沪科版必修1 2.2自由落体运动的规律 教案.doc

教学设计22 自由落体运动的规律本节知识中，自由落体运动的速度和位移随时间变化的规律是本节的重点，而运用理想化方法，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则是本节的难点。本节内容主要包括自由落体运动的概念和自由落体运动的规律，属概念和规律的综合课。本节为学生介绍了生活中常见的落体运动，并在此基础上得出了理想化运动自由落体运动。将前面学过的知识应用于生活实际，并近似地处理生活中的运动，体现了物理源于生活，应用于生活的理念。从知识的角度看，本节为初速度为零、加速度为g的竖直方向的匀加速直线运动。一方面认识了生活中的落体运动，解决生活中的实际问题；另一方面加深了对匀变速直线运动规律的理解和应用，可谓“一举两得”。授之以鱼不如授之以渔”，“教是为了不教”。现代教育更重视在教学过程中对学生的诱思探究指导。在本节的教学法中，要注意引导学生通过观察、分析、综合，自己得出结论，在其中渗透物理学的分析问题和解决问题的方法，使学生受到学习方法的训练。教学重点实验探究自由落体运动的规律。(从学生掌握知识的角度，可以认为“了解自由落体运动的定义和掌握自由落体运动的规律”是重点。从提高学生科学素养，促进学生自主学习来说，确定“实验探究自由落体运动的规律”为重点更符合新课程标准的要求)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。课时安排2课时三维目标知识与技能1知道什么是自由落体运动；2知道什么是自由落体加速度，它的方向和大小；3掌握自由落体运动速度、位移随时间变化的规律；4运用自由落体运动规律解决实际问题。过程与方法1观察自由下落的物体，预测其运动特点；2实验探究自由落体运动的规律；3阅读教材第三部分，了解研究自然规律的一般科学方法。情感态度与价值观1注意科学态度和科学方法教育；2发展学生对科学探究的兴趣。课前准备演示教具：硬币及与硬币等大的纸片、等大的正方形纸片和薄纸板、抽气机、牛顿管、实物投影仪、铁架台、打点定时器、钩码、纸带等二人一套。导入新课教师在课前需要设计制作好“测反应时间尺”(在一约50 cm长的尺有刻度的一面标上自由下落对应长度所用的时间)讨论交流：边做游戏，边思考问题思考1：一般情况下，刻度尺是用来测量什么物理量的？提示1：测量物体长度的！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。相信大家一定非常想知道这把尺子为什么能测出人的反应时间吧？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。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。讨论交流1：请同学们仔细观察下面的实验。思考下面问题演示1：取一枚金属片和一张与金属片等大的纸片，让它们从同一高度同时下落。 演示2：取厚纸板一张，与厚纸板等大的纸片一张，把纸片揉成团，让两者从同一高度同时下。演示3：把演示1实验中的纸片捏成一团让它跟金属片从同一高度同时下落。演示4：展示和介绍牛顿管，说明里面装有金属片和羽毛两个物体，已经抽掉了空气，再把玻璃筒倒立过来。演示5：在上面那只牛顿管中放入空气，再做以上实验。思考2：是重的物体下落快呢，还是轻的物体下落快呢？一会儿是重的物体下落快，一会儿是轻重物体下落一样快，这是什么原因呢？提示2：物体下落的快慢除了跟重力有关外，还与物体受到的空气阻力大小有关。如果没有空气阻力，物体下落快慢相同一、自由落体运动思考3：物体若在没有空气阻力的情况下由静止下落，它的受力情况有什么特点？提示3：没有空气阻力，则物体只受重力。