高中物理 《自由落体运动》教案

《自由落体运动》教案
★ 新课标要求
1、知识目标：
（1）使学生知道什么是自由落体运动，理解自由落体运动的条件和特征，掌握重力加速度的概念；
（2）掌握自由落体运动的规律，能用匀变速直线运动的规律解决自由落体问题。

2、能力目标：
（1）培养学生的观察能力、逻辑推理能力和实验设计能力；
（2）进行科学态度和科学方法教育，了解研究自然规律的科学方法，培养探求知识的能力；
★ 教学重点：自由落体运动的特征和规律；
★ 教学难点：研究自由落体运动的特征 ；
★ 实验教具：薄纸片和石头、牛顿管、重物、直尺、多媒体课件等
教学过程：
一、复习提问
前面我们学习了匀变速直线运动的规律。

下面我们一起来回顾一下匀变速直线运动的有关知识。

速度公式： 0t v v at =+
位移公式： 2012
s v t at =+ 速度位移公式：2202t v v as -=
推论：做匀变速直线运动的物体，在连续相等的时间间隔T 内位移之差为一
恒量。

s 1= s 2=…= aT 2
二、导入新课
举例：用手握住的石头处于静止状态。

（老师提问）松手后石头的运动情况如何？
（学生活动）思考与讨论并猜想。

V 0=0，石头竖直下落。

（老师演示）提醒同学们注意观察。

（学生活动）石头下落时做V 0=0的竖直方向的直线运动。

过渡引言：今天我们就来深入的认识这一运动———自由落体运动。

三、新课教学
1、演示实验一：
石头与纸片从同一高度同时由静止开始下落。

问：我们可观察到什么现象？（看到石头比纸片下落得快）。

为什么石头比纸片下落得快呢？（石头重一些，重的物体比轻的物体下落快）
教师介绍：早在2000多年前，古希腊的哲学家亚里士多德通过对落体运动的观察、研究，得出“物体下落快慢由物体重力决定”即“物体越重下落越快”的结论。

亚里士多德的观点是否正确呢？（不对）这种从表面上的观察得出的结论实际上是错误的。

过渡引言：实际上重的物体下落的快只是我们的一种生活经验，现在我们再来做一个实验。

2、演示实验二：
取半张纸与一张纸，把半张纸揉成一团，两者也分别从同一高度同时由静止下落。

问：我们可观察到什么现象？（半张纸比一张纸下落的快，轻的物体下落快）。

过渡引言：轻的物体下落快，这不是与亚里士多德的结论相矛盾吗？为什么会有两种不同的观点呢？我们再来做一个实验。

3、演示实验三：
取两张相同纸，把其中一张揉成团，两者也分别从同一高度同时由静止下落。

问：我们可观察到什么现象？（纸团比纸片下落得快）。

过渡引言：上述现象说明重力相同的物体也不能同时落地，所以物体下落的快慢和轻重的关系比较复杂，既不能说重的物体比轻的物体下落快，也不能说轻物体的比重的物体下落快，因此亚里士多德的观点是错误的。

（学生思考与讨论）总结上面三个演示实验得到三个不同的结论，你又能得出什么结论？
结论：物体下落的快慢与重力无关。

（老师提问）同学们仔细分析一下，亚里士多德的观点究竟错在哪里？
（学生活动）没有考虑空气阻力的影响
过渡引言：第(3)个演示中，纸片受到的空气阻力明显地比纸团受到的空气阻力大，所以纸片下落较慢。

由于影响空气阻力大小的因素太复杂。

在科学研究中，我们常常采取忽略一些次要因素，从最简的问题入手的方法。

在落体运动中，先排除空气阻力，研究物体在没有空气阻力条件下的运动。

4、牛顿管实验
拿一个长约1.5米，一端封闭，另一端有开关的玻璃管（牛顿管），把小铁片和羽毛放到这个玻璃管里。

在玻璃管里有空气的情况下，我们来比较这两个物体下落的快慢。

（拿着玻璃管走到学生当中去，将水平放置的玻璃管迅速转过90°成竖直放置状态，让同学门观察两个物体的下落情况，重复该实验三次）
（老师提问）：在这个实验中，我们看到什么现象？
（两个物体下落快慢不相同，铁片下落的快，羽毛下落的慢）
用抽气机把牛顿管中的空气抽走。

重复上面的实验，观察到什么现象？
（两个物体下落的快慢相同）
（老师总结）：原来在有空气阻力的情况下，较轻的羽毛在下落过程中受到空气阻力的影响较大，所以羽毛下落的慢一些。

