2022年高中物理必修第一册2.4 自由落体运动 教案

《自由落体运动》制作人：赵彩峰◆教材分析《自由落体运动》是高一物理第二章《匀变速直线运动的研究》第五节的内容。本节内容是在学生学习了运动学的知识后编排的，是匀变速直线运动的特例。通过对自由落体这种常见的，特殊的运动的研究一方面是对前面知识的复习和巩固，同时也加强了课本与实际生活的联系。另一方面通过在授课过程中讲授研究物理问题的基本思路和科学方法，为以后研究比较复杂的运动规律打下良好的基础。因此本节课是本章知识的复习课，培养学生思维的研究课，联系生活的应用课，也是后面课程的知识准备的垫底课。所以本节课在本章中具有重要的地位和作用◆教学目标1、知识目标：（1）使学生知道什么是自由落体运动。（2）理解自由落体运动的形成条件和运动性质。（3）掌握重力加速度的概念。（4）掌握自由落体运动的规律，能用匀变速直线运动的规律解决自由落体问题。2、能力目标：（1）培养学生的观察能力、逻辑推理能力和实验设计能力；（2）进行科学态度和科学方法教育，了解研究自然规律的科学方法，培养探求知识的能力；3、情感、态度与价值观（1）在探究物理规律的过程中，学生感受学习物理的乐趣；（2）让学生认真体会科学研究最基本的思维方法：“观察--推理—假设、猜想—实验验证”◆教学重难点◆教学重点：自由落体运动的特征和规律；教学难点：探究自由落体运动的运动性质；◆课前准备◆ 薄纸片和石头、牛顿管、打点计时器、直尺、多媒体课件等◆教学过程一、复习提问前面我们学习了匀变速直线运动的规律。下面我们一起来回顾一下匀变速直线运动的有关知识。速度公式：位移公式：速度位移公式：推论：做匀变速直线运动的物体，在连续相等的时间间隔T内位移之差为一恒量。s1=s2=…=aT2 二、导入新课举例：用手握住的石头处于静止状态。（老师提问）松手后石头的运动情况如何？（学生活动）思考与讨论并猜想。V0=0，石头竖直下落。（老师演示）提醒同学们注意观察。（学生活动）石头下落时做V0=0的竖直方向的直线运动。过渡引言：今天我们就来深入的认识这一运动———自由落体运动。三、新课教学1、演示实验一：粉笔头与纸片从同一高度同时由静止开始下落。【现象】：粉笔头比纸片下落得快。【结论】：重的物体比轻的物体下落快。教师介绍：早在2000多年前，古希腊的哲学家亚里士多德通过对落体运动的观察、研究，得出“物体下落快慢由物体重力决定”即“物体越重下落越快”的结论。亚里士多德的观点是否正确呢？过渡引言：实际上重的物体下落的快只是我们的一种生活经验，现在我们再来做一个实验。2、演示实验二：取半张纸与一张纸，把半张纸揉成一团，两者也分别从同一高度同时由静止下落。 【现象】：半张纸比一张纸下落的快。【结论】：轻的物体下落快。过渡引言：上述现象说明物体下落的快慢和轻重的关系比较复杂，既不能说重的物体比轻的物体下落快，也不能说轻的物体比重的物体下落快，因此亚里士多德的观点是错误的。教师引导：那么大家猜想一下，不同的物体同时同地自由下落，物体下落的快慢与重力有关吗？学生猜想：不同的物体同时同地自由下落，物体下落的快慢与重力无关过渡引言：其实早在十七世纪，伟大的物理学家伽利略（意大利）就首先发现了亚里士多德这个观点的内部矛盾。因此伽利略认为轻、重不同的物体它们下落的速度是一样的。为了说明他对物体下落的结论是正确的，据说他在比萨斜塔上把大铁球和小铁球同时下落，发现它们几乎同时落地。3、图片展示比萨斜塔实验，证实学生的猜想。（老师提问）同学们仔细分析一下，亚里士多德的观点究竟错在哪里？（学生活动）没有考虑空气阻力的影响过渡引言：第(2)个演示中，纸片受到的空气阻力明显地比纸团受到的空气阻力大，所以纸片下落较慢。由于影响空气阻力大小的因素太复杂。在科学研究中，我们常常采取忽略一些次要因素，从最简单的问题入手的方法。在落体运动中，先排除空气阻力，研究物体在没有空气阻力条件下的运动。4、牛顿管实验（也可用CAI课件模拟）拿一个长约1.5米，一端封闭，另一端有开关的玻璃管（牛顿管），把小铁片和羽毛放到这个玻璃管里。在玻璃管里有空气的情况下，我们来比较这两个物体下落的快慢。（拿着玻璃管走到学生当中去，将水平放置的玻璃管迅速转过90°成竖直放置状态，让同学门观察两个物体的下落情况，重复该实验三次）（老师提问）：在这个实验中，我们看到什么现象？（两个物体下落快慢不相同，铁片下落的快，羽毛下落的慢）用抽气机把牛顿管中的空气抽走。重复上面的实验，观察到什么现象？（两个物体下落的快慢相同）（老师总结）：原来在有空气阻力的情况下，较轻的羽毛在下落过程中受到空气阻力的影响较大，所以羽毛下落的慢一些。没有空气阻力时，小铁片和羽毛都只在重力的作用下从静止开始下落，它们下落的快慢是相同的，与物体的重力无关。【结论】1．空气阻力是影响物体下落快慢的重要因素. 2．