5自由落体运动设计方案（一）整体设计口由落体运动是一种理想化模型，在高中物理教学中具有特殊的地位.在知识上它是匀变速胃线运动的一个特例，在方法上渗透着理想化模型的重要研究方法.在整个必修一教学的安排上，匀变速运动的教学更点在于规律的应用，H由落体运动的新课教学则要向学生介绍用现代先进教学仪器研究口由落体运动的规律特征，有利丁学生站在一个现代新科技的角度观望历史人物对自山落体的研究，体会近代物理的先驱伽利略是如何进行研究的——这是向高中学牛首次介绍伽利略的物理学研究方法的教育，它在整个高屮物理教学屮具有特殊重要的意义木课程的教学设计要解决两个问题，一是怎样引入课题和分析论证课题；二是介绍自由落体运动规律以及用打点计吋器实验吋的注意事项•这两个问题是统一的，前者是教学的组织,即课程进展的形式；后者是课题内容本身，这两者的结合便是木课的教学任务.教学重点自山落体运动的规律.教学难点白由落体运动规律的得岀.课时安排1课时三维目标知识与技能1.理解自由落体运动的条件和性质，掌握重力加速度的概念；2.掌握自山落体运动的规律，能用匀变速直线运动的规律解决自山落体问题过程与方法1.培养学生的观察能力和逻辑推理能力；2.进行科学态度和科学方法教育，了解研究白然规律的科学方法，培养探求知识的能力；3.通过对口由落体运动规律的应用，提高学生的解题能力.情感态度与价值观1.充分利用多媒休辅助教学、演示实验和课本中的小实验，让学牛积极参与课堂活动，设疑、解疑、探求规律，做到师生默契配合、情理交融，使学牛始终处于积极探求知识的过程中，达到蝕佳的学习心理状态.2.利用课后的阅读材料，介绍伽利略上百次的对落体运动木质规律的探索研究，使学生体会到科学探索的艰辛，挖掘德育教育的素材.课前准备木架、小球、细线、牛顿管、硬币、羽毛、纸片（多张）教学过程导入新课情景导入教师两手分別拿一小球和纸片，从相同的高度释放两物体•提出问题：小球和纸片谁先落地呢？这说明什么问题呢？是不是说重的物体比轻的物体落地比较快呢？我们这节课就来研究这个问题.故事导入一位普通的妈妈，身体纤弱，轻声细语，几乎不爱好任何的体育运动.一天，她出门去买东酋，孩子和保姆留在家里.保姆拉过一张桌子放在窗户前，让孩子自己趴在桌了上玩，自顾自地做其他事情去了.
当妈妈的身影在远方出现的时候，孩子兴奋地手舞足蹈起来，他伸出小手想去拥抱那个熟悉的身影，大半个身体顿时悬在半空中.孩子不会理解口己身处的险境，希望妈妈立刻把他抱进怀里.于是，五楼的窗口上，小男孩变得像小鸟一样轻盈，他张着翅膀向着妈妈飞过去.周围的人们部目睹了这一幕：远处的妈妈只感觉占己变成了一支箭飞快地奔向一栋人楼，然后准确地接住了从楼上掉下來的一个小男孩.闻讯赶來的消防队员対这一幕的发牛简直难以置信，按照他们的计算，用那么短的时间从女人当时所处的位登跑到楼F是不可思议的，连最优秀的消防员也无法达到那样的速度.你能根据当时的情景测岀这位伟人母亲的奔跑速度吗？需要知道哪些物理量呢？复习导入复习I口知：1.匀变速直线运动的规律41?s=vht+—at"22.推论①vt2=v02+2as；(2)v=2a±Zl=v.③v°=02iSi：S2：s3=l：4：9SI:sn:Sm=l：3：5我们今天应用这些知识研究一种常见的运动——自由落体运动.演示：便币和纸片分别从同一高度由静止开始同时下落，观察下落速度，从表面上看得到结论：“物体越重，下落得越快”•是这样吗？推进新课一、口由落体运动在现实生活屮，不同物体的下落快慢在不少悄况下是不同的.从苹果树上落下的苹果和飘下的树叶能一起同时下落吗？教师设疑：重的物体一定下落得快吗？你能否证明自己的观点？猜想：物体下落过程的运动情况与哪些因素有关，质量大的物体下落速度比质量小的快吗？合作探究取两枚相同的侦币和两张与换币表面面积相同的纸片，把其小--张纸片揉成纸团，在下述几种情况下，都让它们从同一高度口由下落，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，说明质量人的下落得快.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.将一枚硬币与己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.4.一块面积较人的硬纸板、一个小软木塞，分别放到已调平的托盘犬平的两个盘屮，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，质量小的物体下落得会比质量大的物体还快.结论：物体下落过程的快慢与物体质最(轻重)无关.演示实验“牛顿管”的实验