物理学中把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。思考4：我们日常生活中见到的落体运动是自由落体运动吗？比如开始测反应时间的尺子的下落运动是自由落体运动吗？提示4：肯定不是，因为在地球表面大气层内，没有空气的情况是不存在的。在我们的日常生活环境中，自由落体运动是不存在的，只是一种理想运动模型。但利用忽略次要因素，抓住主要因素的物理研究方法，我们可以把日常生活中一些空气阻力影响不大的落体运动近似看做自由落体运动。什么样才叫做阻力影响不大，就是阻力跟重力相比可以忽略。近似条件：一般情况下，密度较大实心物体的下落都可以近似看成自由落体运动。二、自由落体运动的运动规律思考5：做自由落体运动的物体的运动规律是什么呢？速度随时间是如何变化的？位移随时间又是如何变化的，我们该如何来研究它的运动规律呢？提示5：利用光电计时器。先选择一个物体，这个物体必须密度大，实心，体积不要太大，这样的话就可以把这个物体由静止开始下落的运动近似看成自由落体运动把光电计时器接入电脑来研究物体的运动规律。并画出v-t图像。总结分析运动规律：自由落体运动是初速度为零的匀加速直线运动。思考6：自由落体的速度与时间有什么关系？提示6：因为自由落体运动是初速度为零的匀加速直线运动，由加速度的定义可得g，所以vtgt式中g是自由落体加速度，因为在没空气阻力的情况下轻重物体下落一样快，所以在同一地点物体下落的加速度一样大，即在同一地点，物体做自由落体运动的加速度一样大。称为重力加速度。精确的实验发现，在地球上不同的地方，g的大小是不同的：纬度越高，g越来越大；同一纬度，高度越大，g越小。它的大小约为9.8 m/s2，方向竖直向下。探讨交流2：自由落体的位移与时间有什么关系？自由落体运动是匀变速直线运动，为了研究匀变速直线运动的位移规律，我们先来看看匀速直线运动的位移规律：在匀速直线运动的vt图像中，图像与时间轴所围的面积表示位移xvt。思考7：对于匀变速直线运动，图像与时间轴所围的面积是否也可以表示相应的位移呢？提示7：我们能否运用类似“用平均速度来近似地代表瞬时速度”的思想方法，把匀变速直线运动粗略地当成匀速直线运动来处理？小结：可以把整个匀变速直线运动的运动过程分成几个比较小的时间段，把每一小段时间内的匀变速运动粗略地看成是匀速直线运动。为了简单处理，我们可以用时间间隔t内任意一个时刻的瞬时速度来代表该段时间内运动的平均速度，然后把运动物体在每一个时间间隔内的位移(即小矩形的面积)都表示出来，最后求和，就得到匀变速直线运动的总位移了。思考8：由于时间间隔t取得比较大，所以上面的做法比较粗糙。为了得到更精确的结果，该如何改进？提示8：可以把时间间隔t取得很小。课件演示：时间间隔t取得越小，小矩形面积的总和就越准确地表示物体发生的位移：(1)如果时间间隔t取得非常非常小，所有小矩形的面积之和就能非常准确地代表物体发生的位移。(渗透“无限逼近”的思维方法)(2)如果时间间隔t取得非常非常小，所有小矩形的面积之和刚好等于vt图像下面的面积。 甲一物体做自由落乙 每两个位置间的位移，正好等于以 t为底，体,运动的v-t图像 以速度为高的细高矩形的面积。矩形面积 之和，可以粗略地表示整个运动过程的位移 丙如图各位置的时间间隔小丁 如果时间分得非常细，小矩形就会一些。这些矩形面积之和就能 非常多，它们的面积就等于ob斜线下的比较精确地代表整个运动的位移 面积而十分准确地代表整个运动的位移位移等于v-t直线下面的面积结论：匀变速直线运动的v-t图像中，v-t图像下面的面积大小等于物体位移的大小。即hvttgt2讨论交流3：测反应时间尺的原理学生分析，自己回答。例1关于自由落体运动，以下说法正确的是( )。