在没有空气阻力时，在同一地方，任何物体自由下落的快慢相同．视频演示：（月球上的自由落体运动），更进一步证明上面结论的正确一、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。2、条件:(1)初速度为零。即:V0=0(2)只受重力。若受到空气阻力，在f空«G的情况下，可以忽略空气的阻力，物体从静止开始下落就可以看作自由落体运动。过渡引言：下面我们一起来探究自由落体运动的特性和规律。探究过程1、分析：我们通过前面的实验观察、探究，可以粗略分析自由落体运动是一个什么样的运动？学生分析后回答：（自由落体运动是一个初速度为零的加速直线运动。）过渡引言：但是加速度如何？是匀加速，还是变加速？2、学生猜想：匀加速3、验证猜想：大家想一想，可以通过什么方法来证实我们的猜想是正确的？有什么方法能够把做自由落体运动的物体的位置和相应的时刻记录下来？（利用频闪照相的照片，利用打点记时器）4、实验设计：（1）让带有纸带的重物通过打点计时器做自由落体运动；(2利用频闪相机拍下物体做自由落体运动的照片。5、学生活动：请同学们利用课后练习第5题的频闪照相的照片来研究自由落体运动是否是匀加速直线运动，以证实我们的猜想。（有条件可在实验室让学生利用打点计时器做自由落体实验）（1）从课本上的标尺找出相邻的像之间的距离（记为S1、S2、S3…S6）。（2）已知两相邻的像之间的时间间隔t=0.04秒。（3）方法：利用做匀变速直线运动的物体，在连续相等的时间间隔T内：s1=s2=…=aT2的结论。（学生活动）学生分组活动，测量计算并得出结论，相互交流。（结论：自由落体运动是初速度为零的匀加速直线运动。）二、自由落体加速度 1、在同一地点，一切物体的自由落体运动加速度都相同。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来表示。2、重力加速度g(1)方向:总是竖直向下的。(2)大小:g=9.8m/s2，粗略计算可取g=10m/s2我们看课本44页的一个表格，表格中列有9个不同纬度的地方重力加速度的数值。由表格可以看到：在同一地点，重力加速度相同。（为什么？我们可以用刚做的牛顿管实验来说明这个问题，两个物体由同样高度同时由静止下落，同时达到地面，由可知，它们的加速度必定相同）(3)在地球上不同的地方,g的大小不同.g随纬度的增加而增大（赤道g最小，两极g最大),g随高度的增加而减小。三、自由落体运动的规律自由落体运动是初速度为零的匀加速直线运动.所以它具有匀加速直线运动的规律，同时它也有自己特殊的运动规律.速度与时间的关系：v=gt位移和时间的关系：速度与位移的关系:vt2-v02=2aSvt2=2gh过渡引言：我们通过实验研究总结出自由落体运动的特征和规律，下面我们运用这些规律来解决一些具体的问题。四、自由落体运动的应用----测定反应时间操作：一位同学捏住尺子的上端，保持直尺竖直不动，你用一只手在直尺的零刻度处做握住木尺的准备。当看到那位同学放开手时,你立即握住木尺.读数：直尺下落的距离，即为你所捏处的刻度值。处理：根据位移公式可计算出直尺下落的时间。 结论：直尺下落的时间就是你的反应时间。五:课堂训练1.对于自由落体运动，正确的描述是〔〕A．相邻两个1s内位移之差值是9.8mB．1s内、2s内、3s内的位移之比是1：3：5C．1s末、2s末、3s末的速度之比是1：3：5D．第1s内、第2s内、第3s内的平均速度之比是1：3：52．一个物体从20m高的地方自由下落，到达地面时的速度多大？下落最后1s内的位移多大？（g取10m/s2）3．一只小球自屋檐自由下落，在0.2s内通过高度为1.2m的窗口，求窗口的顶端距屋檐多少米？（取g=10m/s2）六：板书--总结自由落体运动 一、自由落体运动的概念 物体仅在重力作用下，从静止开始下落的运动，叫自由落体运动。 二、自由落体运动的性质 初速度为0的匀加速直线运动。 三、自由落体加速度 1．一切物体自由下落的加速度都相同，叫做自由落体加速度。 2．常取g=9．8m/s2或g=10m/s2。 四、自由落体运动的基本公式v=gtv²=2gh拓展延伸：通过这节课的学习，大家在思想上有什么收获？假如你是处在17世纪的伽利略，你敢于挑战亚里士多德吗？如果你当时对亚里士多德的结论有疑问，你又该如何研究自由落体运动？（注意当时是没有先进的计时工具和频闪相机的）七、布置作业：课后练习2、3、4◆教学反思 优点：本节课一改过去教师讲，学生被动接受的局面，最大限度地调动学生积极参与教学活动，充分体现教师主导，学生主体的地位；同时以观察实验、分析、归纳、讨论及信息技术的演示来理解比较抽象的概念，使学生学习兴趣得到培养，信心得到增强，达到较好的学习效果。不足：如果能在实验室由学生自己动手做实验得出自由落体运动的运动性质，效果会更好。