自由落体运动的详案

1 71 7 对自由落体运动的研究对自由落体运动的研究 教材分析教材分析 本节课选自教科版高中物理必修一第一章第七节 从知识整体来看 自由 落体运动是一种典型的匀变速直线运动 对自由落体运动的深入分析有利于学 生更加深刻的理解匀变速直线运动 也为后面平抛运动的学习奠定基础 学情分析学情分析 高一学生经过初中的物理学习已经具备了一定的观察 实验 分析能力 又已经掌握了匀变速直线运动的相关知识 为本节的学习奠定基础 但是学生 的抽象思维能力不高 归纳总结能力不强 对本节课的学习造成了一定的障碍 教学目标教学目标 知识与技能知识与技能 1 理解自由落体运动的实质及相关概念 2 能设计实验探究自由落体运动规律并应用 过程与方法过程与方法 1 掌握根据现象进行合理假设与猜想的探究方法 2 通过实验观察 推理 归纳等科学知识和方法 培养学生透过现象 看 本质的认识观 情感态度与价值观情感态度与价值观 1 结合物理学史进行教学 激发学生的求知欲 让学生体验科学态度 感悟科学精神 2 让学生感受到物理与科学 社会和生活的联系 感受到科学的现实 性 和广泛性 教学重难点教学重难点 重点重点 理解自由落体的概念并探究规律 难点 难点 掌握探究自由落体规律的方法 教学设计教学设计 创设情境 引入新课 师生互动 探究真理 情景展示 尝试体验 学以致用 回归生活 课堂小结 形成体系 教学用具 教学用具 面积相同的纸板和纸片 两支粉笔 黄色和白色 牛顿管 多媒体辅助等 新课引入新课引入 师 同学们好 生 老师好 师 请坐 我们今天进入新的一节 对自由落体运动的研究 师 在生活中 我们经常可以看到物体从高处下落的场景 如熟透的苹果从 树上坠落 现在是秋天 也常常看见金黄的树叶飘然落下 注意 我的用词中 苹果是坠落 树叶是飘落 这些常见的生活现像就表明重的物体下落的快 轻 的下落的慢 其实啊早在公元前 4 世纪 古希腊的哲学家亚里士多德通过观察 思考就提出了物体下落重快轻慢的观念 同学们你们觉得这个观念是否是正确 的呢 生 错误 正确 师 都觉得错误啊 同学们都有不同的意见 那我们通过一组实验来验证 一下 新课讲解 新课讲解 1 自由落体运动自由落体运动 演示演示 1 1 师 我手里分别有两张面积相同的纸板和纸片 很明显纸板要重一些 纸 片要轻一些 我现在让它们从同一高度同时静止下落 大家注意观察谁先落地 现象 纸板先落地现象 纸板先落地 生 纸板 师 我们能不能让纸片下落的比刚才快一些呢 生 折叠纸片 揉成团儿 师 很好 都有自己的想法 演示演示 2 2 师 这一次我先将纸片折叠一次 好 我再将纸片与纸板从同一高度静止 释放 同学们认真观察现象 哪一个先落体啊 现象 纸片比之前下落的快些 几乎和纸板同时落地现象 纸片比之前下落的快些 几乎和纸板同时落地 生 纸片纸板差不多 师 能不能让纸片下落的更快甚至比重的纸板下落的还快呢 生 再折叠 演示演示 3 3 师 我将纸片多折叠几次 又将纸片与纸板从同一高度静止释放 同学们 认真观察现象 现象 纸片下落的更快 甚至比纸板下落的还快现象 纸片下落的更快 甚至比纸板下落的还快 将以上三个演示实验 通过 PPT 呈现给大家 师 第一次将面积相同的纸片和纸板同时同高释放时 纸片明显下落的慢 这似乎验证了亚里士多德的观念 但我们将纸片折叠一次后 纸片下落的快了 一些 再多折叠几次 质量轻的纸片下落的更快了比重的纸板下落的更快 这 和亚里士多德的观点是正好相反的 师 大家能不能大胆的猜想一下是什么因素影响到了物体的下落快慢 生 空气阻力 师 非常好 当我在把纸片折叠的过程中 纸片的面积就在不断的减小 空气对它的阻碍也就在减小 物体下落的也就越来越快 可见空气阻力不同 物体下落的快慢也就不同 那要是在没有空气阻力影响时 物体还受到什么力 呢 生 重力 师 那这样的情况下物体下落的快慢又是怎么的呢 生 一样 不知道 师 我这里就带来了一根牛顿管 这跟管子里放有有轻重不同的羽毛和硬 币 所以也称为毛钱管 这根管子里的空气在课前已经抽出了 所以在这根管子里 面就是一个接近真空的环境 就没有了空气阻力的影响 我们来观察牛顿管中 的羽毛和硬币的下落的情况 生观察 我们再认真观察一次 羽毛和硬币是不 是几乎同时落下的 生回答 同时下落 这里还有一根并没抽去空气的牛顿 管 我们在来观察 生观察 在有空气阻力影响时 他们的下落情况 哪一 个先落下啊 坐前面的同学观察更清楚一些 那由你告诉同学们 