的推理：假设“重的物体下落得快”
是正确的，那么大石头要比小石头下落得快了。把两块石头用绳拴在一起下落，大的就会被小的拖着减慢，整体比大的单独下落要慢。可是，两块石头加起来比那块大的还重，由此我们得出的结论是：重的物体下落得反而慢。而前提是上面的假设。可见，假设是错误的。重的物体不一定下落得快。显然，轻的物体也不一定下落得快。所以，物体下落的快慢不是由它们的轻重决定的。可是，在现实生活中我们观察到：物体确实下落得有快有慢。这是受什么因素的影响呢？（学生：受空气阻力的影响。）你是怎么得出这个结论的？（学生：在刚才的实验里，纸片变成纸团，空气阻力的影响小了。或从受力分析的角度得出。）观察得很仔细，思考得很透彻：正是由于有空气阻力的影响，物体下落得才有快有慢。同学们想想看，如果没有空气阻力的影响，也就是在一个没有空气的空间里，物体下落的图景是什么样子呢？看，这是一根玻璃管，管中的空气已经用抽气机抽掉了，里边有一个金属片（听声音），还有一根儿羽毛，让它们在这个没有空气的空间里下落，同学们注意观察它们下落的情况。看清楚了吗？不要着急，我再演示给你看。（根据学生的需要，在不同的地点演示给不同的学生看，直到所有学生满意为止。）都看清楚了吧：金属片和羽毛下落的快慢相同。再来看，筒内有空气了，金属片和羽毛下落的快慢就不同了（做两次，第二次提醒学生听声音、看羽毛）。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。要注意理解“自由”这两个字：只受重力、初速度为零。这种运动只在没有空气的空间里才能发生。不过，在有空气的空间里，如果空气阻力的影响很小，物体的下落也可以近似看作自由落体运动。金属片的运动可以看作是自由落体运动，而羽毛在有空气的空间里的运动就不是了。到此为止，我们对落体运动有了正确的认识：不同物体从同一高度做自由落体运动，它们的运动情况是相同的。可是，在历史上，从公元前4世纪的亚里士多德到16世纪末的伽利略，在漫长的时间里人们是在不断地认识落体运动的。亚里士多德是古希腊的圣人，恩格斯称他是最博学的人。他的著作很多，对西方的哲学和自然科学的发展都有很大的影响。限于当时科技发展的水平，他在物理方面的论述，今天看来很多是不恰当的。但是，在两千年前他能够通过观察、归纳，形成自己的一套理论体系，已经很不简单了。我们应该正确评价他在科学发展史上的地位。时间：12分钟（二）接下来，我们继续研究自由落体运动。自由落体运动是什么性质的运动呢？（教师释放一小钢球）通过观察自由下落的物体，我们不难得出：自由落体运动是初速度为零的加速直线运动。是初速度为零的匀加速直线运动吗？这个问题需要我们深入研究。还记得初速度为零的匀加速直线运动的规律吗？速度vt=at，位移s=at2根据位移公式可知：这种运动的位移与所用时间的平方成正比。
自由落体运动是不是符合这种规律呢？我们可以通过实验研究这个问题。大家看，这是一套研究自由落体的光电计时装置。立柱的上端有一个电磁铁，通电，小钢球就被吸引住，断电，小球做自由落体运动。在立柱上有四个光电门，至于光电门的作用、光电计时的原理课上我们就不深入研究了，需要知道的是：当小球经过某一光电门时，利用光电计时装置就能测出小球下落到这个光电门所用的时间。有四个光电门，小球每到一个光电门，光电计时装置就能测出小球下落这段距离所用的时间。（将计算机切到“自由落体重力加速度（三）”，并把小球放在电磁铁下）看，屏幕上显示的内容：4个光电门的位置，这些都可以从刻度尺上读出，由此就能得到小球下落到4个光电门时经过的位移s；相应的时间t由光电计时装置测出后直接传给计算机。（做一次实验）注意，给电磁铁断电，小球自由下落。我们得到了四组实验数据，位移和时间的平方是什么关系呢？建立一个坐标系：纵轴s，横轴t2。在坐标平面上描点，同学们看看这四个点有什么特点？（差不多在一条直线上）我们根据这四个点拟合一条图线，差不多是过原点的一条直线。这说明：位移与所用时间的平方成正比。大量的实验可以证明：自由落体运动的位移与所用时间的平方成正比。所以，自由落体运动是初速度为零的匀加速直线运动。时间：18分钟（三）既然自由落体运动是匀加速运动，那么，一个物体在自由下落过程中它的加速度是一定的。同学们想想看，不同的物体做自由落体运动，它们加速度a有什么关系呢？我们知道：不同物体从同一高度做自由落体运动，它们的运动情况是相同的。这就是说，这些做初速度为零的匀加速直线运动的物体，在相同的时间里发生了相等的位移，根据s=at2可知，它们的加速度必定相同。