自由落体运动教学案例

1、自由落体运动教学案例 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初速度为零的匀加速直线运动。 2、能用打点计时器得到相关的运动轨迹并能自主进行分析。3、知道什么是自由落体的加速度，知道它的方向，了解在地球上的不同地方，重力加速度大小不同。4、掌握如何从匀变速直线运动的规律推出自由落体运动规律，并能够运用自由落体规律解决实际问题。5、初步了解探索自然规律的科学方法，重点培养学生的实验能力和推理能力。【过程与方法】指导学生进行不同层次的实验探究，从探究物体下落快慢与质量的关系开始，接着探究物体自由下落的运动规律和加速度，直到最后利用自由落体规律探究生活中一些自由落体运动的

2、规律。在探究过程中让学生进一步体验科学探究方法：1、会根据现象进行合理假设与猜想的探究方法。2、会利用实验数据分析并能归纳总结出物理规律的方法。3、善于进行观察，并能独立思考或与别人进行讨论、交流。【情感态度与价值观】1、通过指导学生探究，调动学生积极参与讨论，培养学生学习物理的浓厚兴趣。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。3、培养学生的团结合作精神和协作意识，敢于积极探索并能提出与别人不同的见解。二、教学重点1自由落体运动的概念及探究自由落体运动的过程。2掌握自由落体运动的规律，并能运用其解决实际问题。三、教学难点理解并运用自由落体运动的条件及规律解决实

3、际问题。四、教具准备 多媒体课件、牛顿管、形状大小相同的金属片与纸片、打点计时器、铁架台、纸带、重物等。五、教学过程【探究一】：在现实生活中，不同物体的落体运动，下落快慢相同吗？演示实验1：将形状大小相同的金属片与纸片从距离地面同高度由静止开始同时释放，二者是否同时落地？学生猜想：金属片先落地。实验现象：金属片比纸片先落地。学生分析原因：1、金属片比纸片重下落得快。2、纸片受阻力比金属片的大，纸片下落得慢。演示实验2：将纸片揉成纸团后重复上面的探究实验，二者是否同时落地？学生猜想：金属片先落地。实验现象：金属片比纸片先落地，但与纸团下落的时间在大缩小。学生分析原因：纸团受阻力大大减小，所以纸片

4、下落的时间与金属片下落的时间大缩短。提问：通过演示实验2，物体下落快慢与质量有关吗？学生问答：物体下落快慢似乎与质量无关。演示实验3：牛顿管实验（1）当管中有空气时，不同物体下落快慢不同。（2）将管中空气抽干净后，不同物体下落快慢相同。学生分析原因：影响物体下落运动快慢的因素是空气阻力，没有空气阻力时，只在重力作用下轻重不同物体下落快慢相同。【板书】自由落体运动1、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。2、条件：（1）从静止开始下落（即初速度为零）；（2）只受重力作用（当空气阻力同重力相比很小，可忽略不计，物体下落也可看作自由落体运动【探究二】：自由落体运动是什么性质

5、的运动？学生提出探究方案：关键是用纸带分析物体自由下落的运动性质及加速度特点用打点计时器记录自由落体运动，分析纸带得出物体运动的特点。需要哪些实验器材？器材？实验操作如何进行？作如何进行？怎样设计表格记录实验数据并进行数据处理？实验数据并进行数据处理？实验器材：铁架台、电磁打点计时器及复写纸、纸带若干、低压交流电源、刻度尺、重锤、导线、电键。实验操作步骤：1、将打点计时器按照图中所示安装在铁架台上；2、取大约1m长的纸带一条，把纸带的一端穿 过打点计时器的限位孔，用挂有重物的夹子夹住， 用手把纸带的另一端竖直提起，使夹子停靠贴近在打 点计时器的下端。3、接通电源开关，果断松开纸带，让重物自由下