哪一个先 落下呢 生 硬币 师 观察很仔细 当有空气阻力影响时 硬币就先落下了 所以空气阻力 是影响物体下落快慢的因素之一 那还有没有其它因素呢 我们再做另一组实 验 演示演示 4 4 师 这里是两根完全相同的粉笔 一根是黄色的 一跟是白色的 空气阻 力对他们的影响几乎是相同的 现在我让他们从同一高度同时下落 给黄色的 粉笔 初速度 大家注意观察是否同时落地 现象 黄色的粉笔先落地现象 黄色的粉笔先落地 师 为什么黄色的粉笔先落地啊 生 因为给了黄色的粉笔初速度 或没人回答 师 对 观察的很仔细 因为我给了黄色粉笔一个初速度 所以它就先落 地了可见初速度也会影响物体的下落快慢 可能同学们没注意到 我是放手的 白色粉笔 但黄色粉笔我是丢下去的 给了它一个初速度 这样就影响了物体 的下落了 可见初速度也是影响物体下落快慢的因素 1 1 自由落体运动的定义 条件 自由落体运动的定义 条件 师 通过以上的实验我们就可以得到空气阻力和初速度都会影响物体的下 落快慢 师 那这样的下落运动还自由吗 不自由了 那怎样才能自由呢 消 除这两个因素 只受重力 静止释放 我们就要消除这些影响因素 我们先来 看一段视频 这个视频是 1971 年阿波罗 15 号登月 宇航员大卫 斯科特在没 有空气的月球上将一根羽毛和一把铁锤同时释放 我们看视频中的羽毛和铁锤 是谁先下落 播放视频 哪个先落地啊 一起 在视频中我们可以发现 羽 毛和铁锤他们是同时落在了月球表面的 大卫斯科特所做的实验就是消除空气 阻力和初速度这两个影响物体下落的因素 这个实验和我们刚才所做的牛顿管 实验是一样的性质 再演示一次牛顿管 在消除了空气阻力也就是物体下落过 程中只受什么力 重力 以及消除初速度也就是从静止开始下落的物体他们 的下落快慢是一致的 我们就把这样的运动就称之为自由落体运动 这也就是 自由落体运动定义 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 师 通过定义我们可以知道物体做自由落体运动的应该满足怎样的条件啊 只受重力 就是它的受力条件 从静止开始下落就是初速度为 零 这就是运 动的条件 2 2 自由落体运动的理想化模型 自由落体运动的理想化模型 师 同学们想一下 我们是生活在有空气的空间 物体下落可不可能只受 重力啊 不可能 那我们生活中像牛顿管这种真空的环境常不常见呢 不 常见 对 不常见嘛 在真空环境下 我们怎么生存嘛 所以在我们物理研究 中 我们常常考虑主要因素忽略次要因素 当空气阻力远远小于重力 也就是 说空气阻力对物体下落几乎没有影响的时候 这时候我们也可以把它看作自由 落体运动 所以自由落体运动是一种理想化模型 有一些物体下落 例如我手我手 中的这枚硬币中的这枚硬币 我松开手 我松开手 捡起来 捡起来 它由静止开始下落的过程中 空气阻力对 它的影响大不大呢 不大 对 不大 再例如苹果成熟了掉下来 空气阻力 对它的影响大不大 对 也不大 生活中 像这样下落过程中空气阻力对其影 响不大的运动 我们也可以近似的看成是自由落体运动 现在 我们来做一道 例题题 下列关于自由落体运动的说法中正确的是 abcd 的哪些选呢 同 学们先自己分析一下 王雨田请你说一下你的答案 生 BD 或者说错 师 正确答案就是 BD 非常好请坐 你再思考一下 简捷你来回答 师 很好请坐 正确我们看 A 选项 物体从静止开始下落的运动叫自由落 体运动 很明显这样说法是不完整的 应该是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 所以 B 是正确的 在看 C 选项 从静止开始下落 的小钢球 因受到空气阻力的作用 不能看成自由落体运动 我们刚刚说了 自由落体运动是一种理想化模型如果空气阻力对其下落运动的影响很小 我们 就可以忽略 看成是自由落体运动 所以 D 选项是正确的 二 伽利略对落体运动的规律的研究二 伽利略对落体运动的规律的研究 师 其实早在 16 世纪末 伽利略就对亚里士多德的观点提出质疑 并对落 体运动进行了系统的研究 伽利略伽利略他是意大利物理学家 天文学家 哲学家 近代实验科学的先驱者 其成就包括改进望远镜和其所带来的天文观测 以及 支持哥白尼的日心说 现在我们就一起来学习伽利略的探究过程 同学们先自 己看书上 28 页到 30 页 伽利略的探究经历了那几个过程 3 5 分钟 师 时间差不多了 请王芊又来说说看伽利略的探究经历了哪些过程啊 