研究表明：在同一地点，一切物体做自由落体运动的加速度都相同，这个加速度叫做自由落体加速度，也叫重力加速度，通常用g表示。很容易判断，重力加速度g的方向总是竖直向下的。它的大小可以通过实验的方法测定。根据前面的实验数据可以计算出重力加速度的数值：g==__________。请同学们看（课本第37页）这张表格，上面列出了9个地区的重力加速度数值。你研究研究，看从中可以获取到什么信息。（学生：在地球上不同的地方g的大小是不同的，从赤道到北极，随着纬度的升高而增大；赤道最小，北极最大；不过，各地的重力加速度数值都在9.8m/s2左右。）国际上取北纬45°海平面上的重力加速度值作为标准值：9.80665m/s2。通常的计算中，可以把g取作9.8m/s2，在粗略的计算中，还可以把g取作10m/s2。现在知道“在同一地点”的含义了吧。这里边就有一个问题：为什么不同地点的重力加速度g的数值不同呢？这个问题以后我们还要继续研究。自由落体运动是初速度为零的匀加速直线运动，而且加速度为g，那么，这种运动的规律我们就清楚了：
vt=gt，位移s=gt2时间：24分钟（四）下面我们处理一个实际问题。你看，这是北京四中的科技实验楼，共有六层，从楼顶释放一个铅球，请你估算：从开始运动起，它在1s内、2s内、3s内下落的位移分别是多少？（学生：根据位移公式s=at2，a=g，估算，g可以取10m/s2，则1s内下落5m、2s内下落20m、3s内下落45m。）想想看，这个结果正确吗？一层楼有多高呢？就算3m吧，六层不过18m，释放后，不到2s就已经落地了。接着估算，在0.1s、0.2s、0.3s内下落的位移又是多少呢？（学生：5cm、20cm、45cm）（找一个学生）你用手比划一下，5cm有多长。桌上有30cm长的刻度尺，看看你的感觉对吗？这就是我们这节课学习的内容。时间：28分钟（五）我们轻松一下，做一个小游戏，请一位同学到前边来咱们一起做。（跟这位同学握手）你好，合作愉快！你抬起右手，伸出拇指和食指，呈捏的姿势。看，这是一个小书签，我一放手，你就赶快捏，捏住归你。这是一种金属书签，漂亮吧。（说的同时，松手）再来一次？（放高点，送出去）（若捏住）祝贺你，书签归你了。（若捏不住）很遗憾，请回座位。（如这位同学没捏住，可再请一位。）这个小实验能检验人反应的灵敏程度。日常生活中，有时需要反应灵敏，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。想想看，你能根据我们今天学习的知识，设计一个小实验，测出你的反应时间吗？如果感到有困难，可以读一读（课本第38页）这段材料。有想法了吗？这个实验的原理、器材、怎么操作、怎么读数、怎么计算出反应时间。（找两位前排的同学）说说你们的设计方案。（器材：直尺、计算器。操作：一人捏住尺子的上端，保持直尺竖直不动。另一人手指呈捏的姿势，在直尺的下端零刻度处等待。前者释放，后者捏住。注意后者要紧盯着前者的手，且在捏的过程中手不能向下移动。读数：直尺下落的距离，即后者所捏处的刻度值。处理数据：根据位移公式s=gt2可计算出直尺下落的时间t=。结论：直尺下落的时间就是你的反应时间。）
因为是估算，g取10m/s2就行了。请坐，我们开始做实验吧。好，停下来。测出你的反应时间了吗？（找几位同学说说测量结果）都测出来了吗？哪组还没有计算出来？（找出没有测出自己反应时间的同学）我来给你测。（用事先做好的“反应时间测量尺”，测后，直接读出反应时间）快吧！他一捏，我就知道。你们能猜出我这把尺子的奥秘吗？（学生：事先计算好长度对应的时间，把时间标在了尺子上。）很聪明，这样就制成了一把“反应时间测量尺”。（用实物投影展示）时间刻度均匀吗？想想为什么？（时间跟位移是平方根的关系）同学们能不能做一把？桌上的尺子就送给大家了，在课外，你可以把它制成一把“反应时间测量尺”。用“反应时间测量尺”可以：跟踪检测自己的反应时间；检测不同人群的反应时间（性别、年龄、职业等）。研究采集到的数据，总结出反应时间跟哪些因素有关？等等。这就是一个研究性学习小课题，同学们可以在课外继续研究。今天我们学习的课本第二章第八节的内容，请同学们课后认真阅读课本上这一节的内容，并把练习八的（1）至（4）题做在作业本上。尾声这节课该结束了，再次感谢同学们的支持！感谢各位领导和老师今天光临指导！谢谢！（鞠躬）时间：40分钟
微信/支付宝扫码支付