2022年高中物理必修第一册2.4 自由落体运动 教案

比赛教案///自由落体运动xiaoqiang2007-3-1711:14:00笔者说明：2004年，山东、宁夏、广东、海南4省区作为全国高中新课程改革的首批实验区进入实验，2007年秋季高中新课程改革将在全国全面展开。笔者根据新一轮的高中物理课改的要求，设计了《自由落体运动》的教案，参加了湖北省2006年9月在湖北十堰举行的青年教师优质课竞赛，得到了评委和听课教师的好评，获得一等奖第一名。现将教案介绍如下“自由落体运动”探究式教学设计刘万强松滋市第一中学，湖北荆州434200【教学目标】１．知识与技能◎理解自由落体运动的定义和性质◎了解重力加速度◎掌握自由落体规律并能简单应用２．过程与方法◎培养学生实验观察能力，分析归纳总结能力◎领略抓主要矛盾、猜想-验证-小结，定性到定量等物理思想方法教育◎经历自由落体运动定义的引入和性质的得到过程，获得探究活动的体验３．情感态度与价值观◎体验探究自然规律的艰辛与喜悦，培养勤于探索，勇于创新的科学态度◎感悟理论与实际的关系，激发学生的求知欲望◎学会合作与分享【教学重难点】重点：认识自由落体运动的性质，理解什么是自由落体运动难点：探究自由落体运动的模型【教学用具】牛顿管，抽气机，自制木尺（背面有对应的反应时间），钢球，纸片，剪刀，多媒体课件，自由落体实验仪（带钢球和光电门），存贮式计时器【教学过程】（一）引入：做游戏------测反应时间1.提出问题：同学们的反应一定很快，想知道你们的反应快慢吗？下面我们来做一个游戏。2.介绍规则：教师用手握住尺的上端，使尺处于竖直状态，上来的同学用拇指和食指放在尺的下部，做捏住它的准备，当看到教师松手的动作后，立即用手指捏。3.师生合作：师生合作完成游戏，学生告诉大家捏住的刻度，教师宣布反应时间。4.激疑引入：怎样得到反应时间呢？为了了解其中的奥秘，本次课我们来研究尺子下落的运动------自由落体运动 （二）认识模型「引导」其实，现实生活中的落体运动处处可见，它们是否就是我们今天要研究的自由落体运动呢？下面我们来观察几组物体下落的实验。1.几组实验实验1：钢球与纸片实验（1）操作：钢球与纸片从同一高度由静止同时下落（2）现象：钢球先落地（3）结论：重的物体下落得快「引导」这个结论是否具有普遍性呢？带着这个问题继续观察。实验2：纸片和纸团实验（1）操作：取相同两张纸，将其中一张剪去一半，并揉成纸团，让纸团与纸片同时同高度由静止下落（2）现象：纸团先落地（3）结论：轻的物体下落得快（4）分析：纸片比铁片和纸团下落的慢是因为纸片受到空气的阻力作用比较大．显然，空气的存在影响了它们的运动。「引导」显然，空气的存在影响了它们的运动。如果没有空气，情况又会怎样？我们设计一个没有空气的环境再次实验。实验3：牛顿管实验（1）操作：将铁片和羽毛片置入牛顿管中，用抽气机对牛顿管抽气，几分钟后密封。让铁片和羽毛片同一高度由静止同时释放，观察，实验前请大家猜想。（2）现象：同时落到另一端（3）结论：快慢相同（4）介绍：美国宇航员斯科特的月球实验：将一把重锤和一片羽毛同时同高度由静止释放，结果同时落地。2.物理学史：历史上对这一问题的认识过程与我们今天的研究差不多。早在2000多年前，亚里士多德通过对生活的观察和思考，得到了实验一的结论，到了17世纪，意大利的物理学家伽利略通过巧妙的推理，揭示了亚里士多德观点的片面性，还当众在著名的比萨斜塔上做了一个实验：轻重不同的两个铁球同时落地。（展示两副多媒体图片，一副是亚里士多德观点和伽利略观点对比图片，另一副是伽利略的比萨斜塔落体实验图片）3.