§自由落體運(yùn)動(dòng)★教學(xué)重點(diǎn)、難點(diǎn)：☆教學(xué)重點(diǎn)1．自由落體運(yùn)動(dòng)的概念及探究自由落體運(yùn)動(dòng)的過(guò)程．2．掌握自由落體運(yùn)動(dòng)的規(guī)律，并能運(yùn)用其解決實(shí)際問(wèn)題．☆教學(xué)難點(diǎn)1．理解并運(yùn)用自由落體運(yùn)動(dòng)的條件及規(guī)律解決實(shí)際問(wèn)題．2．照相機(jī)曝光時(shí)間的估算．[新課教學(xué)]一、自由落體運(yùn)動(dòng)在現(xiàn)實(shí)生活中，不同物體的落體運(yùn)動(dòng)，下落快慢在不少情況下是不同的．從蘋(píng)果樹(shù)上落下的蘋(píng)果和飄下的樹(shù)葉能一起同時(shí)下落嗎?提出問(wèn)題：1．重的物體一定下落得快嗎?2．你能否證明自己的觀點(diǎn)?(實(shí)驗(yàn)探究)引導(dǎo)學(xué)生猜想與思考：物體下落過(guò)程的運(yùn)動(dòng)情況與哪些因素有關(guān)，質(zhì)量大的物體下落的速度比質(zhì)量小的快嗎?(實(shí)驗(yàn))：取兩枚相同的硬幣和兩張與硬幣表面面積相同的紙片，把其中一張紙片揉成紙團(tuán)，在下述幾種情況下，都讓它們從同一高度自由下落，觀察下落快慢情況。①?gòu)耐桓叨韧瑫r(shí)釋放一枚硬幣和一個(gè)與硬幣面積相同的紙片，可以看到硬幣比紙片下落得快，說(shuō)明質(zhì)量大的下落得快．②兩張完全相同的紙片，將其中一張卷緊后從同一高度同時(shí)釋放，觀察到卷緊的紙團(tuán)比紙片下落得快，說(shuō)明質(zhì)量相同時(shí)體積小的下落得快．③將一枚硬幣與已經(jīng)粘貼了紙片的硬幣從同一高度同時(shí)釋放．觀察到一樣快，說(shuō)明體積相同質(zhì)量不同時(shí)下落一樣快．④一塊面積較大的硬紙板、一個(gè)小軟木塞，分別放到已調(diào)平的托盤(pán)天平的兩個(gè)盤(pán)中，可以看出紙板比軟木塞重，從同一高度同時(shí)釋放它們，軟木塞比紙板下落得快．說(shuō)明在特定的條件下，質(zhì)量小的下落得會(huì)比質(zhì)量大的還快．結(jié)論：物體下落過(guò)程的運(yùn)動(dòng)情況與物體質(zhì)量無(wú)關(guān)．(實(shí)驗(yàn)演示)“牛頓管”的實(shí)驗(yàn)注意觀察：先讓學(xué)生觀察羽毛、軟木塞或金屬片在已抽真空的牛頓管中同時(shí)下落，它們幾乎同時(shí)落到管底．打開(kāi)進(jìn)氣閥，讓學(xué)生注意聽(tīng)到進(jìn)氣的聲音，看羽毛被氣流吹起的現(xiàn)象，再讓學(xué)生觀察羽毛、軟木塞或金屑在有空氣的牛頓管中同時(shí)下落，它們的下落快慢差別很大．結(jié)論：影響落體運(yùn)動(dòng)快慢的因素是空氣阻力的作用，沒(méi)有空氣阻力時(shí)，只在重力作用下輕重不同的物體下落快慢相同．[課堂訓(xùn)練]如圖所示是課題研究小組進(jìn)行自由落體運(yùn)動(dòng)實(shí)驗(yàn)時(shí)，用頻閃連續(xù)拍照的方法獲得的兩張照片A和B，任選其中的一張，回答下列幾個(gè)問(wèn)題：(1)我選圖；(2)我從圖中觀察到的現(xiàn)象是：．(3)請(qǐng)對(duì)你所觀察到的現(xiàn)象進(jìn)行解釋．參考解答1：(1)圖A(2)質(zhì)量相等的紙片和紙團(tuán)同時(shí)釋放，紙片比紙團(tuán)下落得慢．(3)如圖2—4—2，質(zhì)量相等的紙片和紙團(tuán)，它們的重力相等．由于空氣的阻力對(duì)紙片的影、響較大，不能忽略，所以紙片下落加速度較?。绻鸭埰喑杉垐F(tuán)，空氣阻力對(duì)紙團(tuán)的影響較小，紙團(tuán)下落加速度較大，所以質(zhì)量相等的紙片和紙團(tuán)同時(shí)放手，紙片比紙團(tuán)下落得慢．參考解答2：(1)圖B(2)體積相等的鉛球和木球同時(shí)釋放，幾乎是同時(shí)落地的．