自由落体运动案例分析自由落体运动案例分析长沙市天心一中陈霞一、教学目标1．知识与技能：(1)理解什么是自由落体运动，知道它是初速度为零的匀加速直线运动。(2)知道什么是自由落体加速度，知道它的方向。知道在地球的不同地方,重力加速度大小不同。(3)掌握自由落体运动的规律并用来解决实际问题。2．过程与方法(1)通过观察演示实验，否定了亚里士多德的观点，培养学生的观察能力和逻辑推理能力；(2)通过研究自由落体运动，获得科学探究过程的体验并感悟科学研究的基本方法(3)通过运用计算机处理实验数据，体会科技发展对实验研究的促进作用3．情感态度与价值观：(1)通过演示实验和学生分组实验的师生互动和生生互动，培养学生严谨求实的科学态度，激发学生认识自然、主动探究科学的热情，并使学生学会交流与合作。(2)通过自由落体规律的获得和应用，使学生认识物理学对现代文明的重要作用，进而对科学产生亲近感，对物理学习产生深厚的兴趣。(3)通过救一高楼坠落小孩的故事与自由落体教学的结合，增强学生理论联系实际的能力，使学生既品尝到获得知识的愉悦，又培养学生高尚精神情怀和远大理想。二、教学重点、难点1．教学重点及其教学策略：重点：不同物体下落的加速度都是g教学策略：学生通过自主实验探索，得出自由落体运动的不同物体在同一地点加速度都是g，且方向竖直向下．2．教学难点及其教学策略：难点：物体下落的快慢与物体所受重力无关教学策略：由于学生对重的物体下落快、轻的物体下落慢的印象很深，因此在课堂教学中精心设计实验，用事实战胜假象，帮助学生建立正确的观点。三、设计思路本节课在教学设计时主要体现以学生发展为本的追求，对学生学习方式转变的引导——倡导自主学习、合作学习和探究学习，同时对主题内容的探究，采取与学生生活比较熟悉的真实案例入手，据此展开探究学习，最终揭示出自然现象的科学规律，实现与学生的经验和生活世界的有机结合。本节课在教学时突出以下几个特点：1.注重对学生科学方法的教育：在自由落体运动概念的形成过程中，突出理想化的科学研究方法；在探究自由落体规律时，让学生经历科学研究过程：“提出问题，假设猜想,设计方案，实验研究，得出规律，迁移运用，提出新问题,再作探索”，培养学生严谨的科学态度和科学精神。2.注重德育教育：在习题中设置以“青年工人不顾个人安危，在极短的时间救了一个高速坠落的小孩”的故事，对学生是一次很好的教育。结合反应时间测算，使学生意识到我们正常人是有能力完成这件事的。这样把德育贯穿于理科课堂教学当中，激发学生乐于助人，勇于助人的热情。6
3.重视多媒体教学手段的运用：运用多媒体展示直观的自由落体实例，给出自由落体的最新科学证实；运用计算机处理实验数据，把传统的实验手段与先进的电脑数据处理方法相结合；充分体现教学的直观性、形象性、趣味性等特点。4.突出自主、合作、探究学习：在课堂上创设有利于学生主动学习的教学环境，引导学生积极参与小组活动，让学生在探索的过程中自主地建构知识，在与人交往，与人合作，以及师生互动中自己教育自己，由“知”内化为“信”，为“导行”打下思想基础。四、教学资源1．学生实验器材：物理课本、等大的纸片若干张、打点计时器、铁架台、学生电源、纸带、重锤（重量不等）、刻度尺、剪刀、天平等。2．演示器材：金属片、小羽毛等；物理课本，等大的纸片若1张；牛顿管及抽气机1台；米尺1把；多媒体教学系统及自制课件等。3.图片资料：自由落体的闪光动画、月球的落体实验图片、科学馆图片等。五、教学设计教师活动学生活动点评创设情景,引入课题多媒体展示蹦极的录像：精彩刺激的画面，闪出蹦极宣传语：“蹦极—体验自由落体的乐趣””。提出：我们今天就来研究这种物体下落的运动——落体运动。同学们，你们认为我们需要研究这种运动的哪些问题呢？教师副板书：学生的想知道内容过渡：下面我们来逐一解决这些问题。观看画面并展开讨论：运动特点、运动性质、运动规律以及实际应用等等从学生身边或社会现实生活中选取典型事例来创设教学情景，由真实的问题引入，有利于激发学生学习的强烈兴趣。体现了“从生活走向物理，从物理走向社会”的新课程教学理念。观察现象，提出问题一、物体从同一高度下落到地面的时间比较1、演示：不同落体运动（分别演示纸的下落，物理课本的下落，）提出：它们的下落快慢相同吗？再对比演示老师：对，这就是我们的生活经验，这也是公元前希腊的哲学家亚里斯多德的观点。这个观点正确吗？我们怎样去辩驳呢？