人教版2022年高中物理必修第一册2.4 自由落体运动 教案

§2.5自由落体运动教案北师物理系孙慧敏2011-10-17【教学目标】知识与技能1.了解什么是自由落体运动及其产生的条件；2.认识自由落体运动的特点，学握自由落体运动的规律；3.通过观察演示实验概括出自由落体运动的运动性质，从而培养学生的观察、概括能力，通过相关物理量变化规律的学习，培养分析、推理能力。过程与方法渗透物理方法的教育，运用理想化方法，突岀主要因素,忽略次要因素，抽象岀物理模型一自由落体运动，研究物体下落在理想条件下的运动。情感态度价值观心发学生要辩证全面思考从物理现象得出的物理规律，并培养学生严谨求实的科学态度和精神，并从发现探究物理规律屮得到快乐和满足。【重点、难点分析】1.重点是使学生掌握自由落体的速度和位移随时间变化的规律。自由落体的特征是初速度为零,只受重力作用（物体的加速度为自由落体加速度g）,引导学生自主探究如何验证自由落体运动的运动性质。2.难点是演示实验的技巧及规律的得出，介绍伽利略的实验验证及巧妙的推理。【教具】1.自由落体演示仪及附件，计算器。2.硬币（一元）两枚,薄纸袋（恰好可装下硬币），抽气机，牛顿管。3.投影仪、投影片、彩笔。【主要教学过程】（一）复习提问初速度为0的匀变速直线运动的运动规律？代怎=点v2：“3:%=1；2:3:nx±：X2tx3:xn=1:4:9……:n2/z^x1:^x2•^3:加口=1：3:5:（2n一1）（二）引入新课 1.游戏引入用P45的【做一做】游戏“看看你的反应快慢”，通过与学生的合作演示实验，告诉他们什么是反应时间，且每个人的反应时间不同，并且能通过这节课的学习自己能独立测出自己的反应时间，引起他们学习这节课的兴趣及好奇心。（三）正课我们今天应用这些知识研究一种常见的运动，物体下落的运动。［演示I］硬币和同样大小的纸片分别从同一高度rti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〃。1.亚里斯多德（Aristotle）的认识从公元前4世纪至公元17世纪，这种观念统治了人们两千多年之久。2.伽利略（Galileo）的贡献（1638年）-伽利略原理伽利略在曾做过比萨斜塔实验，重物和轻物同时落下。他乂进行逻辑和理论分析：两个物体分別由同一高度下落，假如重物比轻物下落的快，当把两物体捆在一起仍从同一高度下落情况会是怎样呢？结论:①整体分析：当把两个物体捆在一起时mc=»iA+ms,因为新组成的物体比上述两个物体中的任何一个都重从而下落的应最快。②局部分析:A物体下落的快，受到一个下落得慢的物体B的作用，结果就像一个大人拉着小孩向前跑，比单独大人跑要慢，比单独小孩跑要快一样,他们的共同速度应介于A、B两物体Z间即冬＞比＞屁。伽利略用归谬法巧妙地否定了亚里斯多德的观点，从而得岀结论:重物体不比轻物体下落得快。亚里斯多德忽略了空气阻力对运动物体的影响，从而得出错误的结论:〃力是维持物体运动的原因〃。［演示II］将纸袋揉成纸球和硬币从同一高度由静止开始下落,观察下落速度（相差不多），把硬币装入纸袋与另一枚硬币从同一高度由静止开始下落，观察下落速度也相差不多，若减小空气对运动物体的影响会如何呢？［演示III］牛顿管中的物体下落，将事先抽过气的牛顿管内的硬币与轻鸡毛从静止一起下落，观察实验结果两者几乎同时落到牛顿管的下端，硬币落下有声，眼可直接观察鸡毛下落，将牛顿管放入空气再做实验情况就截然不同了。补充：播放阿波罗15号飞船的宇航员在月球上的实验加深学生对在同一高度静止释放不同物体，它们下落的快慢应该相同，而与物体轻重无关的认识 1.自由落体运动（1）定义: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。自由落体运动是一种理想运动，在实际问题川有空气时,物体的密度不A小,速度不太大（II不太高），可以近似看成是自由落体运动。结论:不同物体做自由落体运动，它们的运动情况是相同的。（2）性质：伽利略所处的年代还没有钟表，计时仪器也较差，自由落体运动乂很快，伽利略为了研究落体运动,利用当时的实验条件做了在斜面上从静止开始下滑的直线运动（目的是为了〃冲淡重力〃），证明了在阻力很小的情况下小球在斜面上的运动是匀变速直线运动,用逻辑推理外推到斜面倾角增大到90°的情况，小球将自由下落,成为自由落体，他认为这时小球仍然会保持匀变速直线运动的性质，多么巧妙啊！