《自由落体运动》讲义设计物理教研组陈宏社一、教学目标．在物理知识方面要求：()了解什么是自由落体运动；()自由落体产生的条件；()认识自由落体运动的特点；()掌握自由落体运动的规律；速度随时间的变化规律，位移随时间变化的规律(定量)。．通过观察演示实验概括出自由落体运动是初速度为零的匀变速直线运动，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。．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。二、重点、难点分析．重点>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)，掌握自由落体的速度和位移随时间变化的规律。>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，从而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，抽象出物理模型的建模能力。>培养学生认知自然规律的一般思维方法：现象观察——分析推理——猜想结论——数学推导——实验验证——概括总结——形成理论——应用理论分析问题．难点：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。
三、教具自由落体演示仪及附件，计算器，硬币(一元)两枚，薄纸袋(恰好可装下硬币)，抽气机，牛顿管，计算机网络。四、主要教学过程(一)引入新课观察视屏（树叶的下落，水滴的下落），联想实际生活中的物体下落的运动。思考落体运动的特点。[演示Ⅰ]金属小球和小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”。．亚里斯多德()的认识从公元前世纪至公元世纪，这种观念统治了人们两千多年之久。（查看视屏关于亚里士多德的介绍）．伽利略()的贡献(年)[演示Ⅱ]金属小球和小纸片分别从同一高度由静止开始同时下落，观察下落特点。得到的结论是金属小球和小纸片几乎同时落到同一位置。分析并猜想现象发生的原因。（认识到空气阻力的对落体运动的影响）伽利略的逻辑推理：两个物体＞分别由同一高度下落，重的物体比轻的物体下落的快，当把两物体捆在一起仍从同一高度下落情况会是怎样呢？①整体分析：当把两个物体捆在一起时＋，因为新组成的物体比上述两个物体中的任一个都重从而下落的应最快。②局部分析：物体下落的快，受到一个下落得慢的物体的作用，结果就像一个大人拉着小孩向前跑，比单独大人跑要慢，比小孩单独跑要快一样，他们的共同速度应介于、两物体之间即＞＞。伽利略用归谬法巧妙地否定了亚里斯多德的观点，从而得出结
论：重物体不比轻物体下落得快。通常看到的重的物体比轻的物体下落的快是因为有阻力作用的结果，若减小空气对运动物体的影响下落情况将会相差不多。（伽利略第一次意识到阻力的存在）[演示Ⅲ]伽利略验证阻力的存在实验：>等高的两个量筒中装有密度不同的两种液体，将质量相同的两个同种材料制成金属小球同时释放观察两个小球下落的情况不同；>等高的两个量筒中装有密度相同的液体，将质量不相同的两个不同种材料制成小球同时释放观察两个小球下落的情况几乎相同。由此可知阻力是存在的。（二）假设并猜想：若没有空气阻力，或阻力几乎可以不计的情况下轻重不同物体下落情况应该以完全相同。[演示Ⅳ]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。（实验验证了猜想）点击视屏：观看当年美国宇航员阿姆斯特朗在月球上做的落体试验。总结：若不计空气阻力作用，轻重不同的物体由静止释放后的下落过程应该遵循相同的运动规律。于是提出理想化模型：自由落体运动。（三）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，在实际问题中有空气时，物体的密度不太小，速度不太大(不太高)，可以近似看成是自由落体运动。提出问题：自由落体运动应该遵循怎样的规律呢？伽利略的猜想：下落物体的速度是随时间均匀增加的，即：瞬时速度与时间成正比但验证这个结论存在着以下几个难点：【困难一】瞬时速度无法准确测量：为了解决测量瞬
时速度的困难，伽利略寻求间接验证的途径（思维的作用）则：测下落的与时间成正比【困难二】计时问题：伽利略所处的年代还没有钟表，计时仪器也较差，自由落体运动又很快，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。实验验证：伽利略用铜球从斜槽的不同位置由静止下落，伽利略手稿中记录一组实验数据时间单位距离单位结果表示为：伽利略发现，斜面的倾角不同，上述比例关系同样成立，只是这个常数随着θ的增大而增大。【困难三】伽利略用斜面实验验证了后，怎样说明落体运动也符合这个规律？合理外推随着的增大，的数值在增大。当θ时，即物体竖直下落时，这个关系也应该成立，这时的数值最大分析：伽利略的成功，不仅在于找到了落体运动的规律，更重要的是开辟了一条研究物理学的研究之路。这个结论的正确与否需用实验来验证，三百多年后，我们来验证。【演示Ⅴ】打点计时器得到的纸带数据分析，然后测量数据（利用处理数据，同时做出图像，分析和求解）。 ()()
结论：①自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)．数值及单位 9.8m 粗略计算10m．重力加速度的方向总是竖直向下的。．自由落体运动的规律(选竖直向下方向为正)(四)课堂小结．自由落体运动是一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。．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——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之一，在后面的学习中我们还要用到。．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。．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、说明
．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，然后来抽气，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。．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——情景教学。．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中间某段来研究，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。．三组实验数据在处理时可利用计算机程序处理（程序）这样，可以节省课堂时间，又达到了信息直观清晰，同时又达到总结规律的目的。学习是一件增长知识的工作，在茫茫的学海中，或许我们困苦过，在艰难的竞争中，或许我们疲劳过，在失败的阴影中，或许我们失望过。但我们发现自己的知识在慢慢的增长，从哑哑学语的婴儿到无所不能的青年时，这种奇妙而巨大的变化怎能不让我们感到骄傲而自豪呢？当我们在学习中遇到困难而艰难的战胜时，当我们在漫长的奋斗后成功时，那种无与伦比的感受又有谁能表达出来呢？因此学习更是一件愉快的事情，只要我们用另一种心态去体会，就会发现有学习的日子真好！如果你热爱读书，那你就会从书籍中得到灵魂的慰藉；从书中找到生活的榜样；从书中找到自己生活的乐趣；并从中不断地发现自己，提升自己，从而超越自己。明天会更好，相信自己没错的！我们一定要说积极向上的话。只要持续使用非常积极的话语，就能积累起相关的重要信息，于是在不经意之间，我们就已经行动起来，并且逐渐把说过的话变成现实。
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