没有空气阻力时，小铁片和羽毛都只在重力的作用下从静止开始下落，它们下落的快慢是相同的，与物体的重力无关。

十七世纪，伟大的物理学家伽利略（意大利）首先发现了亚里士多德这个观点的内部矛盾。

因此伽利略认为轻、重不同的物体它们下落的速度是一样的。

为了说明他对物体下落的结论是正确的，据说他在比萨斜塔上把木球和铜球同时下落，发现它们几乎同时落地。

【结论】1．空气阻力是影响物体下落快慢的重要因素.
2．在没有空气阻力时，在同一地方，任何物体自由下落的快慢相同．
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，叫做自由落体运动。

2、条件:
(1)初速度为零。

即 : V0=0
(2)只受重力。

若受到空气阻力，在f空« G的情况下，可以忽略空气的阻
力，物体从静止开始下落就可以看作自由落体运动。

过渡引言：下面我们一起来探究自由落体运动的特性和规律。

探究过程
1、猜想：
我们通过前面的实验观察，可以猜想自由落体运动是一个什么样的运动？学生猜想：（自由落体运动是一个初速度为零的加速直线运动。

）
过渡引言：但是加速度如何？是匀加速，还是变加速？
2、验证猜想：
大家想一想，可以通过什么方法来证实我们的猜想是正确的？有什么方法能够把做自由落体运动的物体的位置和相应的时刻记录下来？（利用频闪照相的照片，利用打点记时器）
3、实验设计：
请同学们利用频闪照相的照片来研究自由落体运动是否是匀加速直线运动，以证实我们的猜想。

（1）从课本上的标尺找出相邻的像之间的距离（记为S
1、S
2
、S
3
…S
6
）。

（2）已知两相邻的像之间的时间间隔t=1/30秒。

（3）方法：利用做匀变速直线运动的物体，在连续相等的时间间隔T 内：
s 1= s 2=…= aT 2 的结论。

（学生活动）学生分组活动，测量计算并得出结论，相互交流。

（结论：自由落体运动是初速度为零的匀加速直线运动。

）
二：自由落体加速度
1 、在同一地点，一切物体的自由落体运动加速度都相同。

这个加速度叫做自
由落体加速度，也叫重力加速度，通常用g 来表示。

2、重力加速度g
(1) 方向:总是竖直向下的。

(2) 大小: g=9.8m/s 2，粗略计算可取g=10m/s 2
我们看课本36页的一个表格，表格中列有9个不同纬度的地方重力加速度的数值。

由表格可以看到：在同一地点，重力加速度相同。

（为什么？我们可以用刚做的牛顿管实验来说明这个问题，两个物体由同样高度同时由静止下落，同时达到地面，由212s at =可知，它们的加速度必定相同） (3) 在地球上不同的地方,g 的大小不同.g 随纬度的增加而增大（赤道g
最小，两极g 最大) ,g 随高度的增加而减小。

3、自由落体运动的规律：
自由落体运动是初速度为零的匀加速直线运动.
所以它具有匀加速直线运动的规律，同时它也有自己特殊的运动规律. 速度与时间的关系： v = g t
位移和时间的关系：
速度与位移的关系: v t 2-v 02=2a S v t 2=2g h
过渡引言：我们通过实验研究总结出自由落体运动的特征和规律，下面我们运用这些规律来解决一些具体的问题。

三：自由落体运动的应用
1、测定反应时间
操作：一位同学捏住尺子的上端，保持直尺竖直不动，你用一只手在直尺的零刻度处做握住木尺的准备。

当看到那位同学放开手时,你立即握住木尺. 读数：直尺下落的距离，即为你所捏处的刻度值。

处理：根据位移公式可计算出直尺下落的时间。

220
2121gt h at t v S =→+=
结论：直尺下落的时间就是你的反应时间。

若你的手握在20cm 处，你的反应时间为多长？若招飞时对飞行员的反应时间要求达到 0.16s ，你能当飞行员吗？（g 取10m ／s 2）
2、测高度。

（比如测一口井的深度,测楼房的高度等等.）
例、为了测出井口到井里水面的深度，让一个小石块从井口落下，经过2s 后听到石块落到水面的声音。

求井口到水面的大约深度（不考虑声音传播所用的时间）。

解：由题意物体做自由落体运动，t=2s ，g 取9.8m/s2
老师点评：通过练习培养学生运用所学规律解决问题的能力。

进一步加深对自由落体运动是一种初速度为零的匀加速直线运动的理解。

四、总结与归纳
①什么叫自由落体运动？自由落体运动的 条件是什么？
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。

③重力加速度的大小和方向如何？
大小：g=9.8m/s 2
方向：竖直向下
④如何用匀变速直线运动的规律解自由落体问题？ v = g t
212
h gt = v²= 2gh
六、布置作业：
课后练习2、3、4
m s s m gt h 6.19)2(/8.921212
22=⨯⨯==g h t 2=221gt h
=。