这个结论的正确与实验來验证，三百多年后，我们來验证。（3）探究：自由落体的运动规律首先引导学生观察自rh落体运动的变化，自rh落体运动速度从o逐渐增大，沿竖直方向做直线运动，然后由学生提出自己的猜想：学生猜想：自由落体运动可能为初速度为o的匀加速直线运动。教师继续引导学生思考，提问：那如何验证自rh落体是初速度为o的匀加速直线运动呢？（给学生1分钟思考空间）分组讨论提出解决方案。方案1：测出相邻时间间隔内速度变化量相等，速度与时间满足v=at方案2：测出相邻连续时间内的位移，满足x=-at22方案3：测出相邻吋间问隔内的位移差厶X=Qi2方法一：用打点计时器研究自由落体运动介绍此实验原理及注意事项，并引导学生去选择最优方案。方法二［演示IV］介绍自由落体演示仪（一种自由落体演示仪是根据电磁感应原理设计而成，主要包括一块标有直角坐标的面板、一块磁性落体以及一个下落通管，通管上绕有多组线圈，当磁铁经下落通管自由落下时，位于坐标中的与线圈相対应的几组发光管将被一一点亮，从而显示出落体到达某一预定点所需时间、即时速度以及速度图线，从而直观地反映出自rti落体运动的规律。本装置结构简单，制作容易，可由教师一人操作演示，是一种实用性强的教学仪器），然后测量。表1 s(m)10.1000.143620.4000.286630.9000.4293t（S）9.709.749.77结论:①口由落体运动是初速度为零的匀加速直线运动。②在同一地点一切物体在自由落体运动中的加速度都相同。③重力加速度£（自由落体加速度）a.数值及单位g二9.8m/s2初中萨9.8N/kg（常量）粗略计算g=10m/s2b.重力加速度g的方向总是竖直向下的。（3）通过课本上P44的表格中数据的对比，让学生独立思考，去发现重力加速度随纬度增加而增加的规律。并尝试解释做出猜想。1.自由落体运动的规律测出自己的反应时间（选竖直向下方向为正）让学生观察学生的手离老师的手的距离越大，越容易抓住，从抓不住到能抓住中间有一个能恰好抓住的距离，根据笔杆下落时做自由落体运动，算出笔杆从开始下落到抓住的那一瞬间的间隔即为人的反应时间。（四）练习:一个自由落体落至地面前最后一秒钟内通过的路程是全程的一半，求它落到地面所需的时间。解析:物体做匀变速直线运动过程屮，第n秒通过的路程为n秒内通过的路程为几则物体在n-1秒内通过的路程为则根据题意，得*=耳虫=0.55n=O.Sgx（n-l）2=a.5x5曲xn£,（五）课堂小结1.自由落体运动是--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一自由落体运动，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Z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，即理论推导的一种重 要方法，同学们的学习重要的是研究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。1.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。五、课堂准备的补充说明1.牛顿管的演示，要事先抽好气，一般在课前抽好。若先演示鸡毛与硬币在空气中的落体运动，然后來抽气，会影响课堂气氛，抽气机的响声也会吸引学生的注意力。做好了鸡毛和硬币在几乎是真空中的运动后，将空气充入牛顿管再来做前面的实验，效果更好。牛顿管进空气时最好将鸡毛置于进气口附近，可看到进入管内的气流将鸡毛吹到另一端，让学生清楚地看到牛顿管确实在进气。2.讲述伽利略的推理过程时，可拟定一个讨论的环境，让学生感受到他们正亲临现场观赏这场争论一情景教学。3.自由落体仪电磁铁电路中，最好设计一个电路让电磁铁正充磁一次，反充磁一次，这样可以减小剩磁对小球的初速度的影响。当然为了避免上述实验引起的误差可以用两个光电管计时,就像处理打点计时器打出的纸带一样在屮间某段来研究，但不如上述教学过程设计的方案，让学生一看便知。自由落体运动是初速度为零的匀加速直线运动，只需要计算加速度就可以了。4.三组实验数据在处理时一定要灵活，可将全体学生分成三组,每一组学生计算一组数据，让其中一两个学生用计算器验算，这样，对以节省课堂时间，又达到了总结规律的冃的。5.课堂练习是写在投彫幻灯片上的，也可以再准备一些水彩笔和投影片，让学生在上面解题，然后通过投影仪展示给全体学生进行讲解。