a质量大的物体自由下落时的加速度大b从水平飞行着的飞机上释放的物体将做自由落体运动c雨滴下落的过程是自由落体运动d从水龙头上滴落的水滴的下落过程，可近似看做自由落体运动解析：自由下落时的加速度在同一地点相同，与质量无关，故a项错，从飞行的飞机上释放的物体初速度不为零，故不做自由落体运动，b项错，雨滴下落过程中阻力随速度的增大而增大，最终会做匀速运动，故c项错，水龙头上滴落的水滴所受阻力可忽略，故d项对。答案：d规律总结：(1)自由落体运动是一种理想化模型，当自由下落的物体受到的空气阻力远小于重力时才做自由落体运动，如空气中由静止释放的铁块。(2)物体做自由落体运动的条件：初速度为零；仅受重力作用。(3)判断一个物体是否做自由落体运动，一定要看它是否满足自由落体运动的条件。例2某同学用图甲所示装置测量重力加速度g，所用交流电频率为50 hz。在所选纸带上取某点为0号计数点，然后每3个点取一个计数点，所有测量数据及其标记符号如图乙所示。该同学用两种方法处理数据(t为相邻两计数点的时间间隔)：方法一：由g1，g2，g5，取平均值8.667 m/s2；甲乙方法二：由g1，g2，g3，取平均值8.673 m/s2。从数据处理方法看，在x1、x2、x3、x4、x5、x6中，对实验结果起作用的，方法一中有_；方法二中有_。因此，选择方法_(一或二)更合理，这样可以减小实验的_(系统或偶然)误差。本实验误差的主要来源有_(试举出两条)。解析：对方法一。从计算结果可看出，起到作用的只有x1和x6两个数据，其他数据如x2、x3、x4、x5都没用上。对方法二。从计算结果可看出，x1、x2、x3、x4、x5、x6六个数据都参与了运算，因此方法二的误差更小，选择方法二更合理。本实验的误差来源除了上述由测量和计算带来的偶然误差外，其他的误差来源还有阻力(包括空气阻力，振针的阻力、限位孔及复写纸的阻力等)，打点计时器打点的频率变动，长度测量，数据处理方法等。答案：见解析规律总结：由打点计时器或频闪照相求重力加速度的一般方法为：(1)计算出各点的速度，由速度值根据速度公式求加速度，最后取平均值。(2)计算出各点的速度，画出vt图像，由图线的斜率可求得重锤下落的加速度即重力加速度。(3)用逐差法直接求加速度，要注意要尽可能多选取一些数据。例3从离地500 m的空中由静止开始自由落下一个小球，取g10 m/s2，求：(1)经过多少时间落到地面；(2)从开始落下的时刻起，在第1 s内的位移、最后1 s内的位移；(3)落下一半时间的位移；(4)落地时小球的速度。解析：(1)由hgt2得落地时间t s10 s。(2)第1 s内的位移h1gt1012 m5 m因为从开始运动起前9 s内的位移为h9gt1092 m405 m所以最后1 s内的位移为h10hh9(500405) m95 m。(3)落下一半时间即t5 s，其位移为h5gt21025 m125 m。(4)设落地时速度为v，由公式v22ghv m/s100 m/s。答案：(1)10 s (2)5 m 95 m (3)125 m (4)100 m/s规律总结：自由落体运动为初速度为0的匀加速直线运动，匀加速直线运动的各个公式都可在求解自由落体运动时灵活运用。1在忽略空气阻力情况下，让一轻一重的两块石块从同一高度同时自由下落，则关于两块石块的运动，下列说法正确的是( )。a重的石块落得快，先着地b轻的石块落得快，先着地c在着地前的任一时刻，两块石块具有相同的速度，相同的位移和相同的加速度d两块石块在下落段时间内的平均速度相等。解析：因为忽略空气阻力，所以两石块的运动是自由落体运动，又因为同时从同一高度下落，所以运动情况完全一样，故c、d正确。答案：cd2一个物体做自由落体运动，速度时间图像正确的是( )。解析：自由落体运动是初速度为零的匀加速直线运动。a表示物体做初速度不为零的匀减速运动，a错；b表示物体做匀速直线运动，b错；c表示物体做初速度为零的匀加速直线运动，只不过是方向向上为正方向，c正确；d做的是初速度不为零的匀加速直线运动，d错。