【人教版2019必修第一册】高一物理4自由落体运动（教学设计）教案

第4节自由落体运动（教学设计）年级高一年级学科物理教师课题第4节自由落体运动教学目标物理观念理解自由落体运动的特点和规律。会运用自由落体运动的特点和规律解答相关问题。科学思维通过观察演示实验，概括出自由落体运动的特点，提高观察、分析能力。科学探究通过实验探究自由落体运动的规律；会利用打点计时器测量自由落体加速度。科学态度与责任养成严谨的科学态度和实事求是的科学作风。教学重难点1.知道物体做自由落体运动的条件,知道自由落体运动是初速度为零的匀加速直线运动(重点)。2.能够通过实验判断自由落体的运动性质(重点)。3.能够运用自由落体运动的规律和特点解决有关问题(重难点)。教学过程教师活动学生活动导入新课教师：左右手各放一个小球和一个气球,置于同一高度,同时松手,让学生观察二者的落地情况。教师：若将气球放在小球上，小球和气球谁先落地？学生：提出猜想:(1)小球先落地,气球缓慢下落。(2)二者同时落地。(3)小球落地,气球上升。教师：进行实验演示,让学生观察。学生：可以发现二者同时落地。教师：通过实验对比,请大家思考一下:物体下落的快慢与什么因素有关?新课讲授一、自由落体运动教师：探究活动:轻重不同的物体下落快慢是否相同。教师：引导学生分组讨论,设计实验方案,利用准备好的器材做实验,观察现象,然后提出问题,让学生分组交流,展开辩论。实验1:将一元硬币与等大的纸片从同一高度由静止释放,观察谁落地快。教师：提问:能不能得出物体越重下落越快?实验2:将一小石子与一比小石子重的大纸片从同一高度由静止释放,观察谁落地快。教师：提问:能不能得出物体越轻下落越快?师生：小结:从观察到的现象看,物体下落的情况比较复杂,直观感觉和经验告诉我们,有时重的物体下落快,有时轻的物体下落快,物体下落的快慢不仅与重力有关,还与其他因素有关,对具体问题要具体分析。教师：提问:那么是什么因素在起作用呢?实验3:取两张完全相同的白纸,它们的重力相同,这样重力对下落的作用是一样的,把其中一张白纸揉成纸团,让它们从同一高度由静止释放,观察谁落地快。教师：提问:重力相同的物体能否同时落地,为什么?实验4:取一元硬币1枚,与一元硬币等大的纸片1张,将纸片揉成团,让它们从同一高度由静止释放,观察谁落地快。教师：提问:物体下落的快慢与重力有关吗?那么为什么有时重的物体下落快呢?是什么因素在起作用呢?学生：可能是空气阻力的作用。教师：如果没有空气阻力的话,物体自由下落的情况会怎样呢?我们通过实验来检验。教师：演示牛顿管实验,引导学生观察现象。学生：得出结论:若无空气阻力,不同物体自由下落的快慢相同。师生：归纳总结:物理学中,把物体只在重力作用下从静止开始下落的运动,叫作自由落体运动。在日常生活中,物体下落时不可能不受空气阻力,如果空气阻力对于重力而言很小而可以忽略的话,物体由静止下落的运动就可以看成自由落体运动。所以,自由落体运动是一个理想化的过程,通过理想化突出主要因素,忽略次要因素,从而使问题简单化,这是物理学中常用到的一种研究问题的科学方法。

例1关于自由落体运动,下列说法正确的是()A.春天下毛毛细雨,雨滴下落的过程可看作自由落体运动B.卫星返回舱返回地球过程中的运动可看作自由落体运动C.从二楼阳台由静止释放的一把钥匙,可近似看作自由落体运动D.从水平飞行的飞机上释放的大包救灾物资,物资将做自由落体运动答案C解析春天下毛毛细雨,雨滴下落的过程受到空气阻力作用不能忽略,则雨滴下落的过程不是自由落体运动,选项A错误;卫星返回舱返回地球过程中要受到大气的阻力作用,则返回舱的运动不能看作自由落体运动,选项B错误;从二楼阳台由静止释放的一把钥匙,空气阻力可忽略不计,可近似看作自由落体运动,选项C正确;从水平飞行的飞机上释放的大包救灾物资,物资由于有水平速度,同时空气的阻力也不能忽略不计,则不是做自由落体运动,选项D错误。学生分组讨论，交流,展开辩论。新课讲授二、自由落体加速度教师：介绍伽利略如何用简单明了的科学推理,巧妙地揭露了亚里士多德学说内部的矛盾,并推断自由落体运动是一种匀加速运动。