2、且再看实验：把刚才的纸放在书的上面由静止同时下落，结果会怎样呢？老师：同一张纸，为什么两次其下落快慢不一样呢？3、学生拿出课本和纸与一起实验。学生：重物下落得快学生：这个观点不正确。学生再动手实验并观察学生：几乎同时落地。学生：这是因为空气的阻力的影响。联系已有知识，找到新知识的抛锚点，便于学生通过“同化”或“顺应”的方式进行建构性的学习。演示实验加强了学生对自由落体的感性认识。小组的合作学习，以及组际竞争，活跃了课堂气氛，激活学生思维，让学生在短暂的争论中自主地学习，体验交流与合作的乐趣。通过实验加深对自由落体和空气阻力的联系，为下一步理解阻力对自由落体的影响作铺垫。6
在学生讨论的基础上,教师提问:如果没有空气阻力的影响,轻重不同的物体下落的快慢是否相同呢?演示:（牛顿管实验）在抽去空气的牛顿管内，金属片、小羽毛下落的快慢趋于相同。（多媒体展示月球上的落体实验，提供最新的实验证据）教师小结，提出自由落体运动的概念．5、自由落体运动只有在没有空气的空间里才能发生，那么在有空气的空间里，物体的下落能否看做自由落体运动？空气阻力使下落物体的运动表现得很复杂，科学研究的第一步是先忽略空气阻力，研究物体不受空气阻力的运动。6、从实验中知道，自由落体运动是一种变速直线运动，这种运动是什么性质的运动呢？是一般的变速直线运动，还是匀变速直线运动呢？假设猜想,设计方案二、自由落体运动的性质1、请大家先根据学过的知识进行假设猜想．2、如果自由落体运动是一种初速度为零的匀加速直线运动，那么如何验证你们的猜想呢？请同学们设计实验方案．给学生展示频闪照相的多媒体动画。学生根据已做的实验可猜想出：重物体与轻物体下落一样快。学生自由回答：如果空气阻力的作用可以忽略不计，物体的下落能看做自由落体运动。学生小组讨论后，学生代表回答：自由落体运动可能是一种匀加速直线运动。学生回答：通过实验。学生分组(前后、左右四人一组)设计实验方案。然后学生交流：方案甲:根据匀变速直线运动的规律:在相邻的相等时间内的位移差是一恒量,Δｓ=ａｔ2.利用频闪照相的方法,拍摄每隔相等时间物体的位置,再用刻度尺测量并处理数据.方案乙:也是根据Δｓ=ａｔ2,利用打点计时器在与做自由落体运动物体相连的纸带上打出一系列的点子,再测量数据,列表研究.方案丙:根据初速度为零的匀加速直线运动的位移,利用光电计时器，测出小球自由落体时经过不同位置时的时间和位移，分析位移与时间的关系,如果位移与时间的平方成正比,那么结论正确.渗透物理方法的教育，运用理想化方法，突出主要因素，忽略次要因素，抽象出物理模型——自由落体，研究物体下落在理想条件下的运动。在这样的学习中，学生不仅可以提高观察与推理的能力，而且会逐渐形成观察与思考的习惯。科学大师爱因斯坦认为：“提出一个问题往往比解决一个问题更重要、更困难。”要让学生知道，提出问题也是学习的一个重要组成部分。自由落体运动性质的探究，让学生置身于类似科学家研究的氛围中，亲身经历了科学探究的基本环节：提出问题→猜想和假设→设计实验→获取事实与证据→得出结论。通过科学探究式学习提高了学生的科学素养，发展了学生科学探究的能力，并增进了学生对科学探究的理解。由于绝大多数学校都没有频闪照相机，既便有也不可能有过多的时间和学生一起进行频闪照相，所以几乎没有多少学生见过相关现象，因此多媒体模拟动画就派上用场了，信息技术与学科整合就显得尤为重要了。6
3、上面这几个方案设计得都较精妙,也符合实验要求.但在几个设计中哪个测量得会更准确,操作更简便呢?下面我们通过实验探索自由落体运动快慢的本质。实验研究,寻求规律4、请同学们首先根据方案乙制定实验步骤、设计实验数据记录表格.然后开始实验研究。5、同学们，根据实验数据我们得出了什么结论？教师小结:自由落体是初速度为零的匀变速直线运动。三、自由落体加速度1、前面我们多次提到物体下落的“快”、“慢”，这可以是指物体在一定时间内下落距离的大小（或下落一定距离的时间长短），也可以指物体下落的速度大小。那么，对一种变速运动来说，最能反映它的运动本质特点的物理量是什么呢？2、请同学们根据老师所提供的思考问题阅读教材教师小结：自由落体加速度也叫做重力加速度不同的地理位置，重力加速度的大小不同（引导学生看g值表），通常情况下g取9.8m/s2，粗略计算时g取10m/s2。重力加速度是矢量，它的方向总是竖直向下．