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2019-2020年高中物理 2.2 自由落體運動教案 粵教版必修1 一、教材分析 自由落體運動是勻變速直線運動的一種具體情形。此前，學(xué)生已經(jīng)學(xué)習(xí)了勻變速直線運動的規(guī)律，也學(xué)習(xí)了研究勻變速直線運動的基本方法，對本課的學(xué)習(xí)，實際上是引導(dǎo)學(xué)生利用已有知識解決生活實際中的問題。組織學(xué)生進行探究活動，既有利于鞏固所學(xué)的知識，培養(yǎng)學(xué)生解決實際問題、探求規(guī)律的能力，還能對學(xué)生進行科學(xué)方法和科學(xué)思想的教育。 本節(jié)課的教學(xué)重點在于說明不同物體自由下落的加速度都是重力加速度ｇ。由于學(xué)生受日常經(jīng)驗的影響，對重的物體下落快，輕的物體下落慢的印象很深，所以本節(jié)課做好實驗十分重要。教學(xué)時可以引導(dǎo)學(xué)生從日常生活經(jīng)驗出發(fā)，通過實驗逐步提出問題（設(shè)疑），讓學(xué)生自己探究（解疑），得出結(jié)論。充分體現(xiàn)了物理是以實驗為基礎(chǔ)的學(xué)科，讓學(xué)生體會科學(xué)推理和科學(xué)實驗是揭示自然規(guī)律的重要方法和手段。 本節(jié)課的教學(xué)難點是掌握并靈活運用自由落體運動規(guī)律解決實際問題。 二、教學(xué)目標(biāo) 1、知識與能力 （1）理解自由落體運動，理解是重力加速度， （2）掌握自由落體運動的規(guī)律， （3）培養(yǎng)學(xué)生分析和綜合、推理和判斷等思維能力。 2、過程與方法 通過觀察輕重不同物體在真空中的下落過程，實際測量重物自由下落的加速度等探究活動，讓學(xué)生體會科學(xué)推理和科學(xué)實驗是揭示自然規(guī)律的重要方法和手段。 3、情感態(tài)度和世界觀 感受前人（亞里士多德）崇尚科學(xué)、勇于探索的人格魅力，培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)務(wù)實的科學(xué)態(tài)度。促進學(xué)生形成科學(xué)思想和正確的世界觀。 先通過觀察生活中的一些現(xiàn)象和提出亞里士多德的理論和設(shè)疑“重物體比輕物體下落快嗎?”，讓學(xué)生通過分組實驗及演示實驗（牛頓管）解疑，理解什么是自由落體運動，明確物體做自由落體運動的條件。并得出做自由落體運動的不同物體，在同一地點從同一高度下落的快慢相同的結(jié)論。接著引導(dǎo)學(xué)生探究“自由落體運動是一種怎樣的運動呢？”，通過分組實驗對自由落體運動進行研究，得出自由落體運動是初速度為零的勻加速直線運動。再提出“你能求出自由落體運動的加速度嗎?”，引導(dǎo)學(xué)生去研究，從而圓滿解決問題。 四、教學(xué)準(zhǔn)備 (1)牛頓管、抽氣機； (2) 10套：紙片、鐵架臺、鐵螺絲、鐵夾、鐵橫桿、紙帶夾、打點計時器（帶復(fù)寫紙片）、紙帶、重錘、海綿墊、接線板；長刻度尺。 五．教學(xué)過程 回顧學(xué)過的知識： + 引入新課： 在日常生活中，我們會看到這種現(xiàn)象：把小石頭和樹葉舉到相同高度，石頭的重量比樹葉重，同時由靜止開始釋放。觀察哪個先落地？ （演示：石頭和樹葉） 觀察結(jié)果：石頭先落地 類似的現(xiàn)象在生活中還有很多，早在公元前4世紀(jì)，古希臘哲學(xué)家亞里士多德通過觀察大量物體下落的現(xiàn)象，歸納出：物體越重，下落得越快。在我們今天看來，他這個說法是否正確呢？ 提問：是不是重的物體一定比輕的物體下落得快呢？（課后有伽利略的推論） 我們可以通過實驗研究這個問題，桌上有兩張紙片（同種材料，質(zhì)量不同）觀察掉落在桌面的情況： 1. 兩張紙平攤，同一高度，同時靜止釋放。 2. 把質(zhì)量小的紙捏成紙團，同一高度，同時靜止釋放。 （讓學(xué)生自己試一試） 我們通過觀察這個現(xiàn)象說明了什么？ 可見，重的物體不一定下落得快，輕的物體下落不一定慢。那么是什么原因造成的呢？ （學(xué)生：受空氣阻力的影響） 我們的神州六號飛船返回時，為了安全的降落，一定的高度要打開降落傘來減速，利用的空氣的阻力。 正是由于有空氣阻力的影響，物體下落得才有快有慢。同學(xué)們想想看，如果沒有空氣阻力的影響，也就是在一個沒有空氣的空間里，物體只受重力，從靜止開始下落的情況是什么樣子呢？ （演示牛頓管） 看，這是一根玻璃管，管中的空氣已經(jīng)用抽氣機抽掉了，里邊有一個金屬片和羽毛，觀察牛頓管里的羽毛和金屬片下落的快慢。 （觀察實驗） 定義：物體在只受重力作用下從靜止開始下落的運動，叫做自由落體運動。 要注意理解“自由”這兩個字：只受重力、初速度為零。 結(jié)合上面的實驗我們一起總結(jié)下，小結(jié)：如果沒有了空氣阻力，不同物體從同一高度做自由落體運動，它們的運動情況是相同的。 這種運動只在沒有空氣的空間里才能發(fā)生。不過，在存在空氣的空間里，如果空氣阻力的影響很小，物體的下落也可以近似看作自由落體運動。 亞里士多德是古希臘的圣人，恩格斯稱他是最博學(xué)的人。限于當(dāng)時科技發(fā)展的水平，他在物理方面的論述，今天看來很多是不恰當(dāng)?shù)?。但是，在兩千年前他能夠通過觀察、歸納，形成自己的一套理論體系，已經(jīng)很不簡單了。我們應(yīng)該正確評價他在科學(xué)發(fā)展史上的地位。 我們知道了什么是自由落體運動，下面我們繼續(xù)深入的分析這種運動。 （演示實驗：將點火花計時器呈豎直方向固定在鐵架臺上，讓紙帶穿過計時器，紙帶下方固定在重錘上，先用夾子夾住紙帶上方，使重物靜止在靠近計時器的下方，然后接通電源，待打點穩(wěn)定后再松開紙帶，讓重物自由下落，計時器就在紙帶上打出一系列小點，那么這些點記錄了重物的運動情況。） 下面大家結(jié)合學(xué)案來分析下紙帶。 提問：軌跡為直線還是曲線？ 答：軌跡為一條直線，物體作直線運動。 提問：是勻速直線運動嗎？ 答：在連續(xù)相等的時間內(nèi)通過的位移不相等，逐漸的增大，所以是加速直線運動。 提問：是勻加速嗎？是如何判斷出來的？ （提示：回憶前面學(xué)過的勻變速直線運動規(guī)律：連續(xù)相等的時間內(nèi)，物體通過的位移之差為定值。這是一個判斷公式，，已知的=0.02秒，見學(xué)案表格。） 答：可以測出連續(xù)相等的時間內(nèi)，物體通過的位移之差為定值（在誤差允許的范圍內(nèi)）。則物體做勻變速直線運動。 我們一起總結(jié)一下：自由落體運動是初速度為零的勻加速直線運動。 提問：能求出自由落體運動的加速度嗎? （同樣根據(jù)上面的公式，我們對自由落體運動的加速度進行計算一下，大家選取不同的時間間隔來讀取數(shù)據(jù)，見學(xué)案表格） 通過多次測量計算： （1）我們通常用g來表示自由落體加速度，也叫重力加速度，數(shù)值近似為9.8，重力加速度的方向總是豎直向下的。在實驗中，如果要獲得更精確的數(shù)據(jù)，還可以用頻閃照相來測量。 （看到課本37面的表格，從表格上可以看出，在不同的地方，g的取值是不同的，緯度越高數(shù)值越大，越靠近赤道數(shù)值越小。） （2）地球上不同的地方，g取值不同。從赤道到兩極，g逐漸增大。同一地點g值相同。 （3）既然自由落體運動是初速為零的勻加速直線運動，那么其運動規(guī)律與一般規(guī)律類似： 不同的物體在同一地點，從相同高度同時自由下落的物體，同時到達地面，根據(jù)，則它們的加速度是相同的。 應(yīng)用： 1：大家看到課后的測定反應(yīng)時間小實驗。 2：測量物體從一定高度的樓房掉下，已知落地時的速度，求高度和下落時間。 附錄： 學(xué) 案 一． 認(rèn)識什么是自由落體。 二． 探究自由落體運動特點，通過分析紙帶，思考下列問題： 1． 紙帶上的點是在一條直線上還是一條曲線上？ 2． 重錘是在作勻速直線運動嗎？ 3． 是加速還是減速運動？ 4． 是勻加速運動嗎？