自由落体运动教案

发布时间：2020-03-02 12:52:24 来源：范文大全收藏本文下载本文手机版

自由落体运动教案

1、教学目标：

1、知识与技能目标：

（1）知道什么是自由落体运动，什么是自由落体加速度，它的方向和大小（2）掌握自由落体运动速度、位移随时间变化的规律（3）运用自由落体运动规律解决实际问题

2、过程与方法目标：

（1）大胆猜想，小心验证，探究落体运动的影响因素（2）分析探究自由落体运动的规律和特点

3、情感态度与价值观目标：

（1）体会伽利略研究自由落体运动的科学思维方法，学习探索精神（2）发展学生对科学探究的兴趣

2、教学重点：

实验探究自由落体运动的规律。

3、教学难点：

运用理想化方法，突出主要因素，忽略次要因素，抽象出理想条件下的物理模型——自由落体运动。

4、媒体应用：ppt，flash动画

5、教学过程：【引入】

师：在生活中大家有注意观察过落体运动吗？从生活经验出发，假设有一个苹果和一片叶子同时从同一个枝头下落，他们的下落情况会有什么区别呢？

预测

学生对物体下落的认识可能有以下几种：

1、苹果下落的快，树叶下落得慢

2、苹果下落的时候是竖直下落，叶子会飘飘飘的。 „„

师：大家观察得都很仔细，那么大家能不能根据刚才的例子，猜测一下是什么因素影响了物体的下落速度呢？

预测学生分析的可能原因：

1、物体的面积

2、物体的质量

3、物体的体积

4、物体的密度 „„

师：大家说了很多因素，首先我们可以将它们归结成两个力。首先从我们的生活经验知道物体的面积越大，它受到的空气阻力越大，体积也相似的。再看看物体的质量，它和什么力有关呢？

生：物体所受重力。师：当物体的体积相同的时候，密度越大，质量越大，那么所受到的重力也越大。那么物体所受到的重力以及空气阻力对物体的下落是否有关系呢？接下来，大家试着设计一个实验，验证重力、空气阻力和下落快慢之间是否存在关系？这里老师提供几个实验器材，一本本子，我们还可以从本子中得到等大的纸张诺干，两个质量不同，但体积相同的球

预测学生的可能实验方案：

1、用两张等大的纸，一张揉成纸团，一张不变，让它们从同一高度，一起下落。（用观察到的现象说明下落快慢和重力无关，空气阻力阻碍物体向下运动）

2、用质量不同，但体积相同的球，从同一高度，一起下落；对比两张等面积，但厚度不同的纸片，从同一高度一起下落。（比较空气阻力比较大和空气阻力比较小时质量对物体下落情况是否有影响）

„„

师：从实验中，大家可以得到什么样的结论呢？预测学生对现象思考后得到的答案：

1、空气阻力对物体的下落时有影响的

2、当受到空气阻力时，物体的下落情况还和物体重力有关系

3、当空气阻力和小时，物体的下落情况似乎和重力无关 „„

师：从大家的讨论，我们可以发现，空气阻力对物体下落的确有影响，而且较为复杂，在我们的日常生活中，许多物体的重力都比空气阻力要大得多，可以忽略不计。今天我们就来研究这种能够不计空气阻力情况下，物体的下落——自由落体运动。【新课教学】

(1)什么是自由落体运动：师：其实所谓的自由落体运动就是：忽略其他因素，物体只在重力作用下，从静止开始下落的运动。从定义中大家能不能发现物体做自由落体运动的条件呢？

生：只在重力作用下，从静止开始下落。

师：很好，但有的同学问，老师那我们的生活中物体下落一定会受到空气阻力啊，那不是没有空气阻力了？其实不然，并不是没有空气阻力，而是忽略空气阻力，将这种运动看成是一个理想化模型，就像我们前面学到的质点，它是不存在的，但是为了研究，我们引入这么一个模型。这里所说的其他因素包括空气阻力，以后要学习的电场、磁场等等。所以只要生活中物体下落所受的空气阻力很小，远小于它的重力，那么我们就可以把它看成自由落体运动。一起来判断几个例子，看看能不能将它们看成自由落体运动呢？