(3)如圖，阻力對(duì)它們的影響很小，幾乎可以忽略，雖然G鉛大于G木，但是由于m鉛也大于m木，即鉛球的慣性比木球大，所以它們獲得了相同的加速度g．對(duì)于同種材料的大、小二球，情況也是如此，它們也有相同的加速度g，所以體積相等的鉛球和木球幾乎是同時(shí)落地的．在地球表面附近從高處下落的物體，事實(shí)上都受到空氣阻力的作用，因此，嚴(yán)格地說(shuō)，實(shí)際生活中并不存在只受重力作用的自由落體運(yùn)動(dòng)．但若物體在下落過(guò)程中所受空氣阻力遠(yuǎn)小于重力，則物體的下落也可看作自由落體運(yùn)動(dòng)．例如，對(duì)于實(shí)心金屬球、石塊等，在它們運(yùn)動(dòng)速度不大的情況下，可以忽略空氣阻力的影響，把它們的自由下落看成自由落體運(yùn)動(dòng)，若它們從非常高的地方自由下落，當(dāng)它們的速度增大到一定程度，空氣阻力不能忽略，它們運(yùn)動(dòng)的全過(guò)程就不能看成自由落體運(yùn)動(dòng)．而對(duì)于另外一些物體如一團(tuán)棉花或紙片從空中靜止下落時(shí)，與重力相比，空氣阻力的影響太大不能忽略，它們的運(yùn)動(dòng)就不能看作自由落體運(yùn)動(dòng)處理．[實(shí)驗(yàn)探究]按照教材第45頁(yè)的圖2．4—1裝置做實(shí)驗(yàn)，將一系有紙帶的重物從一定的高度自由下落，利用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器記錄重物的下落過(guò)程．說(shuō)明：落體運(yùn)動(dòng)物體的位置往往變化得比較快，憑目測(cè)難以觀察和記錄，用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器或頻閃照相就可以記錄下運(yùn)動(dòng)物體每隔相等時(shí)間所在的位置(運(yùn)動(dòng)信息)，這樣得到的紙帶(或照片)可以用來(lái)對(duì)運(yùn)動(dòng)過(guò)程進(jìn)行分析．方案一打點(diǎn)計(jì)時(shí)器研究自由落體運(yùn)動(dòng)教材中用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器較好地將重物下落過(guò)程記錄下來(lái)，這樣做既簡(jiǎn)便易行，又拓寬了對(duì)基本儀器的應(yīng)用，但實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確度較難把握．因此在實(shí)驗(yàn)中要強(qiáng)調(diào)：①按教材圖示和實(shí)驗(yàn)要求連接好線路，并用手托重物將紙帶拉到最上端；②打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的安裝要使兩限位孔在同一豎直線上，以減少摩擦阻力；③應(yīng)選用質(zhì)量和密度較大的重物，增大重力可使阻力的影響相對(duì)減小，增大密度可以減小體積，可使空氣阻力減?。虎芟冉油娐吩俜砰_(kāi)紙帶；⑤手捏紙帶松手之前，不要晃動(dòng)，保證打出的第一個(gè)點(diǎn)清晰．⑥重復(fù)上述步驟多次，直到選取只有打出的第一點(diǎn)與第二點(diǎn)之間間隔約為2mm的紙帶才是有效的；(學(xué)生的疑問(wèn)暫且不要解釋⑦要求學(xué)生保存好記錄了自由落體運(yùn)動(dòng)信息的紙帶，為下節(jié)課研究運(yùn)動(dòng)規(guī)律作準(zhǔn)備．完成實(shí)驗(yàn)后，分析紙帶上記錄的運(yùn)動(dòng)信息，請(qǐng)思考下列問(wèn)題：(1)自由落體運(yùn)動(dòng)的軌跡是怎樣的?(2)重物做自由落體運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中，其速度有沒(méi)有發(fā)生變化?(3)有的同學(xué)從實(shí)驗(yàn)結(jié)果中得出xCCt2，有的同學(xué)得出工x‘，你的結(jié)論又如何呢?