6、落， 打点计时器在纸带上打出一系列计时点。4、从夹子上取下纸带，观察纸带上的计时点是否清晰，如果不够清晰，再 重复实验。5、挑选点迹清晰的纸带，舍弃前面点子密集的部分，从点子间隔合适的地 方开始取测量点0，随后，每隔1个(或2个)计时点为一个测量点，分别标 注1、 2、，6、7，这样，测量 点之间的时间间隔为t=0.04s(或 t=0.06s)，也可以将每个计时点标为计数点，这样时间间隔为t=0.02s.6、用直尺测量出各个测量点到0的读数。7、整理实验仪器。8、选择求证重物运动性质的方法，并进行证明。9、确定求重力加速度的方法，并进行求解。【学生动手操作与演示】：观看用打点计时器研究自由落体

7、运动的视频，并按上述操作步骤完成探究实验，选出一些纸带。实验所得纸带：【思考】：如何对实验数据进行处理，证明自由落体动是匀变速直线运动，并求出其加速度。方法一：建立s与t2的关系图象，判断出自由落体运动是匀加速直线运动。测量点n123456距打下第一点的距离sn(10-3m)1.97.717.330.748.069.1距打下第一点的时间tn(s)0.020.040.060.080.100.12tn2(10-3s2)0.41.63.66.410.014.4由st2图象可判断出物体运动作初速度为匀加速直线运动。25如图坐标系中，第2点的坐标为（1.610-3、7.710-3），第2点的坐标为（10

8、.010-3、48.07.710-3）由 得 思考：此种方法对所选择的纸带有何要求？方法对二、把得到的纸带按相等的时间剪断，按顺序并排粘贴在vt坐标系中，观察纸带中点的连线，判断出自由落体运动是匀加速直线运动，或者作出vt 图像 来判断自由落体运动是匀加速直线运动。测量点n123456（n-1）与（n+1）点间的距离s(10-3m)7.715.423.030.738.4 （n-1）与（n+1）点间的时间t (s)0.040.040.040.040.04 瞬时速度 vn=s/t (m/s)0.190.390.580.770.96 1、剪下的每段纸带的长度，表示在相同的时间间隔内位移的大小，由v=

9、x/t知，v与x成正比，则纸带的长度可表示速度的大小，把剪断的纸带按顺序并排粘贴在vt坐标系中，观察纸带中点的连线，可判断出自由落体运动是匀加速直线运动。2、作出物体运动的vt图象如下，可知物体作匀加速直线运动。如图坐标系中，第1点的坐标为（0.02、0.19），第4点的坐标为（0.082、0.77）则由由方法二中求出的各点的瞬时速度可得：方法三：利用公式SS2S1S3S2aT2定量判断出自由落体运动是匀加速直线运动。测量点n0-11-22-33-44-55-6相邻两计数点间距离sn(10-3m)1.95.89.613.417.321.1相邻两计数点间距离之差sn (10-3m)3.93.83

10、.83.93.8由上表中sn 的值知，物体作匀变速直线运动。1、求出相邻两计数点距离之差的平均值sn，由snaT2可求出物体做自由落体运动的加速度。2、由逐差法求出物体做自由落体运动的加速度。 由以上推理得：自由落体运动的性质：自由落体运动是初速度为零的匀加速直线运动。加速度方向总是竖直向下。【板书】自由落体加速度在同一地点，一切物体在做自由落体运动中的加速度都相同，这个加速度叫自由落体加速度(free-fall acceleration),也叫重力加速度(gravitational acceleration )，用g 表示。在通常的计算中， g = 9.8 m/s 2或g = 10 m/s

11、2 。重力加速度方向总是竖直向下（不是垂直向下）。【学生阅读教材P44】：找出重力加速度的变化规律重力加速度的变化规律： 在同一地点重力加速度g的大小是相同的，在不同的地方，g的值略有不同(1)纬度越大的地方，g越大(2)高度越高的地方，g越小但是，在通常情况下，g的变化不大，一般取g9.8m/s2，粗略计算时，取g10m/s2.【思考】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。你能写出自由落体运动的规律吗？【板书】自由落体运动的规律 匀变速直线运动自由落体运动速度与时间 位移与时间 速度与位移 匀变速直线运动的规律对自由落体运动同样适用。【自由落体运动应用】【你知道吗？】1、自由