定义与条件（1）定义：物体只在重力作用下由静止开始下落的运动。（2）条件：物体只受重力，初速度为零．（要求学生通过找关键词的办法，说出自由落体运动的必备条件）「引导」在现实生活中，空气普遍存在，空气阻力普遍存在，强调只受重力的自由落体运动是理想化的物理模型。如果当空气阻力作用远远小于重力时，空气阻力作用对物体的运动影响很小，就可以忽略阻力。这正是物理学中一种非常重要的思想和方法，那就是往往抓住问题的主要因素，忽略问题的次要因素。因此，钢球的运动可以看成自由落体运动，而纸片的运动就不能看成自由落体运动。总结得到自由落体运动的近似条件：F阻﹤﹤mg。（3）理解：①理想化的物理模型②近似条件：空气阻力作用远远小于重力（4）举例说明：树上果实、衣物水滴等的自由下落（三）研究性质 这种运动在现实生活中相当普遍，那么自由落体运动究竟是一种什么性质的运动？遵循什么样的规律？我们以钢球为研究对象，下面来做实验1.定性观察让钢球由静止开始下落，从运动的角度观察，学生找有哪些特点？学生很容易得到：直线运动，初速为零，加速等结论。「引导」是否是匀加速直线运动呢？定性观察无法回答这个问题，需要重新设计实验方案定量来研究。学生设计了许多方案并展示：用Δs=aT2判断，用s=at2/2研究，用v=at研究等等。「引导」由于时间关系，我们将利用自由落体实验仪（天津科教仪器厂生产）来研究速度v与时间t的关系。2.定量探究（1）装置与原理介绍：自由落体实验仪介绍，v、t怎样测量？问题一：如何测定运动时间，使用什么测量工具？将计时器的选择开关扳到“同步”，让电磁吸球器断电，同时钢球开始下落计时器同步计时，到钢球通过研究位置处的光电门计时结束，这样得到运动时间t，从计时器的显示屏上读出数据，可以读到1/1000s。问题二：如何测量某位置的瞬时速度？是不是使用了速度计？瞬时速度通过平均速度来解决，我们知道当物体通过一段很小位移所需要的时间很短，这段时间的平均速度就近似等于瞬时速度。实验中，把两个光电门用橡皮筋捆绑在一起，测得两个光孔的竖直距离l很小，只有22mm，将它们固定在竖直立柱的研究位置上，将计时器的选择开关扳到“光控”，当钢球下落通过第一个光电门计时器开始计时，到钢球通过第二个光电门计时结束，在计时器的显示屏上读出通过两个光电门的时间间隔Δt（通常只有几毫秒到十几毫秒）。应用公式v=l/Δt，可得某研究位置的瞬时速度v。实验过程中，一般要选择4个位置研究，这样就需要让小球下落8次。0         0.10..20.30.40.50.61         26 5 4 3 21t/sv/m·s-1（2）操作与数据记录：开始实验，请三名学生分工合作完成，一位调整仪器进行操作，一位读数，另一位将数据输入到电脑中数据表格内。下面的同学及时记录数据，并计算出四个位置的瞬时速度。数据表格：光电门1、2的距离l=22mm次数1234运动时间tn/s   通过光电门1、2的时间Δtn/ms    瞬时速度v/m·s-1    （3）数据处理与分析：为了节省时间和增强直观性，设计了多媒体课件，电脑可以计算四个位置的瞬时速度，并依次完成建立直角坐标系，描点与绘图。结论：速度图象是一条过原点的倾斜直线3.小结性质：初速为零的匀加速直线运动 4.物理学史：介绍伽利略的研究情况，早在300多年前，伽利略就仔细研究了这一问题，得到了相同的结论。课本中是以阅读材料的形式专门介绍了他的研究情况，希望同学们课后认真阅读这篇闪烁着智慧火花的材料，体会伽利略在研究过程中的“提出假说，数学推理，实验验证，合理外推”的科学思想方法，他的这些思想方法对近代物理学的发展产生了深刻的影响。