人教版2022年高中物理必修第一册2.4 自由落体运动 教案
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人教版2022年高中物理必修第一册2.4 自由落体运动 教案

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时间:2022-09-07

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资料简介
2019-2020年高中物理《1.5自由落体运动》教案新人教版必修1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

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