自由落体运动教学设计

1 2 5 自由落体运动自由落体运动 一 教学分析一 教学分析 1 教材分析 本节内容属于高中物理人教版必修 1 第二章第五节的内容 是对前几节运动学的知识 和研究方法的应用和提升 通过演示实验和学生合作实验 分析得出自由落体运动的性质 明确重力加速度的意义 不仅使学生对自由落体运动规律有具体 深入的认识和规律在实 际问题中的应用 而且使学生在独立获取物理知识 探究物理规律 解决物理问题等方面 获得具体的成果 体验科学研究的方法 让学生得到成功的体验 享受成功的愉悦 激发 学习的热情和责任感 2 学情分析 学生前面已认识描述运动的基本物理量 位移 路程 速度 加速度 掌握匀变速 直线运动的规律 并且通过对以上问题的研究 已体会到物理学研究问题的一些方法 如 运用理想模型和数学方法 图象 公式 以及测加速度 处理实验数据等方法 二 教学重点二 教学重点 本节教学的重点在于引导学生思考研究自由落体运动的实验原理和方法 特别是利用 打点计时器记录运动轨迹和时间的方法及实验数据处理 结论得出 误差分析等实验方法 三 教学难点三 教学难点 本节教学的难点在于实验探究的思路 方法 四四 教学目标 教学目标 一 知识与技能目标 一 知识与技能目标 1 认识自由落体运动 知道影响物体下落快慢的因素 理解自由落体运动时初速度为 零的匀加速直线运动 2 知道什么是自由落体运动的加速度 知道它的大小和方向 3 掌握自由落体运动的规律 能用匀变速直线运动的规律解决自由落体问题 4 能用打点计时器或其它仪器定量研究自由落体运动的性质 二 过程与方法目标 二 过程与方法目标 1 培养学生观察问题 解决问题的能力 2 通过探索自由落体运动的性质和自由落体加速 培养学生的分析能力 实验数据的 处理能力和归纳能力 三 情感态度与价值观目标 三 情感态度与价值观目标 1 通过指导学生探究 调动学生的积极性 培养学生学习物理的兴趣 2 培养学生事实求是的科学态度 五 教学策略与手段五 教学策略与手段 本节课的授课形式以探究式教学为主 做好相关资料的查询和课件制作 教师主要起 引导和提示作用 以讨论 探究 结合直观资料进行启发式教学 创设问题情境 激发学 生的认识兴趣和求知欲 让学生利用已有的知识和方法 经历科学探究的过程 培养科学 探究能力 体现物理学是以实验为基础这一特点 六 教学过程六 教学过程 一 通过演示实验 引出要探究的问题一 通过演示实验 引出要探究的问题 1 概括落体运动是竖直向下的直线运动 2 1 悬挂在铁架台上的小球 它受到几个力的作用 重力 悬线拉力 演示 1 用火将悬线烧断 引导学生观察小球的运动 学生观察到 小球在重力作用下 沿竖直方向作直线运动 2 落体运动是最常见的一种运动 演示 2 粉笔头从手中落下 3 结论 任何物体只在重力作用下自由下落 都是沿着竖直方向作直线运动 过渡 这节课 我们就来学习一种特殊的下落运动 板书 自由落体运动 2 物体下落快慢的因素分析 1 提出问题 究竟是重的物体下落快还是轻的物体下落快呢 演示 3 重的纸团和轻的纸片同时 等高 无初速下落 学生观察到 重的纸团先落地 2 得出 物体越重下落越快 的结论 观点是否正确呢 你能否设计实验证明你的观 点 激发学生思考 3 引导学生上讲台演示其设计的实验 并说明其观点 学生演示 一 较重的纸片和轻小纸团同时 等高 无初速下落 学生观察到 轻小纸团比较重的纸片下落快 学生演示 二 较重的纸团和轻小纸团同时 等高 无初速下落 学生观察到 下落一样快 4 引导学生得出正确结论 根据前面的实验和分析 同学们猜想一下 物体下落的快慢跟重力的大小有什么关 系呢 生 没有关系 那怎么解释前面的实验现象呢 生 空气阻力影响了物体下落的快慢 同学们猜想一下 如果完全没有空气阻力的影响 轻 重物体谁下落得快呢 演示 4 科普知识 1971 年美国宇航员斯科特在月球上让一把锤子和一根羽毛同时下 落 观察到它们同时落到月球表面 演示 5 牛顿管实验演示 学生观察到 在抽去空气的牛顿管内 