5.运动规律：vt=ath=at2/2「过渡」在vt=ath=at2/2规律中，加速度a还不清楚，这是我们今天要研究的第三个问题。（四）研究加速度1.同一地点，不同物体下落的加速度是否相同？回到牛顿管实验，学生重温电脑模拟动画，通过观察分析得出：两物体下落的时间t相同，位移s也相同，由公式S=at2/2，可得出a相同的结论．「引导」在同一地点，一切物体在自由落体运动中的加速度都相同，物理上把这个加速度叫自由落体加速度，也叫重力加速度，用g表示．2.大小：「引导」加速度有大小，能否利用前面实验计算加速度呢？学生：能，由v---t图像可以计算加速度a。（1）计算：怎样由v---t图像得到加速度a的大小？由图象的斜率即g=⊿v/⊿t。展示多媒体课件，用鼠标拖动图线上的点，找两个时刻（比如0.1s和0.3s），读出对应的速度，代入公式计算得g≈9.8m/s2。「引导」实际上，前人们作了大量的研究和计算，得到了一些正确的数据，请学生看电脑大屏幕上的表格，从中你能发现什么，不同地点物体的g值都相同吗？有何规律？（2）学生阅读屏幕上的表格，发现归纳：不同的地理位置，重力加速度大小不同，纬度越高，g值越大。教师通过大屏幕投影来说明重力加速度的大小随位置的变化规律．指出一般计算时取g=9.8m/s2，粗略计算中常取g=10m/s2．3.方向：重力加速度是矢量，它的方向总是竖直向下的，与重力方向相同。（五）总结规律「引导」看来，自由落体运动的加速度也是特定已知的，那么，自由落体运动的公式可以准确地书写为什么形式？将公式改写为：vt=gt，s=gt2/2。（六）应用「引导」探究得到了自由落体运动的性质和规律，最后来解决开始上课留下的疑问。先观看尺子下落的电脑模拟动画。提出三个问题：（1）尺子做什么运动？（2）什么是反应时间？解决（3）怎样通过位移得到反应时间的呢？1.解答：长尺做自由落体运动，记录下落位移h，根据自由落体运动规律:代入已知的g值和h值来计算反应时间:（请计算引入时提供的数据对应的时间）2.拓展：由反应时间的计算式子可以知道，t与s一一对应，如果直接从尺子上面某位置标上对应的时间，这样就制成了反应时间测定尺。 展示尺子的背面，让学生观察到刻度和数值。追问学生：为什么刻度分布不均匀？再次想到位移公式s=gt2/2（位移s与时间t不成正比）。米尺在我们手中还有如此神奇的功能，原来是掌握了自由落体运动的规律，不禁想起英国人培根的名言----知识就是力量。（七）小结这节课，我们有哪些收获，学习了哪些知识？自由落体运动性质和规律定义和条件  【课外作业】1.请利用自由落体实验仪设计一个实验：探究自由落体运动的位移与时间的规律。2.研究性学习：课外实验------滴水法测重力加速度，并结合现有知识以“测量重力加速度的不同方法”为题，写一篇科技小论文。利用水滴可以测出重力加速度g,其做法是：调节水龙头，让水滴一滴一滴地流出。在水龙头的正下方放一盘子，使水滴落到盘子上，可以清晰的听到水滴碰到盘子的响声。细心调节阀门，使第一个水滴碰到盘子的瞬间，第2个水滴正好从阀门处开始下落，这时水滴经过的时间，就正好等于相继滴下的两个水滴之间的时间间隔。数出在30s内滴下水滴的数目或者测出下落50个水滴经过的时间t，即可以计算水滴下落的时间T，用米尺量出水滴下落的距离h，将h、T代入h=gt2/2中，就可以计算出g。将测出的数据填入下列表格中；实验次数h（cm）T（s）g（m/s2）g（m/s2）1    2  3  3.请谈谈你对亚里士多德和伽利略的看法。