自由落体运动教学设计.doc

自由落体运动教学设计北京师大燕化附中 杨永吉本节内容分析：自由落体运动是高中物理“直线运动”一章的内容，教材的目的显然是把它作为匀变速直线运动的特例来处理。由于学生对重的物体下落得快、轻的物体下落得慢的印象很深，因此本节教材的一个重点和难点，在于不同物体下落的快慢是一样的以及不同物体在同一位置的重力加速度都是g。因此，教材的主体思想是，经过实验及分析，学习自由落体运动、重力加速度的概念以及自由落体运动的规律，以达到培养学生研究物理问题的方法和思维能力的目的。自由落体运动是自然界广泛存在的物体自由下落的一种理想模型，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该节知识解决了三个问题怎样的运动是自由落体运动，自由落体运动的加速度是否相同？自由落体运动的计算公式怎样？这三个问题有利于学生主动探究。通过这节课的教学，不仅仅让学生知道有关自由落体运动的知识，而且可以在这三个问题的解决过程中,让学生了解探究的方法，了解解决物理问题的一般方法，培养学生对知识进行再次发现与探索的学习观念、激励学生的探索精神、使学生在探究过程中获得知识、发展技能、培养能力特别是创新能力。学情分析：学生由于受日常经验的影响，对物体的坠落普遍存在重快轻慢的错误认识，所以做好演示实验很重要。为此，做如下实验：（1）从同一高度同时释放一张纸片和一个金属小球，可以看到金属小球比纸下落快（2）把一块纸团和一团棉花分别放到已调平的托盘天平的两个盘中，可以看出纸团比棉花轻，从同一高度同时释放它们，纸团比棉花下落快。通过这样两个简单的小实验使学生认识到由于空气阻力的存在造成情况很复杂。（3）做牛顿管对比实验：先让学生观察羽毛、软木塞、铜钱在已抽真空的牛顿管中同时下落，它们几乎同时落到管底；打开进气阀，让学生注意听进气声，看羽毛被气流吹起的现象，再让学生观察羽毛、软木塞、铜钱在有空气的牛顿管中同时下落，它们的下落速度差别很大。 这些实验现象可以使学生充分认识到空气阻力的存在掩盖了自由下落的物体的规律，需要排除空气阻力的影响才能发现自由下落物体的运动规律，很自然的引出了理想运动：自由落体运动，并为下面的研究做好铺垫。 通过分析自由落体运动的纸带来研究自由落体运动的规律是教学重点，然而也是难点，让学生通过测量计算实验的纸带上的点的距离时间信息，去关注实验的结果反映了什么样的运动规律，也从中体会到了科学研究的乐趣。学习目标： 一、知识与技能 1、认识自由落体运动，知道影响物体下落快慢的因素，理解自由落体运动是在理想条件下的运动。 2、能用打点计时器得到相关的运动轨迹，并能自主分析纸带上记录的位移与时间等运动信息。 3、初步了解探索 自然规律的科学方法，培养学生的观察、概括能力。掌握自由落体运动的规律。 二、过程与方法 通过观察演示实验，否定了亚里士多德的观点，培养学生观察问题、解决问题的能力。 三、情感态度与价值观1、调动学生积极参与讨论的兴趣，培养逻辑思维能力及表达能力。2、渗透物理方法的教育，在研究物理规律的过程中抽象出一种物理模型自由落体运动。3、培养学生严谨的科学态度，正确地获取知识的方法。设计理念：“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。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，而理解不同物体在同一地点下落的加速度都相同，都是重力加速度则是本节的难点。探究式教学可以采用“设定情景，提出问题”“分析问题，提问假设”“设计实验，验证假设”“分析结论，得出结果”的程序设计课堂教学。在本节课中创设三个问题，并逐个解决物体下落的快慢和什么因素有关？教师引导学生按照上述程序得出结果，即自由落体运动的模型。