答案：c3甲乙两球从同一高度相隔1秒先后自由落下，在下落过程中( )。a两球的距离始终不变 b两球的距离越来越大。c两球的速度差始终不变 d两球的速度差越来越大解析：既然两球做的都是自由落体运动。因为甲球比乙球早出发1秒，从乙开始下落时计时，任一时刻有：v乙gt；v甲g(t1)；有v甲v乙g1 s g是一定值，所以c正确、错；对位移有：s乙gt2 s甲g(t1)2 s甲s乙gtg(1 s)2，两球的距离随时间越来越大。答案：bc4有一直升机停在200 m高的空中静止不动，有一乘客从窗口由静止每隔1秒释放一个钢球，则钢球在空中的排列情况说法正确的是( )。a相邻钢球间距离相等b越靠近地面，相邻钢球的距离越大c在落地前，早释放的钢球速度总是比晚释放的钢球的速度大d早释放的钢球落地时的速度大解析：题中每个钢球的运动情况是完全一样的：同高度且都是自由落体运动。唯一不同的是释放时间不一样，同一时刻的速度不一样，但落地时的速度均是一样的。根据第3题的结论可知相邻两球的距离是越来越大的，a、d错；c正确；从公式s乙gt2 s甲g(t1)2 s甲s乙gtg(1 s)2可知越靠近地面，两球距离越大，b正确。见下图答案：bc5一矿井深为125 m，在井口每隔一定时间自由下落一个小球，当第11个小球刚从井口下落时，第1个小球刚好到达井底。则相邻两个小球开始下落的时间间隔为多少？第3个小球和第5个小球相隔多少米？解析：所有小球在空中的排列与一个小球自由落体每隔一段时间留下的轨迹相同。第一个到底，第11个刚开始，说明之间共有10个时间间隔，从井口到井底125 m需时hgt2t5 s，说明每个间隔为0.5 s；第3个球下落时间为0.58 s4 s；第5个球下落时间为0.56 s3 s，则位移之差为g(169) m57 m35 m。答案：0.5 s 35 m课堂小结这节课我们学习了对自由落体运动概念及规律的认识及理解。自由落体运动是物体从静止开始的只受重力作用的匀加速直线运动，加速度为g，学好本节可更好地认识匀变速直线运动的规律和特点。要突破此重点内容，一定要把握住一点，即自由落体运动只是匀变速直线运动的一个特例v00，ag。在使用时要注意自由落体运动的特点，判断是自由落体运动之后方可代入计算。布置作业(1)阅读书本内容(2)完成课后家庭作业与活动13题。22 自由落体运动的规律一、自由落体运动的概念物理学中，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。二、自由落体运动的规律初速度为零的匀加速直线运动。三、自由落体加速度1自由落体的加速度叫做重力加速度。2常取g9.8 m/s2或g10 m/s2四、自由落体运动的基本公式vtgthgt2数字计时器在物理实验中应用初探一、数字计时器的原理介绍数字计时器和光电门一起组成计时装置。光电门的外形如图。它由发光器件(聚光灯泡或红外发光二极管)和光敏器件(光敏二极管或光敏三极管)组成。通常使光敏器件处于亮(被光照)状态，在暗(光被遮)状态时向数字计时器进出脉冲讯号，触发数字计时器计时或停计。计时器上的输入插口分别与两个光电门相连接。数字计时器有两种计时方法，当采用计时(s1)时，任一光电门遮光时开始计时，遮光结束(露光)停止计时，数码管显示出的是光敏器件光线被遮断的时间。即图甲中挡光条通过光电门的时间。当采用计时(s2)时，任一光电门第一次遮光时开始计时。第二次遮光时停止计时，数码管所显示数是两次遮光之间的时间间隔，即图乙中两个挡光条先后通过两个光电门之间的时间间隔或挡光片的两个边m、n通过一个光电门所用的时间。数字计时器除了有“计时”功能，还有测量“瞬时速度”“平均速度”“加速度”“周期”以及“计数”的功能。二、数字计时器在实验中的应用1用数字计时器和气垫导轨研究匀变速直线运动取一个滑块，放在气垫导轨上，滑块一端系细