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5自由落体(教案)教学目标1、知识目标：学习自由落体运动、理解自由落体加速度，掌握自由落体运动的规律。2、能力目标：培养学生在实验探索中进行研究性学习，体验学生间的交流合作。3、情感目标：让学生受到见义勇为的思想教育和集体观念教育。教学重点理解不同物体做自由落体运动的加速度都相同。教学难点从实验中得出自由落体运动的特点及其运动性质。教学方式 讲解、演示、师生互动、对比归纳。教学仪器 金属片，纸片；牛顿管，抽气机；重物，直尺。教学过程一、复习提问 前面我们学习了变速直线运动以及它的运动规律。下面我们一齐来回顾匀变速直线运动的有关知识。问题一：初速度为零的匀加速直线运动的物体，在连续相等时间T内的位移之比?s1:s2:s3:=1:3:5问题二：在匀变速直线运动中，某一段时间内中间时刻的即时速度如何表示?教师在课前需要设计制作好“测反应时间尺”（在一约50cm长的尺有刻度的一面标上自由下落对应长度所用的时间）游戏师：一般情况下，刻度尺是用来测量什么物理量的？生：测量物体长度的！师：大家看到我手里的这把尺子了没有？我这把尺子跟普通尺子是不一样，有特殊的功能，它可以测量出你的反应时间。不信？我请几位同学上来试试。找几名同学上来做这个实验。可通过比比谁的反应时间短来调动学生的积极性。师：相信大家一定非常想知道这把尺为什么能测出人的反应时间呢？是根据什么原理呢？我可以告诉大家，尺子测时间的原理就是利用尺子下落过程中的运动特点制成的。而我们今天要研究的就是尺子下落这样的运动。师：像尺子下落这样的运动是一种常见的运动。挂在线上的重物，如果把线剪断，它就在重力的作用下，沿着竖直方向下落。从手中释放的石块，在重力的作用下也沿着竖直方向下落。师：不同的物体下落快慢是否一样呢？物体下落的快慢由哪些量决定？请大家结合日常生活经验回答问题。生：不同物体下落快慢应该是不一样的，下落快慢应该是由质量决定，质量大的下落快，质量小的下落快慢。师：这位同学回答得对不对呢？大家看我来做几个实验。演示实验1、将一张纸和一张金属片在同一高度同时释放，结果金属片先着地。教师不发表意见，继续做实验。分别将实验内容和实验结果板书在黑板上。2、将刚才的纸片紧紧捏成一团，再次与硬币同时释放，结果两者几乎同时落地。3、将两个完全一样的纸片，一个捏成团，一个平展，则纸团下落快。师：物体下落快慢是由质量决定吗？生：不是的！师：为什么这样说？生：第2个实验和第三实验都说明了这个问题，特别是第3个问题，质量一样却下落有快慢之分。师：那你现在觉得物体下落快慢由什么因素决定呢？生：我想应该是空气阻力。猜想师：如果影响物体下落快慢的因素是空气阻力，那么在没有空气阻力，物体的下落快慢应该是一样的，这种猜想是不是正确呢？我们来做一个实验验证一下。验证牛顿管实验：师：刚才的实验现象验证了我们的猜想，在没有空气阻力即物体只受重力的情况下，所有物体由静止下落的快慢是一样的。师： 1971年美国阿波罗15号宇航员在月球表面将锤子和羽毛同时释放，它们同时落在月球表面，这是通过电视转播过的。 引入课题 （画外音）本报讯 ： 5月9日下午，一位4岁小男孩从高层塔楼的15层坠下，被同楼住户在下边接住，幸免于难。 这天下午，家住六里屯4号楼15层的刘某出门去倒垃圾，一不留神装有撞锁的门“咣当”一声反锁上了，刘某未带钥匙开不开门，时间一长，屋里淘气的4岁小男孩急了，他走到阳台哭闹，随后骑坐在阳台上。此景被住在同楼一层的住户任志庆发现，未等说话，孩子已从高楼坠下。在这紧急时刻，任志庆毫不犹豫地冲上前去用双臂去接。在巨大的冲力下，孩子被接住后又坠落在地。后送儿童医院检查，小男孩左大腿骨折和轻微脑震荡，现以脱离危险。任志庆眼睛负伤，鼻梁骨被砸碎，一只胳膊骨折。多么惊险的一幕，任志庆这种舍己救人的精神确实值得大家学习，如果4岁小男孩是从半米高的位置落到大人手中，小男孩会毫发无损，而从15层楼高的位置落下来后，为什么造成如此严重的后果？任志庆从观察到动手接住小男孩，允许他反应的时间到底有多少？ 生活中有许多这种落体现象。为了研究问题的方便，我们今天只研究最简单、最理想的落体运动自由落体运动。5自由落体新课教学提问：大家看见过落体运动吗？