1、成熟的苹果从高处下落（是）

2、从房檐上滴下的水（是）

3、跳伞运动员跳伞 (不是) 师：了解了自由落体的定义，我想让大家思考一个问题：在物体做自由落体的情况下，轻的物体和重的物体下落情况是否相同呢？

预测部分学生认为相同，部分学生认为不同

教师通过牛顿管演示实验来验证在没有空气情况下，物体的下落情况是一样的。

【演示1】在牛顿管中放入一些形状和重力均不相同的小物体，如羽毛、纸片、纸团、橡皮等，按如下步骤演示：

1、保留牛顿管中的空气，将牛顿管倒立，观察物体下落情况

2、抽去牛顿管中的部分空气，将牛顿管倒立，观察物体下落情况

3、继续抽去牛顿管中空气，将牛顿管倒立，观察物体下落情况师：从该实验中，大家看到了什么现象，能得到什么结论？预测学生可能观察的现象和得到的可能结论：

1、牛顿管中的空气越少，物体下落速度越接近

2、如果没有空气阻力，轻重物体下落情况可能相同

师：所以物体做自由落体，那么无论轻还是重，它们的下落情况应该是相同的。但是在遥远的古希腊，哲人亚里士多德却认为物体下落的速度与物体受到的重力大小成正比，也就是重物比轻物先落地。而且这个观点统治了人们两千多年之久，直到16世纪，伽利略却提出了不同的观点，他用比萨斜塔的实验推翻了亚里士多德的观点，光是实验当然不够，还要有理论的支持：他做了一个巧妙的假设，按亚里士多德的观点，两个物体mA＞mB分别由同一高度下落，重的物体比轻的物体下落的快，如果我们把两物体捆在一起仍从同一高度下落情况会是怎样呢？

从整体上分析：当把两个物体捆在一起时mC=mA＋mB，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。

如果从局部分析：A物体下落的快，受到一个下落得慢的物体B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A、B两物体之间即vA＞vC＞vB。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。为了验证自己的想法，伽利略做了一个很著名的实验——比萨斜塔实验，将一大一小两个物体同时从塔上放手，结果发现它们几乎同时着地。

所以实验和理论都验证了，物体做自由落体运动时，下落快慢和物体的重力无关。

（2）自由落体运动规律探究：师：接下来我们进一步了解自由落体运动，那么它的运动有什么规律呢？通过观察不难发现，自由落体运动是加速直线运动，而且初速度是零。联系这章的知识，大家很容易提出一个猜想，自由落体运动是不是一个匀加速直线运动呢？我们要如何验证物体做得是自由落体运动呢？

生：相临相等时间内的位移差是一个定值。师：那要如何用实验来验证呢？预测学生设计实验的可能方法：

1、打点计时器来测量加速度

2、运用频闪照片来研究 „„

师：大家分析一下这几种办法，首先要肯定，它们在理论上时可以的，但是，如果我们测量的是一个纸球做自由落体运动，我们还可以用打点计时器测加速度吗？

预测部分学生认为可以，部分学生认为不可以

师：如果重力很小，这时候纸带和打点计时器间的摩擦力就不能忽略不计了，那么我们就不能把这个过程看成自由落体运动了，所以我们用打点计时器测加速度时一定要选质量大一些的物体，但摩擦力造成的误差不可避免。

接下来大家一起来看一个动画，这是一个频闪照片的模拟„„我们将得到的频闪照片移到ppt上，我们一起来分析一下数据，我们发现间隔相同时间，物体的位移差是相同的，这是什么运动的特点啊？

生：匀加速直线运动

师：所以我们就可以验证出物体所做的是匀加速直线运动。很好，那加速度是多少呢？我们可以运用上节课的纸带法来计算一下加速度a。大家动手算一下，加速度时多少啊？

生：约等于9.8m/s2

师：通过大家的实验结论，我们可以确定自由落体运动时一种匀加速直线运动。它的加速度大小为9.8m/s。当物体自由下落时的加速度，是来自地球和物体之间的万有引力，称为重力加速度，用符号g表示，即a=g, g的取值通常是9.8m/s2，粗略计算时可取10m/s2，它的方向总是竖直向下的。