伽利略用科学推理揭示自然规律的方法,对现代的科学研究仍然有着重要的指导意义。下面我们就用实验来研究自由落体运动,并揭示出它的规律。师生：共同进行实验。教师：用打点计时器打出若干条重锤自由下落运动的纸带,并将打出的纸带分发到各学生小组。学生：分组进行有关测量,测出相邻点间的距离s,计算出各点的瞬时速度及重锤运动的加速度。师生：交流并展示结果,归纳总结:(1)自由落体运动是初速度为0的匀加速运动。(2)在同一地点,一切物体在自由落体运动中的加速度都相同,这个加速度叫作自由落体加速度,又叫重力加速度,用“g”表示,方向竖直向下,通常情况下g=9.8m/s2,粗略计算时也可取10m/s2。教师：引导学生按匀变速直线运动的知识推导出自由落体运动的规律,并到黑板上推导。学生：得出自由落体运动的规律:v＝gt，x＝eq\f(1,2)gt2，v2=2gh。例1关于自由落体加速度，下列说法正确的是()A．物体的质量越大，下落时加速度越大B．在同一高度同时由静止释放一大一小两个金属球，二者同时着地，说明二者运动的加速度相同，这个加速度就是当地的自由落体加速度C．北京的自由落体加速度比广东的稍小D．以上说法都不对答案B解析自由落体运动是忽略空气阻力的运动，无论质量大小，下落时加速度都是g，选项A错误；在同一高度释放的金属球受到的空气阻力远小于金属球的重力，金属球做自由落体运动，故金属球运动的加速度为当地的自由落体加速度，选项B正确，D错误；北京的自由落体加速度比广东的大，选项C错误．例2如图甲所示，将打点计时器固定在铁架台上，使重物带动纸带从静止开始自由下落，利用此装置可以测得自由落体加速度．(1)所需器材有：电磁打点计时器、纸带、复写纸、带铁夹的铁架台和带夹子的重物，此外还需(填字母代号)．A．直流电源 B．天平及砝码C．8V交变电源 D．毫米刻度尺(2)已知电磁打点计时器的工作频率为50Hz，实验中得到的一条纸带如图乙所示，A、B、C、D、E是打点计时器连续打出的点，图中四个数据中不符合有效数字要求的一组数据应改为________cm；在打下点D时重物的速度大小为m/s.重物的加速度大小为_______m/s2.该实验中测得的自由落体加速度的值偏小，其主要原因是.答案(1)CD(2)2.001.4839.625实验中存在摩擦力及空气阻力解析(1)电磁打点计时器需接8V交变电源．自由落体加速度与物体的质量无关，所以不需要天平和砝码．计算速度需要测量相邻计数点间的距离，需要毫米刻度尺，故A、B错误，C、D正确．(2)用毫米刻度尺测量长度，测量结果要求估读到最小刻度的下一位，这四个数据中不符合有效数字要求的是2.0cm，应改为2.00cm.A、B、C、D、E是打点计时器连续打出的点，因此相邻两点之间的时间间隔为T＝0.02s；根据匀变速直线运动某段时间中间时刻的速度等于该时间段的平均速度求出D点速度为vD＝eq\f(xCE,2T)＝eq\f(0.1032－0.0439,0.04)m/s≈1.483m/s；根据逐差法有a＝eq\f(xCE－xAC,4T2)＝eq\f(0.1032－0.0439－0.0439,4×0.022)m/s2＝9.625m/s2.由于重物下落的过程中不可避免地存在摩擦力及空气阻力，因此所测自由落体加速度的值比实际值要小．例3从离地面500m处自由落下一个小球，不计空气阻力，取g＝10m/s2，求：(1)小球落到地面需要的时间；(2)开始下落后第1s内的位移大小和最后1s内的位移大小；(3)下落时间为总时间一半时的位移大小．答案(1)10s(2)5m95m(3)125m解析(1)小球做自由落体运动，根据x＝eq\f(1,2)gt2可得t＝eq\r(\f(2x,g))＝eq\r(\f(2×500,10))s＝10s.(2)第1s内的位移x1＝eq\f(1,2)gt12＝eq\f(1,2)×10×12m＝5m前9s内的位移x9＝eq\f(1,2)gt92＝eq\f(1,2)×10×92m＝405m最后1s内的位移Δx＝x－x9＝500m－405m＝95m.(3)t′＝eq\f(t,2)＝5s位移x5＝eq\f(1,2)gt′2＝eq\f(1,2)×10×52m＝125m.