生 发现问题 提出假说 间接验证 合理外推 师 非常准确 请坐下 伽利略就是经过了这样的四个过程才得出了最后 的结论 发现问题发现问题 师 伽利略首先发现了问题 他觉得亚里士多德的重快轻慢观点是错误的 于是他就提出了这样的一个假想 已知 重的物体下落的快 一个大石头的速 度我们就假设为 8m s 一个小石头的速度假设为 4m s 当把两个物体拿一根绳 子连在一起让他们下落时 由于他们原来各自的下落速度不同而互相牵制 那 么他们在一起下落的速度应该 4m s 到 8m s 之间 但是按照亚里士多德的观点 两个物体连在一起 比之前大石头都还要重 那应该是速度 V 就应该 8m s 这 这两个推论是相互矛盾的 所以他就得出了一个结论 说明亚里士多德的观点 是错误的 提出假说 提出假说 师 当伽利略得出结论后 在自然界总是习惯运用最简单和最容易的手段的 信念引导下 他就提出假说 物体下落过程是一个速度逐渐增大的过程 其速度 与时间是成正比的 从这样的一个假设出发 引导出了物体下落的距离与时间 的平方成正比的关系 V V t t h h t t2 2 间接验证 间接验证 师 伽利略所处的年代还没有钟表 计时仪器也较差 而落体运动又很快 并且速度也无法直接测量的 伽利略为了研究落体的运动 就利用当时的实验 条件做了在斜面上从静止下滑的直线运动 其实就是让一个黄铜小球从从阻力 很小的斜槽上滚下 并用水钟测定时间 这样做的目的就是为了 冲淡重力 经过数百次实验 他发现 一个从静止开始滚下的物体在连续的相等时间间隔 通过的各段距离之比 等于从 1 开始的一系列奇数比 即 1 3 5 7 由此 可知由静止开始到每个相等的时间间隔运动的距离之比为 1 4 9 16 从而也 验证了自己提出的假说 物体下落的距离与时间的平方成正比 h h t t2 2 同 时也间接证实了落体的速度和时间成正比 V V t t 合理外推 合理外推 师 伽利略通过斜槽实验证明了从静止下滑的情况下小球在斜面上的运动 是匀变速直线运动 他就在这样的实验基础上 用逻辑推理 外推到斜面倾角 增大到 90 的情况下 即小球将自由下落时 他认为这时小球仍会保持匀变速 直线运动的性质 构思相当之巧妙 当假设 用公式来表示速度 V k t 就可 以得出 k v t 我们是研究自由落体运动 由于自由落体运动的初速度 v0 什 么啊 0 对 等于 0 由加速度的定义 从而得出 K 就是 t v t v v a t0t 自由落体的加速度 物理学中我们用 g 表示 称为自由落体加速度或重力加速 度 Vt gt 这就说明了自由落体运动是初速度为 0 加速度恒定的匀加速直线 运动 这一点也是自由落体运动的性质 自由落体加速度自由落体加速度 师 今天 距离伽利略的时代已经有三百多年了 伽利略当时无法实验证 实的结论 我们已经可以用实验来证实了 例如我们在实验室做过的实验 打 点计时器测小车的加速度这个实验 我们进行改装一下就可以测物体的重力加 度了 同学们看 31 页的第一幅图 这是小球下落时所拍摄的频闪照片 频闪摄 影是研究变速运动的常用的手段 它是在暗室中拍照 频闪仪每隔一定的时间 发出一次短暂的强烈的闪光 照亮了运动的物体 就可以在胶片上记录物体的 几个闪光时刻的位置了 同学们自己分析这幅图片 运用逐差法算出小球做自 由落体时的重力加度为多少 巡视课堂 提醒学生频闪仪是每隔 0 04 秒闪光 一次 师 时间差不多了 有同学已经算出来了 等于多少 生 9 8 米每二次方秒 师 非常好 重力加速度 g 就是等于9 8 米每二次方秒 而且通过探究发现 重 力加速度这个适量他的方向应该是怎样的呢 生 竖直向下的 师 对 自由落体加速度即重力加速度的方向是竖直向下的 师 这里我们得出了重力加速度的大小是 9 8 米每二次方秒 那是不是每个地 方的重力加速度都等于这个数值呢 通过在不同地方的实验 at2可知 它们的加速度必定相同 结论 2 在同一地点一切物体在做自由落体 运动中的加速度都相同 师 自由落体运动是一种只在重力作用下 的运动 所以这个加速度可称为 重力加速度 g 自由落体加 速度 结论 3 重力加速度 g 自由落体加速度 a g 的变化规律 g 随纬度的升高而增大 g 随高度的增加而减小 b 标准值 g 9 8m s2 粗略计算 g 10m s2 c 方向 竖直向下 师 物体作匀变速直线运动遵循哪些规律 asvv attvs atvv t t 2 2 1 2 0 2