树叶的下落；雨滴、雪花的下落；蹦极时，人的下落；工地上，从高处落下的砖头和瓦片；等等。提问：你们仔细观察过落体运动吗？演示实验：小石头和羽毛的下落。实验现象：小石头下落的比羽毛快。早在公元前4世纪，希腊哲学家亚里士多德通过观察大量物体下落的现象，归纳出：物体越重，下落得越快。提问：是不是重的物体一定比轻的物体下落得快呢？师：如果现在提供轻重不同的两个物体，你们认为，应该是重的物体下落快还是轻的物体下落快？能否用实验来证明你们的观点。提供的实验器材有：光盘、与光盘形状相同的纸片若干张 生：甲：演示 将光盘与纸片同时从等高处释放 现象 光盘下落快 结论 重的物体下落快 乙：演示： 将纸片揉成团，与光盘从等高处释放 现象： 纸片先落地 结论： 轻的物体下落快丙： 演示： 取两张纸片，将其中一张纸片揉成团，将它们从等高处同时下落现象： 纸团先落地结论： 并非重的物体下落快 师：为什么会产生这样的现象呢？ 生：可能是空气阻力的原因。 师：如果没有空气阻力，将会怎样呢？ 生：不同物体下落快慢一致。 师：现在我们一起来做实验，验证你们的猜想正确与否。演示： 牛顿管实验现象： 在真空环境中，铁片、羽毛同时落到管底；有空气进入时，铁片比羽毛先落到管底。实验表明：在没有空气阻力时，任何物体下落都一样快，与物体的重量无关。同学们可以通过实验研究这个问题， 请一位同学到前边来，介绍他设计的实验方案，动手做一做，其他同学注意观察思考。提问：你们看到了什么？这个现象又说明了什么？可见，重的物体不一定下落得快。显然也不是轻的物体下落得快。物体下落的快慢不是由它们的轻重决定的。提问：可是，在现实生活中我们观察到：物体确实下落得有快有慢。这是受什么因素的影响呢？1、演示实验一：这里有两块等大的硬纸片和薄纸片，让这两个物体在同一高度静止下落。问：我们刚刚看到什么现象？（看到硬纸片比薄纸片下落得快）。为什么铁块比纸片下落得块？（硬纸片重一些）其实早在两千多年前，希腊得哲学家亚里士多德就提出了“物体越重，下落得越快”的观点。2、演示实验二：把薄纸片团成小团，让这两个纸片在同一高度静止下落。问：我们刚刚看到什么现象？（看到纸团比纸片下落得快，轻的物体可以比重的物体下落的快）。让学生举出轻的的物体下落的快的例子。同时学生可以自己做不同物体下落快慢的实验。介绍亚里士多德和伽利略的两种不同的观点。提问：是什么原因使物体的下落运动如此的复杂？（空气的阻力）在刚才的实验里，纸片变成纸团，从受力分析的角度得出，空气阻力的影响小了，受空气阻力的影响。提问：如果没有空气阻力的影响，也就是在一个没有空气的空间里，物体下落的图景是什么样子呢？演示实验：牛顿管实验（1） 在没有空气的空间里，演示金属片与羽毛的下落。（2） 在有少部分空气的空间里，演示金属片与羽毛的下落。（3） 在有大量空气的空间里，演示金属片与羽毛的下落。实验现象：（1）管内没有空气时，金属片和羽毛下落的快慢相同。他们的运动情况是相同的。（2）管内有空气后，金属片和羽毛下落的快慢就不同了。管内没有空气时，物体只受重力，这种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。3、演示实验三：一个玻璃管，里面有块铁片、一块软木和一根羽毛。我们来比较这三个物体下落的快慢。（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度成竖直放置状态，让同学门观察三个物体的下落情况，重复该实验三次）在这个实验中，我们看到什么？（三个物体下落快慢相同）为什么这时侯的铁片和羽毛下落快慢相同呢？为什么刚才实验中铁块和羽毛下落快慢相同？（没有空气的阻力）原来刚才玻璃管里面是没有空气存在，铁块、软木和羽毛三个物体只在重力的作用下从静止下落，它们下落的快慢是相同的，与物体的重量无关。而较轻的羽毛在下落过程中受到空气阻力的影响很大，所以羽毛下落的慢一些。（我们研究一个复杂的问题，可以从最简单、最基本的情况入手，抓住主要因素，忽略次要因素，由浅及深地推入）3、定义自由落体运动：我们把物体只在重力作用下从静止开始下落的运动，叫自由落体运动。4、提出课题：我们这节课就研究自由落体运动。（板书：自由落体运动：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。）