自由落体运动 安徽省休宁中学 余国勇
《自由落体运动》选自人教版(物理)第二章第五节
【教学目标】
一、知识与技能：
1.知道什么是自由落体运动； 2.理解自由落体运动的条件和性质； 2.掌握自由落体运动加速度的方向和大小；
3.掌握自由落体运动的规律；并能运用自由落体运动的规律解决简单的实际问题
二、过程与方法：
1.培养学生观察能力、逻辑推理能力、实验设计能力； 2.培养学生利用物理语言归纳物理规律的能力； 3.培养学生科学处理实验数据的能力
三、情感态度与价值观：
渗透物理科学研究的思想方法，并通过本节课的学习培养学生关注生活与物理的意识。 【教学重点】
自由落体运动的概念、性质、规律及重力加速度 【教学难点】
1.对物体下落快慢与物体轻重无关的理解
2.如何判断自由落体的运动性质为匀加速直线运动并进行实验验证。 【课前准备】
PPT课件、纸币、硬币、纸片、牛顿管、铁架台、重物、打点计时器、纸带、直尺 【课时安排】
1课时 【教学过程】
一、自由落体运动
1：引课：演示实验1：夹纸币实验(吸引学生注意力，激发学习兴趣) 师：为什么我们的同学夹不住这张纸币呢？学完今天这节课以后。你就会明白其中的奥秘。 2：探究物体下落的快慢：
师：刚才的纸币我放手后为什么会下落? 生：物体受到重力的作用 师：为什么夹不住纸币呢？
师生：跟物体下落的快慢和人的反应时间有关！
师：接下来我们通过比较法先来研究一下物体下落的快慢。 演示实验2（硬币与纸片同一高度、同时下落现象的演示） 师：哪个物体下落的快？（硬币) 师：为什么？
某些同学回答：硬币比较重！
师：同学们思考一下：是不是重的物体一定下落的快？如果你认为不是，能不能利用身边的东西设计一个实验来当场说明一下？ 生：演示实验3（纸团与纸片下落现象的演示）注：纸片质量大于纸团（纸团快） 分析引导： 师：通过上述实验表明物体下落的快慢与轻重无关，我们那究竟是什么因素影响了物体下落的快慢呢？
生：因为有空气阻力存在使现象变得复杂。
师：通过刚才的实验我们也看出空气阻力和物体的形状、特别是表面积有关。
师：提问：如果没有空气阻力，只在重力作用下轻重不同的物体同时下落快慢如何？同学们大胆的猜想一下？
师：什么地方没有空气阻力呢？老师这里有一个玻璃管，它有一个很牛的名字叫牛顿管。这个牛顿管里面有一个羽毛和金属片，所以也叫毛钱管。 师：演示实验6“牛顿管”实验，
牛顿管实验结论：形状和质量不同的羽毛硬币等物体在没有空气阻力的情况下，下落的快慢几乎是相同的。并比较一下牛顿管放入空气后的实验现象，
师：50多年前在美国有一个中学生叫大卫.斯科特也看过“牛顿管”实验，后来他成了一名宇航员于1971随阿波罗15号年登上了月球。月球的表面没有空气，在月球上他情不自禁的做了一个类似牛顿管的实验，老师找到了这段珍贵的视频。下面我们一起来看一下 （播放视频）
师总结：在完全没有空气阻力的情况下任何物体下落的快慢是相同的，运动的规律完全一致。我们把这种特殊的运动叫做自由落体运动 定义：物体在只受重力作用下从静止开始下落的运动 提问：从定义上看物体做自由落体运动的条件是什么？
师：自由落体运动其实是一种理想化的运动。实际研究当中我们应该抓住主要因素、忽略次要因素。所以当空气阻力对物体下落的影响很小，可以忽略不计。则物体从静止开始下落的运动也可看做是自由落体运动。
二、自由落体运动的性质
师：自由落体运动是一种什么性质的运动呢？通过之前所学的知识同学们推测一下： 生：初速度为0的加速直线运动，至于是否是匀加速有待验证？
师：如何证明自由落体运动是否是匀加速直线运动呢？那就要通过实验进行具体分析，但是自由落体运动这么快，通过什么实验器材可以留住或者是记录物体的运动呢？ 生：通过打点计时器和纸带可记录自由落体运动。
师：打点计时器、纸带、重物我都有，接下来怎么操作呢？我们一起来说说看
生：先把打点计时器固定在铁架台上，然后让纸带穿过打点计时器，下端系着重物，用手捏着纸带，让纸带处于竖直状态，这时启动打点计时器，松手以后重物自由落体运动，计时器在纸带上留下了一串小点，