我们来看一下书本47页的信息窗，看看g是如何变化的呢？它和纬度间有什么关系吗？（引导学生发现规律）

我们总结一下g的变化规律：自由落体加速度随纬度的变化而变化，但变化量很小，纬度越高，重力加速度越大，纬度越低，重力加速度越小。补充一个，重力加速度还会随着高度的变化而变化，高度越大，重力加速度越小。

这是有现代化武器的时候，我们可以用打点计时器，用频闪照片，那如果没有这么东西，回到伽利略时代，连秒表都没有，我要如何证明自由落体运动是匀

2加速直线运动呢？

预测学生如果没有看书，基本不会想到

师：首先伽利略根据比萨斜塔的实验，大胆提出猜想，他认为自由落体运动是最简单的变速运动，即匀加速直线运动。接着他从数学推理出发，根据加速度为零的位移公式，推导出明比值

s1a，他就想，如果可以测出位移和时间，并且证t22s为恒量，那就说明加速度a也是恒量，就可以说明自由落体运动确实t2是匀加速直线运动了。

但是，伽利略遇到了一个很大的困难——因为物体下落的速度非常快，在当时的年代要精确测量出物体下落的时间和位移是非常困难的。因此他就想了一个巧妙的方法，来“冲淡重力”。这一张图片展示了当时伽利略做实验的情景。他把直的变成斜的。这是一个打磨得非常光滑的斜面，让一个铜球从上面滚下来，那么所用的时间较之竖直下落就小了许多，当时人们用滴水法来测量时间。在斜槽的末端固定一个能够装水的玻璃圆桶，圆桶的直径恰好和小球的直径相同。当小球开始下滑的时候水就开始滴了，当小球刚好到达斜面的底部把管口遮住的时候，水就不滴了。人们就可以通过管中的水量来判断下滑的时间。通过这样一个时间，他就发现如果不断改变沿斜面下滑距离，比值断，小球在斜面上的运动是匀加速直线运动。

接着他让斜面的倾角增大一点，继续实验，发现

s比值还是保持不变，于t2s比值还2ts为恒量，由此就可以判t2是又再增大一点进行实验，结果还是一样的。于是，伽利略就进行了大胆的外推：如果把斜面的倾角增加到90度，也就是让小球做自由落体运动，那么是保持不变。所以，伽利略间接地证明了自由落体是匀变速运动。是不是很巧妙呢？这种方法是值得大家学习的一种科学方法。

（3）自由落体运动计算公式师：自由落体运动也是匀加速直线运动中的一种，所以应该也适用于前面学过的匀加速直线运动的公式吧。大家先回顾一下，匀加速直线运动末速度如何求解的啊？

生：vtv0at

师：那在自由落体运动中，除速度是零，v00，带入，那么末速度应该是vtatgt。那位移公式呢？匀加速直线运动的位移公式什么？

生：sv0t12at 2gt2师：我们一样将v00带入，自由落体运动的位移公式变成了h

2师：公式掌握了，我们还要学会运用，大家动手试试，做一下这道例题：例题

1、1991年5月15日《北京晚报》，报道了一位青年奋勇接住从15层高窗口跌出的孩子的动人事迹。设每层楼的高度是2.8m,这位青年从他所在的地方冲到楼下需要的时间是1.3S，请你估算一下他要接住孩子，至少允许他有多长的反应时间。

参考解答：小孩下落的高度h=15×2.8m=42m，根据t2h,可以算出下落g的时间为2.9s，则至多允许他的反应时间为2.9s─1.3s=1.6s

师：1.6秒的反应时间到底是长还是短，我们自己的反应时间是多少，大家想不想知道啊？进入我们今天的活学活用。【活学活用】

【测量反映时间】一个同学捏住尺子顶端，另一个同学伸出两个手指在尺子的零刻度处做好捏住尺子的准备，但手指不能碰到尺子，随机放开尺子，另一个同学立即去捏，看捏到的刻度数是多少。（实验前先讲解反应时间的概念）

（1）根据自由落体运动的知识测出自己的反应时间。【板书】第三章第三节自由落体运动

* 影响物体下落快慢的因素：空气阻力、物体的质量„„

1、定义：物体不受其他因素影响，只在重力作用下从静止开始下落的运动称为自由落体运动。