§2.1探究自由落体运动【学习目标】1、知识目标：（1）认识自由落体运动，知道影响物体下落快慢的因素，理解自由落体运动是在理想条件下的运动。（2）能用打点计时器或其它仪器得到相关的运动轨迹并能自主分析。2、能力目标：（1）培养观察能力和逻辑推理能力；（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）通过对落体运动的实验探究，初步学习使用控制变量法。3、情感目标：积极参与课堂活动，设疑、解疑、探求规律，做到师生默契配合、情理交融，积极探求知识的过程中，达到最佳的学习心理状态。【学习重点】1、教会学生利用实验进行探索研究的本领。2、物体下落的快慢与物体所受重力的大小无关。【知识要点】探究自由落体运动一、实验结果：1．重的物体下落快2．轻重相同的物体下落不一样快3．轻重不同的物体下落一样快二、影响物体下落快慢的因素空气阻力的作用三、自由落体运动的定义仅在重力的作用下，从静止开始下落的运动【典型例题】一个自由落体落至地面前最后一秒钟内通过的路程是全程的一半，求它落到地面所需的时间。解析：物体做匀变速直线运动，第n秒通过的路程为sN，n秒内通过的路程为sn，则物体在n-1秒内通过的路程为sn-1，则5
根据题意，得【规律总结】要知道自由落体运动的条件；知道自由落体运动就是初速度为零的匀变速直线运动，推出运动规律的三个公式，要求与以前学过的知识联系起来，灵活地运用。【当堂反馈】1．1591年，伽利略和他的两个学生带着两个不同质量的铅球（一个是另一个重量的10倍）登上了高为54.5米的比萨斜塔的顶部，如图2—5—1所示，自由释放这两个小球，结果两个球在同一瞬间砸向地面，伽利略这个实验意在说明：轻、重物体下落的_________一样（填“速度”或“加速度”）。2．伽利略对自由落体运动的研究，是科学实验和逻辑思维的完美结合，如图2—5—2所示，可大致表示其实验和思维的过程，对这一过程的分析，下列说法正确的是（）图2—5—1图2—5—2丁甲乙丙A．其中的甲图是实验现象，丁图是经过合理的外推得到的结论B．其中的丁图是实验现象，甲图是经过合理的外推得到的结论C．运用甲图的实验，可“冲淡”重力的作用，使实验现象更明显D．运用丁图的实验，可“放大”重力的作用，使实验现象更明显3．伽利略以前的学者认为：物体越重，下落得越快,伽利略等一些物理学家否定了这种看法图2—5—3（1）如图2—5—3所示：在一玻璃管中放中放一片羽毛和一个玻璃球，迅速导致玻璃管，可以看到，玻璃球先于羽毛达到底端，这主要是因为（）A．它们的重量不同B．它们的密度不同C．它们的材料不同5
D．它们受到的空气阻力不同（2）在一高塔顶端释放大小相同的实心铁球和实心铅球，与此有关的下列说法中，正确的是（）①它们受到的空气阻力不同②它们的加速度相同③它们落地的速度不同④它们下落的时间相同A．①③B．②④C．②D．③4．伽利略对运动的研究，不仅确立了许多用于描述运动的基本概念，而且创立了一套对近代科学的发展极为有益的科学方法，或者说给出了科学研究过程的基本要素，这些要素包含了以下几个环节：①对现象的一般观察；②________________；③运动逻辑得出结论；④________________;⑤对假设进行修正的推广；5．请将图2—5—4中三位科学的姓名按历史年代先后顺序排列：________、________、__________。通过查阅资料，简要写出他们在物理学上的主要贡献各一项：____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________图2—5—4牛顿伽利略爱因斯坦6．甲、乙两物体做自由落体运动，已知甲物体重是乙物体重的2倍，而甲距地面的高度是乙距地面高度的一半，下列说法正确的是()A．甲物体的加速度是乙物体加速度的2倍B．甲物体着地的速度是乙物体着地的速度的1/2C．甲物体下落的时间是乙物体下落的时间的/2D．甲、乙两物体的末速度相同ADC图2—5—57．有一种傻瓜相机的曝光时间（快门打开到关闭的时间）是固定不变的，为了估测相机的曝光时间，有位同学提出了下述实验方案：他从墙面上A点的正下方与A相距H=1.5m处，使一个小石子自由落下，在小石子下落通过A点后，立即按动快门，对小石子照相，得到如图2-5-5所示的照片，由于石子的运动，它在照片上留下一条模糊的痕迹CD。已知每块砖的平均厚度是6cm，已知当地的重力加速度g=10m/s2。请从上述信息和照片上选取估算相机曝光时间必要的理量。用符号表示，如H等，推出计算曝光时间的关系式，并估算出这个相机的曝光时间，（要求取一位有效数字）5