过渡：下面我们一起来研究自由落体运动的特点和规律。一、定义物体只在重力作用下从静止开始下落的运动，叫自由落体运动要注意理解“自由”这两个字：只受重力、初速度为零。这种运动只在没有空气的空间里才能发生。不过，在有空气的空间里，如果空气阻力的影响很小，物体的下落也可以近似看作自由落体运动。实际物体的下落运动，受空气阻力 ，如果空气阻力的影响是次要因素，忽略次要因素，忽略空气得阻力，抓住主要因素，认为物体只受重力作用,由静止下落，这样物体的下落也可以近似看作自由落体运动。这种忽略次要因素，抓住主要因素的处理方法是物理学上常用的处理方法，称之为理想化方法。提问：在刚才的演示实验中：小石块的下落可不可以看成是自由落体运动呢？羽毛的下落可不可以看成是自由落体运动呢？到此为止，我们对自由落体运动有了正确的认识：不同物体从同一高度做自由落体运动，它们的运动情况是相同的。可是，在历史上，从公元前4世纪的亚里士多德到16世纪末的伽利略，在漫长的时间里人们是在不断地认识落体运动 的。亚里士多德是古希腊的圣人，恩格斯称他是最博学的人。他的著作很多，对西方的哲学和自然科学的发展都有很大的影响。限于当时科技发展的水平，他在物理方面的论述，今天看来很多是不恰当的。但是，在两千年前他能够通过观察、归纳，形成自己的一套理论体系，已经很不简单了。我们应该正确评价他在科学发展史上的地位。接下来，我们继续研究自由落体运动。提问：自由落体运动是什么性质的运动呢？演示实验：小球的下落实验现象：（1）从静止开始运动（2）运动得越来越快（3）轨迹是直线我们不难得出：自由落体运动是初速度为零的加速直线运动。提问：是初速度为零的匀 加速直线运动吗？这个问题需要我们深入研究。我们可以通过实验研究这个问题。提问：在实验室里我们有那些可行方案呢？（1）用打点计时器测量物体运动的加速度（2）用频闪照片测量物体运动的加速度介绍频闪照相的原理。 频闪照相是每隔相等的时间暴光一次，每暴光一次就把这一时刻物体所在的位置记录下来，从而可以知道物体在相等的时间间隔内物体的位移。出示一张频闪照相的数据，让同学们分组进行处理，让每组的中心发言人总结出实验结论。Excel 计算g 统计x小结：自由落体运动是初速度为零的匀加速直线运动。 三、研究过程 1、猜想：下面我们一起来研究自由落体运动的特点和规律：我们通过前面的实验观察，可以猜想自由落体运动是一个什么运动？猜想：（观察可以看到初速度为零，速度增加，但是加速度如何？）2、验证方法设想：大家想一下，可以通过什么方法来证实我们的猜想是正确的？大家想一想还有其他什么方法能够把做物体自由落体运动的位置和相应的时刻记录下来？同学们可以回顾前面我们是用什么实验器材来研究匀变速直线运动的？（打点计时器和纸带）3、实验设计：现在实验室提供下列器材：打点计时器、交流电源、重物、纸带、直尺。请同学们利用这些器材设计实验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。（1）实验方案设计：研究重物自由下落的运动情况，按照右图所示的装置，用打点计时器来做实验。接通电源，松开纸带，让重物拖着纸带自由下落；纸带上打下一列小点，相应的表示重物在不同的时刻的位置。用这条打了点的纸带来研究重物自由下落的运动情况。（2）数据采集先来看怎样获得相关的数据（数据采集）、确定计数点（如下图所示）；、用尺量出相邻计数点之间的距离（记为S1、S2、S3S6），、计算两计数点的时间间隔t=0.02秒（3）数据处理证明自由落体运动是否为匀加速直线运动：方法一、利用做初速为零的匀加速直线运动的物体，在连续相等时间T内的位移之比：s1:s2:s3=1:3:5的结论。方法二、在匀变速直线运动中，某一段时间内的平均速度等于这段时间中间时刻的即时速度。利用Vt图象来分析研究自由落体运动。方法三、利用做匀变速直线运动的物体，在连续相等时间T内： s1= s2= aT2 的结论。（4）实验过程中应注意的问题：整个实验方案已经设计出来，在正式做实验之前，我们一起来考虑实验中应注意的哪一些问题。、安装实验仪器时应使打点计时器和纸带处于竖直平面内；、实验操作时，应先接通电源（交流6V），再让重物拉着纸带由静止下落；、确定计数点时，从第1点开始，选取适当的间隔，保证有6组相邻距离的数据。