自由落体运动的纸带的s规律如何？按照以前的知识得出结果，即匀变速直线运动。不同物体下落的加速度是否相同？根据saT2,即加速度是一样的，都等于自由落体（重力）加速度。由于本节课学生自主实验探究的活动较多，故采用学生分组实验模式进行课堂活动，以小组为单位进行教师引导下的科学探究，加强小组同学间的讨论与交流，师生间的相互反馈，培养学生合作学习的精神。课堂以问题和小组交流贯穿教学的始终，不断提出新问题，不断解决新问题，培养学生的逻辑思维能力。教学准备：牛顿管，抽气机，天平，自制课件。学生每四人一组：刻度尺，铁架台，打点计时器，纸带，铁片、纸片若干张、钢球（大小各一个）教学流程：一、 情景导入活动设计：课前设计制作好“测反应时间尺”（在一约50cm长的尺的一面标记上自由下落对应长度所用的时间，另一面朝向学生）；引问：“一般刻度尺是用来测量什么的？”学生：“测长度。”教师：“老师手中的这把尺很神奇，它不仅能测量长度，还能测量时间，并且能测出同学们的大脑反应时间，谁想知道自己的大脑反应时间是多少？可以用我的这把尺来测测。”（点评：将教材中的“做一做”栏目中“测反应时间”改为放在课前引入，目的是通过这一游戏产生“惊奇”效果，激发学生的探究兴趣，活跃课堂气氛。）（实录：选了34个学生上来玩“测反应时间”的游戏，学生抓住尺的同时就报出其反应时间，采用了“比比谁的反应时间快”的方式调动了学生的积极性。学生对这一活动非常感兴趣，踊跃参加。）引入课题：同学们一定想知道这把尺子为什么能测出你的反应时间，它的“奥妙”与我们今天所要认识和研究的一种运动密切相关。电脑模拟动画或实物演示： 用绳子悬挂着的物体，如果绳子断了，物体会掉下来； 树上的果实，成熟后会掉下来； 手里捏着的粉笔，松开手后会掉下来。(演示)教师引问：观察并指出以上情景中的物体相似的运动特点。介绍：上述三种情景物体都做竖直下落运动，这类下落的运动称为落体运动，这节课我们一起研究落体运动是否具有一定的规律。（点评：从生活情景中构建物理情景或模型，以培养学生在生活中联系物理的习惯）（实录：由于学生对这些问题的日常经验已经很丰富，能够指出三种情景所演示运动的共同特点：静止开始竖直下落。）提出问题：落体运动的快慢与哪些因素有关呢？不同物体的下落运动，情况是否相同呢？（即重的物体下落快还是轻的物体下落快？）学生直觉经验：重的物体下落快-也是历史上亚里士多德认可的观点（课件简介亚里士多德）演示1： 纸片和金属球下落学生：金属球先着地，纸片后着地。重的物体下落快。教师：其实很早以前就有人研究过这个问题了，那就是古希腊哲学家亚里士多德。亚里士多德是一位知识渊博的伟大学者，那时候的哲学包括一切科学。亚里土多德在研究了物体下落现象，通过观察一些这样的物理现象，并总结了当时学者的一些看法后提出：物体下落的快慢是由它们所受的重力决定的，物体越重，下落的越快。在其后两千多年的时间里，人们一直信奉他的这种看法。提问：那么他的看法是否正确呢？有没有轻的物体下落快的现象？ 演示2：把一块纸团和一团棉花分别放到已调平的托盘天平的两个盘中，可以看出纸团比棉花轻，从同一高度同时释放它们学生：纸团先着地，棉花后着地。轻的物体下落快。教师：从这个实验我们又看到，轻的物体比重的物体下落快。可见：亚里士多德的观点是错误的。二、阅读思考分析 在十七世纪时，伟大的物理学家伽利略首先发现了亚里土多德这个观点的内部矛盾，他用简单的逻辑推理，就证明了亚里土多德的观点是错误的。同学们，谁能给大家简单介绍一下伽利略的这个著名的科学推理呢？(引导学生阅读教材P39页“阅读材料”。)（点评：学生自己的阅读，培养学生的归纳总结能力）（实录：学生认真阅读和思考及推理，找到了亚里士多德的矛盾。） 