2024年高中物理第二章第5節(jié)自由落體運動教案新人教版必修1

PAGEPAGE11自由落體運動【學(xué)習(xí)任務(wù)分析】

本節(jié)內(nèi)容是對前幾節(jié)運動學(xué)的學(xué)問和探討方法的應(yīng)用和提升。通過演示試驗和學(xué)生合作試驗，分析得出自由落體運動的性質(zhì)，明確重力加速度的意義，不僅使學(xué)生對自由落體運動規(guī)律有詳細、深化的相識和規(guī)律在實際問題中的應(yīng)用，而且使學(xué)生在獨立獲得物理學(xué)問、探究物理規(guī)律、解決物理問題等方面獲得詳細的成果，體驗科學(xué)探討的方法，讓學(xué)生得到成功的體驗，享受成功的愉悅，激發(fā)學(xué)習(xí)的熱忱和責(zé)任感。

本節(jié)教學(xué)的重點在于引導(dǎo)學(xué)生思索探討自由落體運動的試驗原理和方法，特殊是利用打點計時器記錄運動軌跡和時間的方法及試驗數(shù)據(jù)處理、結(jié)論得出、誤差分析等試驗方法。

本節(jié)教學(xué)的難點在于試驗探究的思路、方法。

【學(xué)習(xí)者分析】

學(xué)生前面已相識描述運動的基本物理量──位移、路程、速度、加速度，駕馭勻變速直線運動的規(guī)律，并且通過對以上問題的探討，已體會到物理學(xué)探討問題的一些方法，如運用志向模型和數(shù)學(xué)方法（圖象、公式），以及測加速度、處理試驗數(shù)據(jù)等方法。

【教學(xué)目標(biāo)】

1．通過視察演示試驗概括出自由落體運動的條件，滲透物理方法，從而培育學(xué)生的視察、概括、科學(xué)抽象實力。

2．通過學(xué)生的合作試驗探討自由落體運動的規(guī)律，領(lǐng)悟科學(xué)探究方法（提出問題、猜想假設(shè)、設(shè)計試驗方案、分析試驗數(shù)據(jù)、總結(jié)溝通結(jié)論成果），理解自由落體運動的實質(zhì)是加速度為g的勻加速直線運動。

3．歸納出自由落體加速度的大小和方向，會判別不同地點重力加速度的大小。

4．運用志向化方法，通過比較重力與空氣阻力的大小，將實際問題轉(zhuǎn)化為自由落體問題。

5．會運用勻變速直線運動的規(guī)律解決自由落體的問題，激發(fā)學(xué)生探究科學(xué)的熱忱，增加學(xué)生將物理學(xué)問應(yīng)用于生活和生產(chǎn)的意識。

【教學(xué)過程設(shè)計】

讓學(xué)生利用已有的學(xué)問和方法，經(jīng)驗科學(xué)探究的過程，培育科學(xué)探究實力，體現(xiàn)物理學(xué)是以試驗為基礎(chǔ)這一特點，詳細設(shè)計思路流程如右圖。虛線框內(nèi)為探究過程。