8．原地起跳时，先屈腿下蹲，然后突然蹬地。从开始蹬地到离地是加速过程（视为匀加速）加速过程中重心上升的距离称为“加速距离”。离地后重心继续上升，（此过程运动特征视为自由落体运动的逆过程）在此过程中重心上升的最大距离称为“竖直高度”。现有下列数据：人原地上跳的“加速距离”，“竖直高度”；跳蚤原地上跳的“加速距离”，“竖直高度”。假想人具有与跳蚤相等的起跳加速度，而“加速距离”仍为0.50m，则人上跳的“竖直高度”是多少？【参考答案】1.速度;2.AC;3.(1)D;(2)B;4.提出假设;通过实验对结论进行检验5.伽利略；牛顿；爱因斯坦；伽利略：建立了落体理论；牛顿：发现了万有引力；爱因斯坦：创立了相对论6.C7.0.02s8.用a表示跳蚤起跳的加速度，v表示离地时的速度，则对加速过程和离地后上升过程分别有v2=2ad2、v2=2gh2，若假想人具有和跳蚤相同的加速度a,令V表示在这种假想下人离地时的速度,H表示与此相应的竖直高度,则对加速过程和离地后上升过程分别有V2=2ad1、V2=2gH，由以上各式可得H=h2d1/d2，代人数值得:H=63m【反思】收获疑问【阅读资料】亚里士多德为什么在物理问题中总是出错──评述亚里士多德的功与过 物理教科书上，亚里士多德给同学们的形象不好。他老是出错，请同学们讲一讲，他有哪些错误的结论。 “物体下落的快慢是由它的重量决定的，物体越重，下落得越快”、“力是维持物体运动的原因，用力推车，车才前进，停止用力，车子就要停下来”。5
是否觉得亚里士多德实在太不高明，而伽利略则比他伟大千倍。其实这种看法过于偏激，事实上，亚里士多德是古代的一位伟大思想家，一位百科全书式的大学问家，他有着成就事业的理性方法，又有着几乎无所不及的思想成果，是古代科学思想的伟大代表，不仅在哲学、逻辑学方面的成就至今还被应用着，而且对物理学的前期发展是有贡献的。 ①亚里士多德认为，物体永远在运动变化，“运动是永恒的，不能在一个时候曾经存在，在另一个时候不存在”这种运动永恒的观点具有唯物主义思想，包含辩证法的因素，至今仍是积极而有价值的。 亚里士多德提出的“自然运动”与“非自然运动”的理论。其中含有静止惯性的思想，在遥远的公元前，已是难能可贵的了。 ②亚里士多德认为地上的物质由土、水、气、火这四种“基本元素”组成；企图从物质本身来说明自然，把科学从宗教与神话中解放出来，这一精神是有进步意义，这是人类幼年时代的思想精粹。 ③亚里士多德主张大地是球形的，并列出了一些事实来证明。他说，当月蚀的时候，其显明的部份恰带有球形的形状……月蚀的成因乃是由于地球遮蔽月球之故，因而这就是说，地球表面的球形确定了月球的轮廓：认识到大地是球形，是一个重大的认识飞跃，为后来引力理论的建立作了思想准备。 这样一位伟大的学者为什么在物理问题上经常出错？亚里士多德的错误不在于头脑也不全在于时代，而在于研究方法。亚里士多德对物理的研究是采用“观察加直觉”的方法，他的那些错误结论是靠观察，并依赖直接推理，得出一系列直觉结论。固然，观察与直觉对物理研究是至关重要的。详细的观察和良好的直觉往往导致伟大的发现。然而物理学是一门以实验为基础的学科，所以根据直接观察所得出的直觉结论不是都可靠，有时会将人们引入歧途。如果说伽利略比亚里士多德伟大，就在于伽利略是第一位创造通过实验检验理论推导的科学研究方法的科学家。5
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