生：按亚里土多德的看法，如果把两个质量不同的物体连在一起，那么快的会由于被慢的连着而减速，慢的会由于被快的连着而加速取一块大石头，设它的下落速度为8，一块小石头，设它的速度为4，将它们检在一起，整个系统的下落速率应该小于8；但是两块石头挂在一起比以前那个速率为8的石头重 这样，从重物比轻物下落得快的假设，就推出了重物下落得更慢的互相矛盾的结论。总结：有时重的物体下落快，有时轻的物体下落快。提问：为什么有时重的物体下落快，有时轻的物体下落快？教师：对，重的物体下落快是我们的生活经验，这也是公元前希腊的哲学家亚里斯多德的观点。这个观点使人们在错误的结论下走的2000多年。同学们听说过伽利略的两个铁球同时落地的故事吗？同学下去看课后阅读材料，伽利略为了证明亚里斯多德观点的错误，他就拿了一个质量是另一个质量10倍的铁球站在比萨斜塔上，使两铁球同时下落，结果两铁球几乎同时落地。 且再看实验：把刚才的纸片揉成团，和小钢球由静止同时下落，同学再观察： 学生：几乎同时落地。教师：同一个纸片，为什么形状不一样，其下落时间就不一样呢？ 提问：为何会出现这种现象呢?引导：空气阻力的作用使问题变得复杂!学生：这是因为空气的阻力的影响。把纸袋揉成团，所受空气的阻力要比纸袋所受空气的阻力小得多，所以与小钢球几乎同时落地。（点评：猜想、观察、思考、理解、体会，学生在教师引导下可以从以上实验中总结结论，提出物体下落快慢与物体质量无关的设想）（实录：从生活经验和亚里士多德的观点出发进行巧妙推理，使亚里士多德的理论陷入自相矛盾的境地，引起了学生探究的兴趣）三、探索观察提问：我们应该怎样研究物体的下落运动？引导：研究问题要从简单复杂，因此先研究没有空气阻力时物体的下落情况（理想化模型）教师：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？ 1971年，美国宇航员斯科特在月球表面上，将一把铁锤和一片羽毛从同一高处同时放下。结果他观察到两个物体同时落“月”。 演示：把事先抽成真空（空气相当稀薄）的牛顿管拿出来，让牛顿管中的硬币、鸡毛、纸片、粉笔头从静止一起下落。 学生：同时落下。 老师：这就是自由落体运动。同学们根据这些过程、结论，给其下一个定义。 学生回答： 在真空中物体只受重力，或者在空气中，物体所受空气阻力很小，和物体重力相比可忽略的条件下，物体从静止竖直下落。板书：1、自由落体运动：(1)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。(2)做自由落体运动的物体，在同一地点从同一高度下落的快慢是相同的。教师：自由落体运动只有在没有空气的空间里才能发生，在有空气的空间里，如果空气阻力的作用可以忽略不计时，物体的下落也可以看做自由落体运动。fG教师：从实验中知道，自由落体运动是一种变速直线运动，那么自由落体运动是什么性质的运动呢？是一般的变速直线运动，还是匀变速直线运动呢？ 学生：（部分）是匀变速直线运动教师：这样说有根据吗？你研究过吗？（反问）, 然后引导学生利用实验验证（点评：培养了学生敢于猜想和假设的能力，反问调动了学生科学探究的欲望，引导学生进入科学探究过程，培养了学生的发散思维能力和实验设计能力）（实录：学生开始构思设计实验方案，学生议论探讨，学生开始实验活动，尝试通过自主研究得出结论。）学生活动:学生分组利用实验仪器测量并计算，在连续相等的时间里的位移差S1、S2、S3：，看S1、S2、S3是否相等S1S2S3S4数据(cm)S(cm)教师:选择学生的纸带进行投影分析，由公式S=aT2可知，若S1、S2、S3近似相等，则可判断出重物自由落体运动是匀加速运动（点评：培养学生严谨的科学态度，培养合作意识用试验来探索而非验证符合现代教育中科学研究的精神，由实验事实和所学过的知识分析，解答问题，培养学生分析问题的能力）（实录：学生进行小组实验操作、操作、记录、思考、交流讨论，教师巡回观察、协助，师生共同参与。