将羽毛和金属片放入冇空气的玻璃管中，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.将羽毛和金属片放入抽去空气的玻璃管屮，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和同.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成真空的牛顿管中同时下落，它们儿乎同时落到管底.3.打开进气阀，让学牛.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、软木塞或金属在有空气的牛顿管屮同时下落，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，以免不抽气时岀现同时下落的现象.结论：影响落体运动快慢的因索是空气阻力的作用，没冇空气阻力时，只在重力作用下轻重不同的物体下落快慢相同•课堂训练图2-5-1所示是课题研究小组进行自市落体运动实验时，川频闪连续拍照的方法获得的两张照片A和B,任选其中的一张，回答下列儿个问题：A.质量相等的纸片和纸团B.体积相等的铅球和木球图2-5-1（1）我选图:（2）我从图中观察到的现彖是:（3）请对你所观察到的现象进行解解.参考解答1：（1）图A（2）质量相等的纸片和纸团同吋释放，纸片比纸团下落得慢.（3）如图2-5-2,质量相等的纸片和纸团，它们的重力相等.由于空气的阻力对纸片的影响较人，不能忽略，所以纸片F落加速度较小.如果把纸片揉成纸团，空气阻力对纸团的影响较小，纸团下落加速度较人，所以质量相等的纸片和纸团同时放手，纸片比纸团下落得慢.0G纸团图2-5-2参考解答2:（1）图B（2）体积相等的铅球和木球同时释放，儿乎是同时落地的.（3）如图2-5-3,阻力对它们的影响很小，几乎可以忽略，虽然G铅大于G木，但是由于m钳也人于m木，即铅球的惯性比木球人，所以它们获得了相同的加速度g.对于同种材料的人、小二球，情况也是如此，它们也有相同的加速度g,所以体积相等的铅球和木球儿乎是同时落地的.
图2-5-3阅读课本并回答：（1）什么叫H由落体运动？（2）白由落体运动的特点是怎样的？物体仅在重力作用下，从静止开始下落的运动，叫自由落体运动.特点是：（1）初速度为零；（2）只受重力作用，没冇空气阻力或空气阻力町以忽略不计.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，实际牛活中并不存在只受重力作用的自山落体运动.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，把它们的下落看成口由落体运动，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，空气肌力不能忽略，它们运动的全过程就不能看成白由落体运动.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，空气阻力的影响太人不能忽略，它们的运动就不能看作自由落体运动处理.阅读：（课件展示）气体和液体都具冇流动性，统称为流体•流体所受的阻力跟物体相对于流体的速度有-关，速度越人，阻力越人•用滴在空气屮下落，速度越来越人，所受空气阻力也越來越大.肖阻力增大到与雨滴所受重力相等时，二力平衡，雨滴开始匀速下落.流体的阻力跟物体的横截面积有关，横截面积越大，阻力越大•跳伞运动员在空气中张开降落伞，凭借着降落伞较人的横截而积取得较人的空气阻力，可以比较缓慢地降落•航天飞机着陆后，在飞机后面张开一面类似降落伞的装置，加大阻力，以便较快地停下來.流体的阻力还跟物体的形状有关系，头圆尾尖的物体所受的流体阻力较小，这种形状通常叫做流线型.鱼的形状就是流线型的.为了减小阻力，小侨车、赛车、飞机、潜艇以及轮船的水下部分，外形都采用流线型设计.一般来说，空气阻力比液体阻力、同体间的摩擦力要小•气垫船靠船下喷出的气体，悬浮在水面上航行，阻力减小，速度很大.磁悬浮列车靠电磁力使列车悬浮在轨道上行驶，速度可高达500km/h.实验探究按照教材第43页的图2.5-1装置做实验，将一系有纸带的重物从-淀的高度fclrflF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，凭冃测难以观察和记录，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）可以用來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來，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•因此在实验屮要注意: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.打点计吋器的安装耍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対减小，增大密度可以减小体积，对使空气阻力减小；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厘复上述步骤多次,直到打出的笫一点与第二点Z间间隔约为2mm的纸带才是有效的;（学生的疑问暂H■不要解释）7.教师一定耍捉醒学牛思考讨论，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；&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.