我們怎樣去判斷呢？ 我們可以通過測量在連續(xù)相等的時間間隔內(nèi)，物體通過的位移之差是否為一個定值。若為定值，則是勻變速直線運動。（見表一） 表一： 點 相鄰計數(shù)點間的位移S 位移之差 0 1 = -= 2 = -= 3 = -= 4 = -= 5 = 5． 既然是勻加速直線運動，那它的加速度是多少呢？ 我們還可以利用位移之差，求出加速度a。其中=0.02秒，下面我們動手計算一下：a= . 三． 試著寫出自由落體運動的規(guī)律： 教學(xué)步驟 一、導(dǎo)入新課 1、復(fù)習(xí)：什么是勻變速直線運動，其速度公式、位移公式分別是什么？ 2、導(dǎo)入：同學(xué)們，我們通常有這樣的生活經(jīng)驗：重的物體比輕的物體落得快，物體下落的速度到底與物體的質(zhì)量有沒有關(guān)系呢？我們這節(jié)課就來研究這個問題。 二、新課教學(xué) 實驗：讓一個紙袋與小鋼球同時自由下落，可看到什么現(xiàn)象？ 學(xué)生：鋼球落得快。 老師：對，這就是我們的生活經(jīng)驗，這也是公元前希臘的哲學(xué)家亞里斯多德的觀點。這個觀點使人們在錯誤的結(jié)論下走的xx多年。同學(xué)們聽說過伽利略的兩個鐵球同時落地的故事嗎？伽利略做過大量的由靜止下落的實驗，并且還用歸謬法、數(shù)學(xué)圖利都證明了亞里斯多德的觀點是錯誤的。同學(xué)下去看課后閱讀材料，伽利略為了證明亞里斯多德觀點的錯誤，他就拿了一個質(zhì)量是另一個質(zhì)量10倍的鐵球站在比薩斜塔上，使兩鐵球同時下落，結(jié)果兩鐵球幾乎同時落地。 且再看實驗：把剛才的紙袋揉成團，和小鋼球由靜止同時下落，同學(xué)再觀察： 學(xué)生：幾乎同時落地。 師：同一個紙袋，為什么形狀不一樣，其下落時間就不一樣呢？ 學(xué)生：這是因為空氣的阻力的影響。把紙袋揉成團，所受空氣的阻力要比紙袋所受空氣的阻力小得多，所以與小鋼球幾乎同時落地。 老師：如果真的把質(zhì)量、形狀不同的物體放在真空中，從同一高度自由下落，和伽利略的結(jié)論一樣嗎？ 演示：把事先抽成真空（空氣相當(dāng)稀?。┑呐ｎD管拿出來，讓牛頓管中的硬幣、雞毛、紙片、粉筆頭從靜止一起下落。 學(xué)生：同時落下。 演示：把小鋼球裝進紙袋，與另一個小鋼球同時下落。 現(xiàn)象：同時落地。 老師：這就是自由落體運動。同學(xué)們根據(jù)這些過程、結(jié)論，給其下一個定義。 學(xué)生回答： 在真空中物體只受重力，或者在空氣中，物體所受空氣阻力很小，和物體重力相比可忽略的條件下，物體從靜止豎直下落。 1、自由落體運動 板書：自由落體運動：物體只在重力的作用下從靜止開始下落的運動。 2、自由落體運動的加速度 距我們?nèi)俣嗄昵暗馁だ越?jīng)過大量的實驗、嚴(yán)密的數(shù)學(xué)推理、得出：自由落是初速度為零的勻加速直線運動。 后來人們采用先進的實驗手段測得：一切物體的自由落體的加速度都相同，這個加速度叫重力加速度，用g表示 同學(xué)們請閱讀材料P37頁內(nèi)容，能得到什么知識？ 總結(jié)：地球上不同的緯度、g值不同。其方向為豎直向下。通常的計算，g值取9.8m/s2，粗略計算：g=10m/s2 3、自由落體運動的規(guī)律 因為自由落體運動是初速度為零，加速度為g的勻加速直線運動，請同學(xué)們推出其速度公式，位移公式以及位移——速度公式。 學(xué)生推導(dǎo)得出： （1）甲物體的質(zhì)量是乙物體質(zhì)量的2倍，甲從H米高處自由落下，乙從2H米高處與甲同時自由下落，下面說法中正確的是： A：兩物體下落過程中，同一時刻甲的速度比乙的速度大。 B：下落過程中，下落1s末時，它們速度相同。 C：下落過程中，各自下落1m時，它們的速度相同。 D：下落過程中，甲的加速度比乙的大。 （2）做自由落體運動的物體第n秒通過的位移比第1秒內(nèi)通過的位移多少米？g＝10 三、小結(jié) 自由落體運動的條件；自由落體運動就是初速度為零的勻變速直線運動，運動規(guī)律的三個公式。