高中物理人教版必修第一册2.4 自由落体运动 教案

探究自由落体运动教学目标：1．知识与技能：（1）了解人们研究自由落体运动的历史事实和科学方法；（2）正确认识自由落体运动，知道影响物体下落的因素，并明白自由落体运动是理想状态下的运动；（3）能用打点计时器得到落体运动的运动轨迹，并能通过分析纸带上记录的位移与时间等运动信息，获取物体做自由落体运动的相关信息；（4）培养学生的观察能力、推理能力及科学研究的方法。2．过程与方法通过对落体运动的实验探究，初步学习使用变量控制法。3．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达能力；（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）通过实验，培养学生的合作精神。（4）通过史实，培养学生学会质疑的科学素养。教学知识点：认识自由落体运动教学重点：认识自由落体运动及影响物体下落快慢的因素教学难点：影响物体下落快慢的因素教学方法：探究法、讨论法、讲授法教学过程：【故事引入】我国古代出现过这种故事：传说三国时期，周仓欲与关羽比力气，关羽说你能把一根稻草丢过河去吗？周仓多次试丢均无成功，然后反问关羽，关羽随手将一捆稻草轻而易举地丢过了河，周仓佩服得五体投地。这个故事能说明关羽臂力过人吗？通过这节课的学习，相信大家一定可以用学到的物理知识来解决这个问题。【介绍名人】1、亚里士多德：（前384—前322年），古希腊斯吉塔拉人，是世界古代史上最伟大的哲学家、科学家和教育家之一。亚里士多德是柏拉图的学生，亚历山大的老师。格言：有人问：写一首好诗，是靠天才呢？还是靠艺术？我的看法是：苦学而没有丰富的天才，有天才而没有训练，都归无用；两者应该相互为用，相互结合。（这告诉我们，天才也是通过汗水成就的）2、伽利略：伽利略·伽利雷(1564～1642)意大利天文学家、力学家、哲学家、物理学家、数学家，出生于意大利的比萨城。伽利略发明了望远镜。【课程导入】老师为什么介绍以上两位著名的科学家呢？因为曾经在“落体运动”这个问题上，两位科学家提出了两个不同的观点。下面，我们先来了解一下什么叫“落体运动”。从字面上理解，就是下落的物体所做的运动就叫做落体运动。那么，同学们可以列举一些生活中物体做落体运动的形象吗？（答：雨滴、落叶、空中下降的跳伞运动员等）【演示实验】-3- 那么，现在老师手上有一张白纸，一块石头，明显地，石头的质量比白纸的质量大，当老师把它们举到同一高度，同时放开手时，请大家观察一下，哪个先着地。（演示）【讨论猜想】大家看到了，是石头先着地，为什么是石头先着地呢？（学生短暂的讨论）有些同学说：因为石头的质量比较大，所以先着地。换句话说，就是物体的质量越大，下降就越快。是不是这样？（学生回答：是）古希腊伟大的科学家亚里士多德曾经也认可这个观点：重的物体比轻的物体下降得快。在其后的2000多年的时间里，人们一直信奉他的学说。但是，意大利伟大的物理学家伽利略，运用简单的科学推理，巧妙地提示了亚里士多德的理论内部包含的矛盾。于是，他提出了与亚里士多德相反的观点，他认为：物体下落的快慢与物体的质量无关。到底谁对谁错？下面，我们就来推理验证一下。假设亚里士多德的这个观点是正确的，通过我们的抽象思维，运用数学推导，验证一下“重的物体比轻的物体下降得快”这个观点是否正确。【推导验证】板书加讲授：假设有两个不同质量的小球，设重的小球下落速率为8m/s，轻的小球下落速率为4m/s，如果将两个小球绑在一起，整体的质量一定比原来重的小球的质量大，那么按照“重的物体比轻的物体下降得快”的观点，绑在一起的两个小球先到地面。（如多媒体演示）这是我们顺着思维来推理出来的，下面我们逆过来思考并推理一下。假设有两个不同质量的小球，设重的小球下落速率为8m/s，轻的小球下落速率为4m/s，如果将两个小球绑在一起，但是，轻的小球会被重的小球拖着，那么整个系统的速率就少于8m/s。（如多媒体演示）在这里，我们就从重的物体比轻的物体下落得快的假设，推导出了重物下落得更慢的互相矛盾的结论。所以说，亚里士多德的观点是不正确的。上面只是理论的推导，下面我们就通过实验来验证一下，物体运动的快慢与物体的质量有没有关系。【实验探究】老师这有两张一样的相对小的白纸1、2，还有一张大而厚的纸3。第一步：老师把白纸1和纸3举在同一高度，同时让他们下降，让学生观察哪个先着地。第二步：把白纸1弄成纸团，并将纸团与纸3举在同一高度，同时让他们下降，让学生观察哪个先着地。第三步：并弄成纸团的白纸1与白纸2举在同一高度，同时让他们下降，让学生观察哪个先着地。可以得到以下的结论：第一步：重物下降得快；第二步：轻物下降得快；第三步：同重物体也有快慢；结论：物体下落过程的运动情况与物体质量无关，伽利略的观点是正确的。可能，大家觉得还跟物体的形状、体积有关，那么，大家可以像以上老师的实验一样，设计实验验证一下，是不是有关。其实物体下落快慢与这些是无关的。大家再仔细分析一下，亚里士多德的观点究竟错在哪里？（生：他没有考虑空气阻力的影响）-3- 既然受到空气的影响而使得物体下落有快有慢，那么，我们把空气抽空，就变成了什么？（生：真空）如果没有了空气阻力后，看情况是怎样的？【实验验证】将羽毛和金属片放入玻璃管中，将玻璃管中的空气抽去，让它们同时下落，观察到的现象是金属片与羽毛下落快慢相同；现将阀门打开，放进一定量的空气，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。结论：影响到落体运动快慢的因素是空气阻力作用。如果没有空气阻力，只在重力作用下轻重不同的物体下落快慢相同。1971年美国宇航员斯科特在月球上让一把锤子和一根羽毛同时下落，观察到它们同时落到月球表面。（多媒体演示）【得出概念】物体仅在重力作用下，从静止开始下落的运动，叫做自由落体运动。特点：1、初速度为0；2、只受重力的作用，没有空气阻力或空气阻力可以忽略不计。【练习巩固】一个物体在真空中，从A处无初速度释放，受到重力的作用下，分别经过B和C两点，A到B和B到C，这两个过程，物体都是做自由落体运动吗？答：B到C不是，因为这个过程初速度不为0。探究自由落体运动的规律探究物体运动的规律，最直接、最简单的方法就是研究物体运动的轨迹开始。要探究自由落体运动的规律，这就需要记录自由落体运动的轨迹。记录的方法有很多，在这里，我们就用之前所学过的打点计时器法，来记录自由落体运动的轨迹。【实验探究】利用打点计时器打出自由落体运动的运动轨迹并进行探究：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。注意事项：1、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；2、选用质量和密度较大的重物，以减小空气阻力的影响；3、要先接通打点计时器的电源再释放纸带；4、手捏纸带松手之前，不要晃动，保证打出的第一个点清晰；5、多打几条纸带，选取所打点迹清晰，呈一条直线纸带去研究。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s与时间的平方t2成正比。（4）相邻、相等时间间隔的位移差相等。-3-