轻重不同的铁片 羽毛同时落下 而打开阀 门 进入空气后 重的铁片下落要快 结论 在没有空气阻力时 物体下落的快慢跟物体重力无关 我们把这样的运动称为 自由落体运动 板书 定义 物体只在重力作用下 由静止开始的下落运动叫自由落体运动 5 在日常生活中 我们平时见到的落体运动由于大气层的存在 自由落体运动是一种 理想运动 但掌握了这种理想运动的规律 也就为研究实际运动打下了基础 当空气阻力 不太大 与重力相比较可以忽略时 实际的落体运动可以近似地当作自由落体运动 让学生体会自由落体运动有着普遍的意义和现代科技的发展与人类科学探究进程的 关系 结论 板书 自由落体运动的条件 a 从静止开始下落 初速为零 b 只受重力 或其他力可忽略不计 3 说明 让学生思考 讨论 明确空气阻力使下落物体的运动表现得很复杂 科学研 究的第一步是先忽略空气阻力 研究物体不受空气阻力的运动 在这样的学习中 学生不 仅可以提高观察与推理的能力 而且会逐渐形成观察与思考的习惯 过渡 人们根据简单的观察所得到的直觉观念和结论往往不一定都是可靠的 应当 用科学实验对它们进行检验 二 探究研究过程二 探究研究过程 1 提出问题 1 那么自由落体运动是什么性质的运动呢 生 部分 是匀变速直线运动 如是 怎样通过实验验证 2 它的加速度与哪些因素有关 与落体质量有关吗 3 你的说法有根据吗 你研究过吗 反问 2 猜想假设 l 落体运动既然是自然界最常见 最普遍的一种运动 那么其中必然蕴藏着最简单的 规律 2 方法教育 大物理学家们对猜想假设的理解 一旦科学插上幻想的翅膀 它就能赢得胜利 法拉第 英国 没有大胆的猜测就作不出伟大的发现 牛顿 英国 3 让学生大胆猜想自由落体运动是一种最简单的一种变速运动 初速度为零的匀加 速直线运动 4 怎样研究物体运动的规律 对于初速度为零的匀加速直线运动 加速度为常量 物体运动的位移 s 时间 t 速度 v 之间存在如下关系 atv 2 2 1 atx axv2 2 2 aTx 3 设计实验方案 教师引导 学生通过学生分组合作讨论 提出设计方案 方案一 方案一 用打点计时器记录的纸带研究物体的自由落体运动 设计原理 2 aTx 设计要求 1 如何提高本实验的准确度 2 完成实验后 对纸带进行分析 如何判断其是匀变速运动 3 如何利用实验来说明不同物体的自由落体运动规律相同 设计思路 用打点计时器研究物体的运动时 为提高实验的准确度 应从减少阻力 正确安装器材及操作步骤合理等入手 打点计时器最大的特点就是每打两点的时间间隔相 等 它直接记录下的实际是物体在连续相等时间间隔内的位移 通过研究这些位移 看连 续相等时间间隔内的位移差是否相等 从而得知物体的运动性质 x 设计结果 1 由自由落体运动的定义知 要提高实验的准确度 应该从尽 量减少阻力入手 具体办法是 整个装置应竖直 如图所示 纸带 应平行于打点计时器的限位孔 先打点后放手等 2 从相邻两点间的距离可看出 物体越往下落 相同时间间隔 内下落的距离越大 即速度越来越大 4 3 各组利用各自的纸带选择清晰的 并量出相邻各点间的距离 分组实验 按设计要求操作实验 进行分组实验时 同组实验者要求相互合作 各组 实验时所用的重物质量 形状各不相同 说明 学生可能会根据匀变速运动的特点会提出多种方案 以下方案的设计老师要 给予肯定 有条件的可以根据实际条件进行教师课堂演示 没条件的可以用光电门替代 作为学生课外研究性课题 分析实验数据 利用量出的 XAB XBC XCD算出 s 看是否在实验 误差范围内相等 若是相等 利用计算出 a 并根据纸带判断出 A 的方向 2 aTx 鼓励学生猜想设计其它处理数据的方案鼓励学生猜想设计其它处理数据的方案 学生思考提出 方案二 方案二 利用找出落体物体的速度与时间的关系 atv 测速度随时间变化的关系 方案三 方案三 利用找出落体物体的位移与时间的关系 2 2 1 atx 测位移随时间变化的关系 设计原理 v t 图 x t 图 设计思路 利用仪器测出 v x t 各量 