师：拿到纸带以后同学们观察一下纸带上的点迹，看看能发现什么规律和特点？（黑板上画纸带图）
生：间隔越来越多，说明物体在做加速运动；这串小点成一条直线，说明自由落体运动是直线运动；开始打的点很模糊而且很密集。难以区分。
师：通过这样的纸带如何验证自由落体是否是匀加速直线运动呢？下面给同学们2分钟的时间来分组讨论。两个同学一组。
学生讨论得出：先求出每点的速度。看看速度是否是均匀变化。可用V-t图像。 师：很好。不过求速度和画图像有点麻烦。有没有更好的办法。最好能直接利用点与点之间的距离来比较分析: 生：可通过xaT进行验证,多测几组看x是否是一个定值。 师：给大家几分钟的时间来分析： 结果：学生的测量结果误差会很大
师：x不相等。那现在我们能不能下结论？现在下结论未免有点草率。
师：因为任何实验都有误差。当然这个实验也有（纸带通过打点计时器受阻力、重物受空气阻力等）。要下结论应该要建立在各种实验的基础之上。 下面我通过动画给大家介绍一种更先进的仪器。（频闪照相机） 出示书本上的“频闪照片”。
师：大家通过xaT再来分析频闪照片。（2分钟）
这个实验有没有误差？当然也有。不过误差应该小很多。老师还有一种更好的办法。 教师演示：证明s/t2是一个定值。或画出s/t2的图像。借助于excel软件的帮助。 师总结：这样看来在误差允许的范围内，自由落体运动应该是一个匀加速直线运动。 师：那我们之前打的这条纸带确实是通过真实实验得出来的啊。同学们回头想想，刚才大家在处理纸带数据的时候有没有遇到什么困难？
师：我们打点计时器打的点本身就接近1mm。这样给我们估读0.1mm造成了很大的困难。即使读出来也没有实际的意义（误差很大）。所以今天纸带上距离的测量我们只要求读出整的毫米数即可。书本上的频闪照片也是读到整的毫米数的。同学们再重新处理一下。（x
1、x
2、等只需读出整的毫米数） 学生：得出的x约恒等于4mm。
经过上述实验我们可以得出自由落体运动的性质是： 性质：初速度为0的匀加速直线运动。
师;通过xaT我们还可以算出自由落体运动的加速度，同学们算一算？ 生：g=10m/s
三、自由落体加速度g 1.概念：同一地点物体下落的加速度相同。这个加速度叫自由落体加速度，也叫重力加速度。
师：通过上面的说法，不同地方的加速度一样吗?(参考书本给出的数据）
2．重力加速度的大小：让学生看书并了解一些地区的重力加速度的数值。并让学生分析数据得出规律
规律：g值基本处在9.8左右，并随着纬度的增加而增大 师：以后g值通常取9.8m/s3．重力加速度的方向
提问：知道了重力加速度的大小，我们思考一下重力加速度的方向朝哪呢？ 生：竖直向下
四、自由落体运动的规律
2 2222粗略计算中取g=10m/s
2师：同学们们可以猜想一下，为什么g值会随着纬度的增大而增大呢？（让学生课后了解） 师：现在我们已经知道了自由落体运动的初速度为0。加速度为g。下落高度用h来表示。那么根据之前学习的匀加速运动的公式同学们可推导出自由落体运动的公式：
，，
五、自由落体运动的应用（做一做）
1.测量人的反应时间：请一位同学用两个手指捏住直尺顶端，你用一只手在直尺下部零刻度线做握住直尺的准备，但手的任何部位都不要碰到直尺。当看到那位同学放开手时，你立即握住直尺，测出直尺降落的高度，根据自由落体运动的知识,就可算出的反应时间。同时解释引课时演示实验1.并向学生介绍可用此实验告诉自己的家人和亲戚，切勿酒后开车。
六、本课小结（板书设计） 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。
2．运动性质：初速度为零的加速度为g的匀加速直线运动。
3．自由落体加速度
（1）方向：竖直向下
（2）大小：通常取g=9．8m/s，有时g=10m/s。 4.自由落体运动规律
七、例题（待讲内容）
22例
从离地500m的空中自由落下一个小球，不计空气阻力，取g=10m/s2，求: (1)经过多少时间落到地面；； (2)下落到地面时的速度多大； （3）最后一秒的位移。
八、作业布置： 九：教学反思：