(4)相鄰、相等時(shí)間間隔的位移之差有怎樣的關(guān)系?(5)影響實(shí)驗(yàn)精確程度的因素有哪些?參考：分析紙帶可獲取信息：(1)自由落體運(yùn)動(dòng)的軌跡是一條直線，速度方向不變；(2)連續(xù)相同時(shí)間內(nèi)的位移越來(lái)越大，說(shuō)明速度越來(lái)越大，即速度大小改變，具有加速度；(3)位移x與時(shí)間t的平方成正比；(4)相鄰、相等時(shí)間間隔的位移之差相等；(5)影響實(shí)驗(yàn)精確度的因素主要是阻力．用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器研究自由落體運(yùn)動(dòng)，計(jì)算其加速度，換用不同質(zhì)量的重物看紙帶上點(diǎn)子間隔有什么不同，總結(jié)得出結(jié)論．結(jié)論：將兩條紙帶對(duì)比，只要兩條紙帶上的點(diǎn)子間隔相同就說(shuō)明它們的加速度是相同的．學(xué)生運(yùn)用自己所學(xué)知識(shí)計(jì)算重力加速度，通過(guò)比較得出結(jié)論．實(shí)驗(yàn)探究結(jié)果：自由落體運(yùn)動(dòng)是初速度為零的勻加速直線運(yùn)動(dòng)，加速度大約是9.8m／s2．方案二：利用光電計(jì)時(shí)器研究自由落體運(yùn)動(dòng)方案三：利用頻閃攝影研究自由落體運(yùn)動(dòng)二、自由落體加速度通過(guò)算g值理解自由落體運(yùn)動(dòng)的加速度是一個(gè)定值(在同一地點(diǎn))，引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會(huì)分析數(shù)據(jù)，歸納總結(jié)規(guī)律．引導(dǎo)學(xué)生思考兩個(gè)問(wèn)題：1．自由落體運(yùn)動(dòng)的加速度在各個(gè)地方相同嗎?2．它的方向如何?※使用不同的物體進(jìn)行的反復(fù)實(shí)驗(yàn)表明，在同一地點(diǎn)，一切物體自由下落的加速度都相同，方向總是豎直向下的，※這個(gè)加速度叫做自由落體加速度，也叫重力加速度．符號(hào)：g；方向：豎直向下(與重力方向一致)；大?。号c地點(diǎn)有關(guān)．一般計(jì)算中g(shù)＝9．8m／s2，粗略計(jì)算中可以取g＝10m／s讓學(xué)生看教材第46頁(yè)列表，嘗試從表中尋找規(guī)律，這一規(guī)律是怎樣產(chǎn)生的?學(xué)生猜想，但不宜過(guò)多解釋．※越往北重力加速度越大，說(shuō)明重力加速度與地理緯度有關(guān)，緯度越高，重力加速度越大．※自由落體運(yùn)動(dòng)是初速度為零的勻加速直線運(yùn)動(dòng)，所以勻變速直線運(yùn)動(dòng)的基本公式及其推論都適用于自由落體運(yùn)動(dòng)，只要這些公式中的初速度v0＝0，a取g就可以了．自由落體運(yùn)動(dòng)遵從的規(guī)律:v=vo+at推出：v＝gtx＝vot+at2/2推出：x＝gt2/2．[課堂訓(xùn)練]一位同學(xué)進(jìn)行“用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器測(cè)量自由落體的加速度”實(shí)驗(yàn)．(1)現(xiàn)有下列器材可供選擇：鐵架臺(tái)、電火花計(jì)時(shí)器及碳粉紙、電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器及復(fù)寫(xiě)紙、紙帶若干、220V交流電源、低壓直流電源、天平、秒表、導(dǎo)線、電鍵．其中不必要的器材是：()；缺少的器材是()。(2)這位同學(xué)從打出的幾條紙帶中，挑出較為理想的一條紙帶．把開(kāi)始打的第一個(gè)點(diǎn)標(biāo)為A，隨后連續(xù)的幾個(gè)點(diǎn)依次標(biāo)記為點(diǎn)B、C、D、E和F，測(cè)量出各點(diǎn)間的距離，如圖所示．