学生分组实验，测量计算并得出结论。四、研究结论 1、分析比较：求比值或者看Vt图像2、总结归纳，得出研究结论：总结归纳出自由落体运动有哪些特点和运动规律？1、 自由落体运动性质的探究师：自由落体运动是加速运动，但它是匀加速还是变加速呢？生：猜想师：同学们能否设计实验来验证自己的猜想吗？生：以小组为单位，先单独思考，后组内讨论再课上交流，汇报实验方案。 方案一：用光电计时器，测出小球自由落体时经过不同位置时的时间和位移，分析位移和时间的关系得到结论。（受到教材p44“做一做”启发设计而成）方案二：用打点计时器，分析纸带上各点的分布情况得到结论。师：这节课我们就用打点计时器来探究物体自由落体的性质。生：动手实验、测量并处理数据。 甲： x = 恒量 乙： x1 :x2 : x3 : x4 :x5 = 1 : 3 : 5 : 7 : 9丙： 得出结论：自由落体运动是匀加速直线运动师：提供另一种实验方案频闪照相，由于实验条件的限制，只通过课件了解有关频闪照相的原理及实验过程。3、自由落体加速度的探究师：根据刚才测得的实验数据我们能否计算出自由落体的加速度值。生：计算加速度大小并汇报计算结果。师：计算结果不难发现，在误差允许的范围内，计算值应该是相同的。师：你们认为自由落体的加速度跟哪些因素有关？组织学生阅读书本表格。二、性质是初速度为零的匀加速直线运动。提问：请同学们算一算，自由落体运动的加速度是多少？提出重力加速度的定义。三、自由落体加速度 （1）定义：在同一地点，一切物体在自由落体运动中的加速度都相同，这个加速度叫做自由落体加速度，也叫重力加速度，常用g表示。 （2）方向：竖直向下下面列出了地球上不同纬度的地方重力加速度的值。地 点 纬 度重力加速(ms-2)特 点 赤道 0 9.780 广州2306 9.788 武汉3033 9.794 上海3112 9.794 东京3543 9.798 北京3956 9.801 纽约4040 9.803 莫斯科5545 9.816 北极90 9.832 小结：国际上取北纬45海平面上的重力加速度值作为标准值：即g=9.8m/s2。 （3）大小：g=9.8 m/s2， 粗略的计算中，g=10 m/s2。 自由落体运动是初速度为零的匀加速直线运动，因此匀加速直线运动的规律，自由落体运动也适用，大家还记得匀加速直线运动的规律吗？速度规律 Vt=V。+ a t 位移规律 S=V。t+at2 /2速度位移规律 Vt2 - v2。=2aS自由落体运动是初速度为零，加速度为g的匀加速直线运动。因此：四、规律速度规律 Vt=gt位移规律 h=gt2 /2位移规律 Vt2=2gh练习1：本课开始的简报中，小孩从15层楼上跌出，设15层楼高度为45m，如果从15层楼上释放一个小球，请你估算：从开始运动起，它在1s内、2s内、3s内下落的位移分别是多少？ 接下来轻松一下，做一个小游戏。这个小实验能检验人反应的灵敏程度。日常生活中，有时需要反应灵敏，对战士、司机、飞行员、运动员等尤其如此，当发现某种情况时，能及时采取相应行动，战胜对手，或避免危险。人从发现情况到采取相应行动经过的时间叫反应时间。提问：你能根据我们今天学习的知识，设计一个小实验，测出你的反应时间吗？读一读（课本第38页）这段材料。提问：这个实验的原理、器材、怎么操作、怎么读数、怎么计算出反应时间。Excel 表格 设定公式 计算练习 2： 1、本课开始的简报中，小孩从15层楼上跌出，设15层楼高度为45m，这位青年从他所在的地方冲到楼窗下需要的时间是1.3s，请你估算一下他要接住孩子，至多允许他有多长的反应时间。接触小孩时，小孩的速度是多大？解：由自由落体运动规律可知：h=gt2 /2所以下落的时间为：t=(2h/g)1/2=3 (s)允许反应时间：t=t - t。=3 - 1.3=1.7 (s)下落速度：V=gt=10X3=30 (m/s)六、课堂小结：1、在研究自由落体运动时，我们采用了一种理想化的方式。从最简单、最基本的情况入手，抓住主要因素，忽略次要因素，由浅及深地推入，从而得出了一种运动形式自由落体运动，这种理想化的方式，在今后我们学习物理中经常要用到。2、判断匀变速直线运动的方法： 看初速度为