完成实验后，分析纸带上记录的运动信息，请思考卞列问题：（1）口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屮得dlx-t2,冇的同学得出x通过观看实验录像和频闪模拟试验进步加深对自由落体运动性质的了解.3•重力加速度在目录中点击“重力加速度”进入第九屏,如图:■….••・r（广］三、重力加速度在同一地点.一切物休在做自由落体运动中的加速度都相同，这个加速度叫重力加速度，用g表示.在地球上不同地点，g的值略冇不同•地北北h广赤纬90°39°56,3I°12,23°06,0°gg/s2)9.8329.8019.7949.7889.780在通常的讣算中.fl%=9.8m/S2.巫力加速度方向总是竖直向下.根据所给内容了解加速度的有关知识.4.H由落体运动的公式由前面已经知道口由落体运动是初速度为零的匀加速直线运动，所以，匀变速直线运动的公式也适用于自由落体运动.先让学生自己推出公式，然后点击目录中的“自由落体运动的公式”进入第十屏给出内容，如图：
四、自由落体运动的公式自由落体运动是初速度为零的匀加速直线运动,所以，匀变速苴线运动公式也适用于自由落体运动.v,=atvt2-2as9胡h-^at2吩2妙5.知识应用点击口录中的“知识应用”进入例题讲解和练习部分（从十一到十四屏）,“［例1］雨滴通常从1500m左右的高度落下.如果没有空工阻力.问经过多长时间落到地面？它落到地面空气阻力，雨滴下落的运动可以看成自由落体运动,由公式尼密$得=y2^1_500$«s］7.5s雨滴落地时的速度为^=^/=9.8x17.5m/s=171.5m/s讨论：实际I•.雨滴落到地面的速度不超过8m/s,说明物体从很髙的地方卜落时.空PII力址不町忽略的.冇时空气阳力可以大到等于物休的巫力.［例2］如图所示：一个小钢球做『I由落体运动，测得小钢球经过4点时的速度是2.42m/s・经过B点时的速度是4.64m/s,所用时间是0・226s,求此地的重力加速度和SB间的距离.解：因为自由落体是匀加速直线运动.所以二右2=4,.64-242m/s2=9.82m/s26I0.226-242+4.64x0.226m~0.80m2
练习1.在某地让一个小球从17.7m髙的地方口由下落,测得小球下落到地面处所用的时间是1.9s,求此地巫力加速度和l・9s末的速度.解：由公式/1二如2得g=2/f^2x17.7/1.92m/s2«9.8m/s2小球在1.9s末的速度为v,=g/=9.8x1.9m/s〜18.6m/s2.…个物体从19.6m髙的地方自由下落，问经过多长时间落到地面？它落到地面时的速度是多少？解：由公式尼密$得WW^s=2.0s物体落地时的速度为vt=gt=9.Sx2.0m/s=19.6m/s「X*上汝龙U冃录,这部分内容可以先让学生H己思考解答，然后再给出规范的解题步骤.1.知识拓展点击冃录中的“知识拓展”进入知识拓展部分，主耍是让学生了解一些生活中的物理知识，开阔视野，学以致用.视野拓展:日常活动中，有时需耍反应灵敏，対战士、司机、飞行员、运动员等尤具如此.当发现某种悄况时，能及时采取相应行动，战胜对手，或避免危险.人从发现悄况到采取相应行动经过的时间叫反应时间.这里向你介绍一种测定反应时间的方法.请一位同学用两个手指握住木尺顶端，你用一只手在木尺下部做捏住木尺的准备，但手的任何部位都不n要碰到木尺•当看到那位同学放开乎时，你立：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，可以算出你的反应时间.
d>5课后拓展：观察口由落体运动的待点cm方法一：取一根长2m左右的细线.5~6个铁報圈和一个金属盘•在线端系上第一个垫圈.隔12cm再系一个.以后垫圈之间的距离为36cm60cm.84cm.即各垫圈之间的距离为1：3：5：7……如图所示.方法二：仍取2m长的线•5个铁垫圈；线端系第一个W圈•以后每隔48cm系一个.如图所示•站在椅子上.向匕提起线的上端•让线自由垂下•松手后.注意听各垫圈落到盘上的川音间隔•比较两种方法之间声音间隔有什么不同.1.点击目录中的“学习目标”，出现如图所示内容，可以帮助学习更有针对性地掌握本节内容.学习目标1.拿握白由落体运动的概念，记住虫力加速度的符号、数值、方向.2.理解n由落体运动的速度公式和位移公式，并能灵活运用解决实际问题.3.运用分析、类比的思想，推理出自由落体运动的速度公式和位移公式.4•通过用不同方法测重力加速度，感悟实验在发现自然规律中的重要性.——-八-rKh录N—丽T7设计点评本节课件把很多难度较高的试验录像和模拟实验动画综合在里血，可以很形象而直观地理解所学知识，再结合真实实验，可使课堂效率大大提高.注明：木课所用课件来自"志鸿优化网(http://www.zhyh.org),具体链接地址为:http://www.zhyh.org/?action二copyright!show&id二892
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