实验小组交流，教师评价学生发表实验结果，作出结论）四、感悟研究板书2、自由落体运动的性质：是一种初速度等于零的匀加速直线运动。 教师提问:物体自由下落的是的运动是匀加速运动，不同物体下落的加速度是否相同？(点评：引导学生进入新的问题研究，由实验事实和所学过的知识分析，解答问题，培养学生分析问题的能力)（实录：学生通过分析、思考得出：两物体下落的时间t相同，位移s也相同，由公式S=1/2at2，可得出a相同的结论）教师：物体下落的加速度都相同，那么加速度是多少呢？学生活动：学生分组讨论计算：根据SaT2，计算出自由落体运动的加速度，从同学中收集得到的a的结果，取七八个值进行平均值计算，得到自由落体运动的加速度为g，大小大约为9.8m/s2。教师讲述、提问在同一地点，一切物体在自由落体运动中的加速度都相同，这个加速度叫自由落体加速度，也叫重力加速度，用g表示g是矢量，方向总是竖直向下的大家阅读书上的表格，从表格中你能发现什么，同一地点物体的g值都相同吗？有何规律？一般计算中取何值？粗略计算中取值为多少？学生阅读回答纬度越高，g值越大，而且都接近9.8m/s2。教师活动：教师通过大屏幕投影来说明重力加速度的大小、方向和随位置的变化规律指出一般计算时取g=9.8m/s2，粗略计算中常取g=10m/s2板书3、 自由落体加速度：(1)在同一地点，不同物体作自由落体运动时的加速度相同，这个加速度叫自由落体加速度，也叫做重力加速度，通常用g表示。(2)赤道小，两极大。高山小，平地大。通常情况下g 取9.8m/s2 。(3)重力加速度是矢量，它的方向总是竖直向下的，与重力方向相同。（点评：学生的参与是为了培养兴趣和提高积极性）（实录：学生思考计算后回答）。归纳自由落体运动的规律：由于自由落体运动是初速度为零的匀加速直线运动，所以匀变速直线运动的基本规律及其推论都适用于自由落体运动，只要把V0取零，并且用h来代替高度s，g来代替加速度a就行了。学生思考并回答：五、延伸拓展板书4、自由落体运动的规律：(1)规律： Vtgt hgt2/2Vt22gh（点评：这样可以避免学生死记硬背公式，明确在特定条件下公式的形式，实现知识的迁移。）（实录：学生思考后就能很顺利的得到了自由落体运动的三个公式。）解疑：为什么可以测自己的反应时间，是什么原理，自己的反应时间又是多少呢？（点评：解决导入时设下的疑问，进一步加深自由落体运动的规律的理解。）（实录：学生交流后，学生思考并回答：由下落的高度h，根据公式hgt2/2，就可以求出下落的时间，即人的反应时间）用大屏幕打出例题： 1991年5月11日北京晚报报道了一位青年奋勇接住一个从15层高楼窗口跌出的孩子的动人事迹设每层楼高是2.8米，这位青年从他所在的地方冲到一楼窗下需要的时间是1.3秒请估计一下，他要接住孩子至多允许他有多长的反应时间？（将剪报与题同时投影至屏幕上）（点评：通过本题的分析过程，可以让学生知道如何利用自由落体运动的性质解决自由落体运动问题，既可以养学生科学的思维方式，让学生感受到物理就在我们的身边，又可以向报道中的青年学习，学习那种奋不顾身的精神，渗透思想品德的教育）（实录：学生思考，然后分析过程并解决问题）小结：教师强调：本节课对自由落体运动进行了实验、推理、探索，请同学们思考并回答下面的问题：1、做自由落体运动的条件是什么？1、 为什么说自由落体运动是初速度为零的匀加速直线运动？2、 叙述自由落体运动的规律。（点评：提高学生对信息的归纳，总结和言语表达能力）（实录：学生回答了这三个问题，对知识有了很好的理解和掌握）布置作业1、课本P38练习八(1)、(2)、(3)、(4)。2、看阅读材料伽利略对自由落体运动的研究，进一步体会伽利略的科学研究方法。3、