设计结果 通过描点作图 得出图象对应的规律 说明 教师对以上几种方案进行评价 特别对于方案一要着重分析引导 有利于养 成良好的实验习惯 对于方案二 三教师先给予肯定 总结交流结论成果 利用各组实验数据分析 进行交流 判断得出结论是否相同 算出的口是否相等 进行交流后 发现不同物体所做的试验结论都相差不大 都在 9 5 m s2左右 在实 验误差范围内可以认为相同 板书 1 运动性质 初速度为零的匀变速直线运动 不同重量的物体加速度相同 这个加速度称为重力加速度 加速度的大小为 学生由实验中测量的值 板书 2 自由落体的加速度 重力加速度 g 在同一地点 一切物体做自由落体的加速度都相同 强调 在同一地点 就是说 在不同的地点 物体自由落体的加速度不同 教 师介绍精确实验测定的北极 9 832 m s2 北京 9 801m s2 长沙 9 791m s2 赤道 9 780m s2的重力加速度值 总结出 越靠近赤道 重力加速度的值越小 越靠近两极 重力加速度的值越大 并给出一般取值 板书 通常计算中 g 9 8m s2 方向 竖直向下 6 探究过程小结 通过观察 思考 分析 提出所要研究的问题 然后作出假设 选 择实验方案 分析实验数据 总结交流结论成果 是科学探究的重要途径 三 应用三 应用 1 闪光照片 现代科学发展为我们研究自由落体运动的性质提供了更为科学的手段 请同学们看彩 图 彩图是自由落体的小球的闪光照片按比例的缩小图 简介闪光照相 照片上相邻的 5 球是相隔 1 30 秒的时间拍摄的 请大家用刻度尺测相邻的每两个球之间的距离 X 在计算 出相邻每两段的位移差 看是否是恒量 x x 生 测量 计算 是恒量 说明自由落体运动是匀变速直线运动 x 2 能否找出刚才纸带上所打的第一个点吗 利用 只要距第二个点约为 2 mm 的点 mmmmmgtx296 1 02 08 9 2 1 2 1 22 3 为了测出井口到井里水面的深度 身边没有尺子 但有一秒表 如何粗略测量其深 度 可让一个小石块从井口下落 若测得经 2s 钟听到石块落到水面的声音 求井口到水面 的大约深 不计声音传播的时间 19 6 米 小结 从这题中可以看到应用自由落体运动规律 我们可以把长度测量问题转换为时 间测量问题 这是物理学研究中常用的测量转换方法 4 参见教科书 45 页做一做 测定反应时间 测人的反应时间 一个人从发现情况 到采取相应行动经过的时间叫反应时间 可以用下面方法测定 请一位同学用两个手指捏住木尺顶端 请你拳起一只手的手指 在木尺的下部 作握尺的准备 但手的任何部位都不要碰到木尺 当看到那位同学放手时 你立即握木尺 测出木尺下降的高度 就可以用自由落体规律求出反应时间 假设测得某 人握住木尺时 木尺下降了 20 cm 求该人的反应时间 5 测量 傻瓜 照相机曝光时间 参见书 45 页做一做 总结 运动规律 公式 gtv 2 2 1 gth ghv2 2 四 板书设计四 板书设计 a 定义 b 条件 c 特点 d 规律 五 教学反思五 教学反思 关于自由落体运动这一节课 回顾一下 有以下几点值得思考 1 通过演示实验 激发了学生的学习兴趣 培养了学生的观察 概括 科学抽象能力 教学时 教学过程的第一部分 通过演示实验 引出要探究的问题 可以适当紧凑些 尽 量缩短教学时间 研究物体下落快慢的因素分析时 尽量激发学生思考 利用已有的实验 器材 纸片 纸团 放手让学生上讲台来演示 这不仅激发学生学习兴趣 而且活跃了 课堂氛围 2 通过探索研究过程 得出重要的结论 自由落体是匀加速运动 加速度为 g 同时 让学生经历科学探究的过程 培养科学探究能力 的精神 最后 自由落体运动规律的 得出及应用等知识也就水到渠成 因此 对课本知识的适当延伸 拓展 让学生经历设计 实验 合作完成实验 交流实验成果 得出结论 再理论联系实际 有利于培养学生探究 能力 观察 分析 解决实际问题的能力 这正是当今素质教育所要求的 3 在探究过程中 学生会提出很多方案 用打点计时器记录的纸带研究物