总结归纳,迁移运用四、自由落体运动的规律１、由于自由落体运动是初速度为零的匀加速直线运动，所以匀变速直线运动的基本公式及其推论都适用于自由落体运动，只要把初速度V0取为０，加速度a取为g就可以了。其它方案:(略)学生讨论,发表见解：方案乙在测量上较准确、操作上较简便,是现实的最佳实验方案.请学生代表说说步骤,展示表格.数据记录表格如下表所示学生回答：△s是恒量，说明自由落体运动是匀变速直线运动。学生讨论后回答：１、最能反映自由落体运动本质特点的物理量是加速度．２、由公式S＝at2/2，得出在同一地点自由落体运动的物体都具有相同的加速度。３、从同学中收集得到的a的结果，取七八个值进行平均值计算，得到自由落体运动的加速度为g，大小大约为9.8m/s2。方向竖直向下的，与重力方向相同。４、从表中发现：重力加速度在赤道处最小，两极最大；g值与纬度有关，随着纬度增大而增大．这可能是由于物体受到地球的吸引力随着纬度的增大而增大．把传统的实验手段与先进的电脑数据处理方法相结合，大大地节约了探索规律的时间，提高了学生加工处理信息的能力。精心设计问题串，把学习的主题分解成若干问题，在一系列的解决过程中逐渐达成对概念的深入、全面的认识。6
请同学们自己总结归纳出自由落体运动的规律。２、下面我们来讨论一个发生在北京的真实故事：一个小男孩从15层高楼窗口不慎落下，千钧一发之际，恰好路过一个青年工人，他跳下自行车，飞身冲上前，在小孩即将落地的一刹那，救下了孩子。假设每层楼高为2.8m，这位青年从他所在的地方冲到楼窗下需要的时间是1.3s，请你估算一下他要接住孩子，至多允许他有多长的反应时间？３、提问：如果这位青年换了是你自己，你是否也可以救下孩子呢？为了解决这个问题，我们首先来：测定我们自己反应时间。（详见教材p46“做一做”）请同学们思考：为什么可以测自己的反应时间，是什么原理，自己的反应时间又是多少呢？下面请同学开始测量自己的反应时间．教师再一次提出：如果换了你们自己，能不能救下孩子呢？教师引导学生总结自由落体运动规律的应用：由刚才的实例分析我们来看看应用自由落体运动规律可以解决哪些实际问题呢？学生自己得出自由落体运动的规律为：Vt＝gth＝gt2/2Vt2＝2gh学生解答：小孩自由落体的时间为：至多允许这位青年的反应时间是：2.8－1.3=1.5s学生回答：根据直尺下落高度，即算出反应时间。原理是：由h＝gt2/2导出，h为直尺下落的高度，t为反应时间。学生分小组自己动手操作、研究，得出人的反应时间约为0.12s．得出结论：如果换了自己，也可以救下孩子。我们的社会需要这种见义勇为。学生讨论并总结：测时间、测距离、测重力加速度或速度等等。初中学过的常数g=9.8N/㎏，实质上是这里的重力加速度。提出了一个开放性的问题（g值变化的规律和解释）让学生思考，我们并不要求学生得出肯定的结论。把自由落体运动作为匀加速直线运动的特例来处理，这样更有利于学生形成知识结构，避免死记公式．同时让学生自己推导相关物理量的变化规律，培养了分析、推理能力。在得出结论后，引导学生立即应用结论解决问题，这不仅促进了学生学习科学知识的积极性，而且提高了他们分析和解决实际问题的能力。6
学生对这个小实验兴趣极大，个个跃跃欲试。当学生们计算出自己的反应时间，从而感悟到，当自己目睹小孩下坠的一刹那，只要自己毫不犹豫地冲上前去，也同样能救下小孩时，个个兴奋不已。他们不仅品尝到了获得知识的愉悦，又得到了精神的鼓舞。本课小结解读蹦极：（问题设置）1、蹦极是不是真正意义的自由落体运动？———条件、性质2、如果把蹦极视为自由落体运动，你能享受多久的自由落体的快乐呢？———规律应用学生回答问题。通过解读蹦极这一环节既总结了本节所学内容，又突出了难点和重点，提高了学生对信息的归纳，总结和言语表达能力，同时起到首尾呼应作用。提出问题,再作探索布置作业１、请学生课后探讨课本第47页，“问题与练习”中的1~4题。2、既然课本上说,在同一地点,一切物体做自由落体运动的加速度都相同。那么请设计一些其它实验测定本地的自由落体加速度,并再在课外分组进行实验研究,论证这个结论。想一想，练一练，做一做。加深对课堂所学知识的理解和掌握，联系实际对所学内容进行应用。板书设计自由落体运动1、定义想知道：2、性质3、加速度4、规律及其应用速度——时间位移——时间速度——位移6
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