12、落体运动是（ D ）A物体不受任何作用力的运动 B物体在真空中的运动C加速度为g的竖直下落运动 D初速度为零，加速度为g的竖直下落运动2、（2010年全国卷2）利用图中所示的装置可以研究自由落体运动。实验中需要调整好仪器，接通打点计时器的电源，松开纸带，使重物下落。打点计时器会在纸带上打出一系列的小点。（1）为了测试中午下落的加速度，还需要的实验器材有。（填入正确选项前的字母） A.天平 B.秒表 C.米尺（2）若实验中所得到的重物下落的加速度值小于当地的重物加速度值，而实验操作与数据处理均无错误，写出一个你认为可能引起此错误差的原因： 。【解析】（1）时间由打点计时器测定，用米尺测定位移，答

13、案C。（2） 打点计时器与纸带之间存在摩擦。【看看你的反应快慢】 请一位同学与你合作，让他用两个手指捏住长尺上端，你的拇指与食指拳曲成环状放在尺下端的零刻度周围(手的任何部位都不要碰到尺，见下图)当他一松手、尺子开始下落时，你立刻把尺握住记下握住尺的位置，读出尺下落的高度，就能算出你的反应时间，你想知道这样做的原理吗？人从发现问题到采取相应行动所用的时间称反应时间，该时间越小说明人的反应越灵敏。反应时间可以用上述方法粗略地测定。若你在上述实验中实验前手指指在直尺上10cm处，捏住直尺时手指指在20cm处，则你的反应时间是多少？（0.14s）不同的人的反应时间相同吗，想一想怎样设计一把测定反应时

14、间的时间尺？石子下落径迹落径迹【你能行吗？】有一种“傻瓜”照相机，其光圈(进光孔径)随被拍摄的亮度自动调节，而快门(曝光时间)是固定不变的为估测该照相机的曝光时间，实验者从某砖墙前的高处使一个石子自由落下，拍摄石子在空中的照片如下图所示由于石子的运动，它在照片上留下了一条模糊的径迹已知每块砖的平均厚度为6cm.拍摄到的石子位置A距石子起落点竖直距离约2m，怎样估算这个照相机的曝光时间？ 分析：石子下落可简化为如图所示：由自由落体运动规律可得：解析：石子做自由落体运动，它留下的径迹AB的对应运动时间即为曝光时间。设开始下落点为O，由照片可发看出AB长对应两块砖的厚度，即AB=62cm=0.12m

15、，OA=2.0m，故OB=2.12m，由知，从O至A和从O至B所用时间分别为所以曝光时间为【熟能生巧】 频闪摄影是研究变速运动常用的实验手段.在暗室中,照相机的快门处于常开状态,频闪仪每隔一定时间发出一次短暂的强烈闪光,照亮运动的物体,于是胶片上记录了物体在几个闪光时刻的位置.如图是小球自由下落时的频闪照片,频闪仪每隔0.04s闪光一次,.如果要通过这幅照片测量自由落体加速,可采用哪几种方法(照片中的数字是小球距起落点距离,单位). (提示:通过计算法或求出瞬时速度后作速度时间图象等方法可求得g=10/s) 分析：按照探究自由落体运动的性质中求加速度的多种方法可以求出小球自由下落的加速度。（解答过程略）【触类旁通】利用水滴下落可以测出当地的重力加速度g。调节水龙头，让水一滴一滴地流出，在水龙头的正下方放一盘子，调节盘子的高度，使一个水滴碰到盘子时恰好有另一水滴从水龙头开始下落，而空中有一个正在下落的水滴。测出水龙头到盘子的高度为h,再用秒表测时间，以第一个水滴离开水龙头开始计时，到第n个水滴落在盘中，共用时间为t，则当地的重力加速为多大？解析：由题意知，当第第n个水滴落在盘中时，空中还有一个水滴，设两相邻的水滴之间的时间间隔为t，则有：，又由，当地的重力加速度为：课堂小结：自由