教师：归纳总结:我们运用了物理学中的理想化方法,从最简单、最基本的情况入手,抓住影响运动的主要因素,去掉次要的非本质因素的干扰,建立了理想化的物理过程——自由落体运动。理想化是研究物理问题常用的方法之一,在后面的学习中还要用到。通过分析处理实验数据,我们得出了自由落体运动的概念,结合匀变速直线运动的规律推导出自由落体运动的规律。要学会研究问题的方法,而不仅仅是知识本身。知识的结论当然重要,但更重要的是如何获取知识和处理知识。学生配合教师共同完成实验。课堂练习1.下列关于自由落体运动的说法正确的是()A．自由落体运动是一种初速度为零的匀加速直线运动B．从竖直上升的热气球吊篮中掉下的物体的运动是自由落体运动C．在空气中下落的雪花的运动是自由落体运动D．只在重力作用下的运动必定是自由落体运动答案A解析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，故A正确；从竖直上升的热气球吊篮中掉下来的物体具有向上的初速度，所以不是自由落体运动，故B错误；在空气中下落的雪花受到的空气阻力不能忽略不计，不是自由落体运动，故C错误；只在重力作用下但初速度不为零的运动不是自由落体运动，故D错误．2.(多选)下图中可以表示物体做自由落体运动的是()答案BC解析自由落体运动的速度公式为v＝gt，可知t＝0时v＝0，且v与t成正比，故A错误，B正确．自由落体运动的加速度恒为g，故C正确．由自由落体运动的位移公式x＝eq\f(1,2)gt2可知，x与t2成正比关系，故D错误．3.在某静止的塔吊顶上操作工人不小心掉落一串钥匙，忽略空气对钥匙的作用力，2s末钥匙落地，重力加速度g＝10m/s2，则塔吊顶离地面的高度约为()A．20m B．25mC．40m D．45m答案A解析忽略空气对钥匙的作用力，钥匙做自由落体运动，由自由落体运动位移公式，解得钥匙在2s内下落的高度，即塔吊顶离地面的高度约为h＝eq\f(1,2)gt2＝eq\f(1,2)×10×22m＝20m，A正确，B、C、D错误．4.人从发现情况到采取相应行动所用的时间叫反应时间．如图，同学甲两个手指捏住刻度尺一端，刻度尺零刻度线一端靠近地面，由于刻度尺零刻度处有破损，同学乙在刻度尺5cm刻度处做握尺准备，且手的任何部位都与刻度尺不接触．当乙看到甲放手时，立即握住刻度尺，发现所握处刻度值为45cm，g取10m/s2，则同学乙的反应时间约为()A．0.2sB．0.3sC．0.4sD．0.5s答案B解析依题意，同学乙的反应时间内刻度尺做自由落体运动，下落的高度为h＝45cm－5cm＝40cm＝0.40m，根据自由落体运动公式，有h＝eq\f(1,2)gt2，解得t＝eq\r(\f(2h,g))＝eq\r(\f(2×0.4,10))s≈0.3s，故选B.5.某物体做自由落体运动，g取10m/s2，则()A．第2s内的平均速度为10m/sB．第3s内的位移为45mC．后一秒内的位移总比前一秒内的位移多5mD．后一秒内的平均速度总比前一秒内的平均速度大10m/s答案D解析由平均速度公式知第2s内的平均速度eq\x\to(v)2＝v1.5＝g×1.5s＝15m/s，选项A错误；由位移比关系可知x1∶x3＝1∶5，x1＝eq\f(1,2)gt2＝5m，所以第3s内的位移为25m，选项B错误；由Δx＝gt2得，后一秒位移比前一秒位移多10m，选项C错误；平均速度等于时间中点的瞬时速度，那么前一秒的中间时刻与后一秒的中间时刻的时间差为1s，即后一秒内的平均速度总比前一秒内的平均速度大10m/s，选项D正确．课堂小结板书设计第4节自由落体运动一、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．2．物体的下落可看作自由落体运动的条件：空气阻力的作用比较小，可以忽略．二、自由落体加速度1．定义：在同一地点，一切物体自由下落的加速度都相同，这个加速度叫作自由落体加速度，也叫作重力加速度，通常用g表示．2．方向：竖直向下．3．大小(1)在地球表面，g值随纬度的增大而逐渐增大．(2)一般取值：g＝9.8m/s2或g＝10