【教學(xué)過程】

一、通過演示試驗，引出要探究的問題

1．概括落體運動是豎直向下的直線運動

(1)懸掛在鐵架臺上的小球，它受到幾個力的作用？（重力、懸線拉力）

演示1：用火將懸線燒斷，引導(dǎo)學(xué)生視察小球的運動。

（學(xué)生視察到：小球在重力作用下，沿豎直方向作直線運動。）

(2)落體運動是最常見的一種運動

演示2：石塊、粉筆頭從手中落下

(3)結(jié)論：任何物體只在重力作用下自由下落，都是沿著豎直方向作直線運動。

（過渡：這節(jié)課，我們就來學(xué)習(xí)一種特殊的下落運動。）

（板書：自由落體運動。）

2．物體下落快慢的因素分析

(1)提出問題：原委是重的物體下落快還是輕的物體下落快呢？

演示3：等大鐵片和紙片同時、等高、無初速下落。

（學(xué)生視察到：重的鐵片先落地。）

(2)得出“物體越重下落越快”的結(jié)論。觀點是否正確呢？你能否設(shè)計試驗證明你的觀點？

（激發(fā)學(xué)生思索）

(3)讓學(xué)生上講臺演示其設(shè)計的試驗，并說明其觀點。

學(xué)生演示：較重的鐵紙片和輕小紙團同時、等高、無初速下落，或等大的鐵片和紙片疊在一起無初速下落。

（學(xué)生視察到：輕小紙團比較重的鐵片下落快，或鐵片和紙片一樣快。）

(4)引導(dǎo)學(xué)生得出正確結(jié)論

①依據(jù)前面的試驗和分析，同學(xué)們猜想一下，物體下落的快慢跟重力的大小有什么關(guān)系呢？（生：沒有關(guān)系。）

②那怎么說明前面的試驗現(xiàn)象呢？

（生：空氣阻力影響了物體下落的快慢。）

③同學(xué)們猜想一下，假如完全沒有空氣阻力的影響，輕、重物體誰下落得快呢？

演示4：科普學(xué)問：1971年美國宇航員斯科特在月球上讓一把錘子和一根羽毛同時下落，視察到它們同時落到月球表面。

演示5：錢羽管試驗

（學(xué)生視察到：在抽去空氣的錢羽管內(nèi)，輕重不同的鐵片、羽毛同時落下。）

結(jié)論：在沒有空氣阻力時，物體下落的快慢跟物體重力無關(guān)。我們把這樣的運動稱為自由落體運動。

（板書：定義：物體只在重力作用下，由靜止起先的下落運動叫自由落體運動。）

(5)在日常生活中，我們平常見到的落體運動由于大氣層的存在，自由落體運動是一種志向運動，但駕馭了這種志向運動的規(guī)律，也就為探討實際運動打下了基礎(chǔ)。當(dāng)空氣阻力不太大，與重力相比較可以忽視時，實際的落體運動可以近似地當(dāng)作自由落體運動。

（讓學(xué)生體會自由落體運動有著普遍的意義和現(xiàn)代科技的發(fā)展與人類科學(xué)探究進程的關(guān)系。）

演示6：體積相同的小木球和小鐵球同時、同高、無初速落下。

（學(xué)生視察到：兩球幾乎同時落地。）

結(jié)論：（板書：自由落體運動的條件：a·從靜止起先下落，初速為零；b．只受重力，或其他力可忽視不計。）

（說明：讓學(xué)生思索、探討，明確空氣阻力使下落物體的運動表現(xiàn)得很困難，科學(xué)探討的第一步是先忽視空氣阻力，探討物體不受空氣阻力的運動。在這樣的學(xué)習(xí)中，學(xué)生不僅可以提高視察與推理的實力，而且會漸漸形成視察與思索的習(xí)慣。）

（過渡：人們依據(jù)簡潔的視察所得到的直覺觀念和結(jié)論往往不確定都是牢靠的，應(yīng)當(dāng)用科學(xué)試驗對它們進行檢驗。）

二、探究探討過程

1．提出問題

(1)那么自由落體運動是什么性質(zhì)的運動呢？（生：（部分）是勻變速直線運動。）如是，怎樣通過試驗驗證？

(2)它的加速度與哪些因素有關(guān)？與落體質(zhì)量有關(guān)嗎？

(3)你的說法有依據(jù)嗎？你探討過嗎？（反問）

2．猜想假設(shè)

(l)落體運動既然是自然界最常見、最普遍的一種運動，那么其中必定隱藏著最簡潔的規(guī)律。

(2)方法教化：大物理學(xué)家們對猜想假設(shè)的理解。

一旦科學(xué)插上幻想的翅膀，它就能贏得成功。──法拉第（英國）

沒有大膽的揣測就作不出宏大的發(fā)覺。──牛頓（英國）

(3)讓學(xué)生大膽猜想自由落體運動是一種最簡潔的一種變速運動──初速度為零的勻加速直線運動。

(4)怎樣探討物體運動的規(guī)律？

對于初速度為零的勻加速直線運動，加速度為常量，物體運動的位移s、時間t、速度v之間存在如下關(guān)系：

3．設(shè)計試驗方案（老師引導(dǎo)，學(xué)生通過學(xué)生分組合作探討，提出設(shè)計方案。）

方案一：用打點計時器記錄的紙帶探討物體的自由落體運動

設(shè)計原理：

設(shè)計要求：

(1)如何提高本試驗的精確度？

(2)完成試驗后，對紙帶進行分析，如何推斷其是勻變速運動？

(3)如何利用試驗來說明不同物體的自由落體運動規(guī)律相同？

設(shè)計思路：用打點計時器探討物體的運動時，為提高試驗的精確度，應(yīng)從削減阻力、正確安裝器材及操作步驟合理等入手。打點計時器最大的特點就是每打兩點的時間間隔相等，它干脆記錄下的實際是物體在連續(xù)相等時間間隔內(nèi)的位移，通過探討這些位移，看連續(xù)相等時間間隔內(nèi)的位移差△s是否相等，從而得知物體的運動性質(zhì)。

設(shè)計結(jié)果：

(1)由自由落體運動的定義知，要提高試驗的精確度，應(yīng)當(dāng)從盡量削減阻力入手。詳細方法是：整個裝置應(yīng)豎直（如圖所示），紙帶應(yīng)平行于打點計時器的限位孔，先打點后放手等。

(2)從相鄰兩點間的距離可看出，物體越往下落，相同時間間隔內(nèi)下落的距離越大，即速度越來越大。

(3)各組利用各自的紙帶選擇清楚的，并量出相鄰各點間的距離。

分組試驗：按設(shè)計要求操作試驗，進行分組試驗時，同組試驗者要求相互合作。各組試驗時所用的重物質(zhì)量、形態(tài)各不相同。

（說明：學(xué)生可能會依據(jù)勻變速運動的特點會提出多種方案，以下方案的設(shè)計老師要賜予確定，有條件的可以依據(jù)實際條件進行老師課堂演示，沒條件的可以用光電門替代，作為學(xué)生課外探討性課題。）

方案二：利用找出落體物體的速度與時間的關(guān)系

測速度隨時間改變的關(guān)系

方案三：利用找出落體物體的位移與時間的關(guān)系

測位移隨時間改變的關(guān)系

設(shè)計原理：v-t圖s-t圖

設(shè)計思路：利用儀器測出v、s、t各量

設(shè)計結(jié)果：通過描點作圖，得出圖象對應(yīng)的規(guī)律。

（說明：老師對以上幾種方案進行評價，特殊對于方案一要著重分析引導(dǎo)，有利于養(yǎng)成良好的試驗習(xí)慣。對于方案二、三老師先賜予確定，利用大屏幕投影進行演示。給學(xué)生介紹隨現(xiàn)代科技的發(fā)展，有一種儀器(如圖)

利用LoggerPro軟件自動識別連接在Lab-Pro上的運動傳感器，能干脆讀出自由下落物體的速度和位移，不僅會大大縮短試驗時間，而且能解決處理數(shù)據(jù)時遇到的如何計算速度這一難題。）

4．分析試驗數(shù)據(jù)

方案一：

利用量出的SAB、SBC、SCD算出△s，看是否在試驗誤差范圍內(nèi)相等。若是相等，利用△s=aT2計算出a=？并依據(jù)紙帶推斷出A的方向。

方案二：利用LoggerPro軟件做出v-t圖象。如圖。

方案三：利用LoggerPro軟件做出s-t圖象。如圖。

5．總結(jié)溝通結(jié)論成果

方案一：利用各組試驗數(shù)據(jù)分析，進行溝通，推斷得出結(jié)論是否相同？算出的口是否相等？

進行溝通后，發(fā)覺不同物體所做的試驗結(jié)論都相差不大，都在9．5m/s2左右，在試驗誤差范圍內(nèi)可以認為相同。

方案二、三：利用loggerPro軟件對圖象進行擬合后，得出的A接近9．8m/s2。

結(jié)論：輕重物體下落快慢相同，都做初速度為零的勻變速直線運動，A接近9．8m/s2。方案一偏差較大且值都偏小的緣由是阻力影響較大（紙帶與限位孔、空氣阻力等）。

板書：(1)運動性質(zhì)：初速度為零的勻變速直線運動。

·不同重量的物體加速度相同；這個加速度稱為重力加速度。

·加速度的大小為：____（學(xué)生由試驗中測量的值）。

板書：(2)自由落體的加速度──重力加速度g

在同一地點，一切物體做自由落體的加速度都相同。

強調(diào)：“在同一地點”。就是說，在不同的地點，物體自由落體的加速度不同。（老師介紹精確試驗測定的北極9．832m/s2、北京9．801m/s2、長沙9．791m/s2、赤道9．780m/s2的重力加速度值，總結(jié)出：越靠近赤道，重力加速度的值越小；越靠近兩極，重力加速度的值越大。并給出一般取值。）

板書：通常計算中，g=9．8m/s2

方向：豎直向下。

6．探究過程小結(jié)：通過視察、思索、分析，提出所要探討的問題，然后作出假設(shè)，選擇試驗方案，分析試驗數(shù)據(jù)、總結(jié)溝通結(jié)論成果，是科學(xué)探究的重要途徑。

三、應(yīng)用

1．閃光照片

現(xiàn)代科學(xué)發(fā)展為我們探討自由落體運動的性質(zhì)供應(yīng)了更為科學(xué)的手段，請同學(xué)們看彩圖，彩圖是自由落體的小球的閃光照片按比例的縮小圖。（簡介閃光照相）照片上相鄰的球是相隔1/30秒的時間拍攝的，請大家用刻度尺測相鄰的每兩個球之間的距離S，在計算出相鄰每兩段的位移差，看是否是恒量？

（生：（測量、計算）是恒量，說明自由落體運動是勻變速直線運動。）

2．能否找出剛才紙帶上所打的第一個點嗎？

（利用只要距其次個點約為2mm的點）

3．為了測出井口到井里水面的深度，身邊沒有尺子，但有一秒表，如何粗略測量其深度?？勺屢粋€小石塊從井口下落，若測得經(jīng)2s鐘聽到石塊落到水面的聲音，求井口到水面的大約深。（不計聲音傳播的時間）(19．6米)

小結(jié)：從這題中可以看到應(yīng)用自由落體運動規(guī)律，我們可以把長度測量問題轉(zhuǎn)換為時間測量問題。這是物理學(xué)探討中常用的測量轉(zhuǎn)換方法。

4．（參見教科書44頁做一做）