請(qǐng)你在這位同學(xué)工作的基礎(chǔ)上，思考求紙帶加速度的方法，寫(xiě)出你所依據(jù)的公式：(3)根據(jù)你的計(jì)算公式，設(shè)計(jì)表格記錄需要的數(shù)據(jù)，計(jì)算紙帶下落的加速度．(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)(4)估計(jì)你的計(jì)算結(jié)果的誤差有多大?試分析誤差的來(lái)源及其減小誤差的方法．參考解答：(1)要根據(jù)各校具體使用的儀器作答，例如：其中不必要的器材是：電火花打點(diǎn)計(jì)時(shí)器及碳粉紙、220V交流電源、低壓直流電源、天平、秒表；缺少的器材是：低壓交流電源、毫米刻度尺、重錘．(2)依據(jù)的公式：a＝△x/T2．(3)數(shù)據(jù)處理方法不限，要體現(xiàn)取平均值消除誤差的思想，表格記錄的數(shù)據(jù)要與所使用的公式匹配．(4)實(shí)驗(yàn)結(jié)果紙帶的加速度9．63m／s2與重力加速度的標(biāo)準(zhǔn)值9．8m／s2有偏差，誤差大小為△a＝｜—｜m／s2＝0．17m／[做一做]1．閱讀教材第46頁(yè)“測(cè)定反應(yīng)時(shí)間”，回答下列問(wèn)題：?jiǎn)栴}1：若測(cè)出某同學(xué)捏住直尺時(shí)，直尺下落的高度為10cm，那么這位同學(xué)的反應(yīng)時(shí)間是多少參考：根據(jù)自由落體運(yùn)動(dòng)規(guī)律h＝gt2/2可得反應(yīng)時(shí)間t＝0．14s．問(wèn)題2：在上課時(shí)，教師用這種方法測(cè)量同學(xué)們的反應(yīng)時(shí)間，但同學(xué)剛把尺子捏住，教師馬上就說(shuō)出該同學(xué)的反應(yīng)時(shí)間，也沒(méi)見(jiàn)他怎樣計(jì)算，你知道老師是怎樣做的嗎?參考：教師事先算好時(shí)間并寫(xiě)在直尺上，這樣就可以直接給出學(xué)生的反應(yīng)時(shí)間．2．教師引導(dǎo)學(xué)生閱讀教材第47頁(yè)“做一做”讓學(xué)生提出自己解決問(wèn)題的思路，不必準(zhǔn)確解答，同時(shí)強(qiáng)調(diào)“估算”．學(xué)生獨(dú)立思考，并提出解決辦法，比較各種不同方法，并討論其合理性及可行性．師：由于照相機(jī)的曝光時(shí)間極短，一般為1／30s或1／60s，曝光量相差10％對(duì)照片不會(huì)有明顯影響，所以相機(jī)快門(mén)的速度都有比較大的誤差，“傻瓜”相機(jī)更是這樣．故在這樣短的時(shí)間內(nèi)，這種誤差允許的范圍內(nèi)，物體運(yùn)動(dòng)的速度可以認(rèn)為是不變的，可以看作勻速運(yùn)動(dòng)來(lái)處理．建議學(xué)生利用課下時(shí)間解出其準(zhǔn)確值，比較兩種情況下的時(shí)間差異．[本節(jié)小結(jié)]:這節(jié)課我們學(xué)習(xí)了對(duì)自由落體運(yùn)動(dòng)概念和規(guī)律的認(rèn)識(shí)及理解．自由落體運(yùn)動(dòng)是物體從靜止開(kāi)始的只受重力作用的勻加速直線運(yùn)動(dòng)，加速度為g，學(xué)好本節(jié)可更好地認(rèn)識(shí)勻變速直線運(yùn)動(dòng)的規(guī)律和特點(diǎn)，是對(duì)上節(jié)內(nèi)容的有益補(bǔ)充．要突破此重點(diǎn)內(nèi)容，一定要把握住一點(diǎn)，即自由落體運(yùn)動(dòng)只是勻變速直線運(yùn)動(dòng)的一個(gè)特例vo＝o，a＝g．我們?cè)谝郧罢鹿?jié)中所掌握的所有勻變速直線運(yùn)動(dòng)的規(guī)律及推論，在自由落體運(yùn)動(dòng)中均可使用．在使用時(shí)要注意自由落體運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)，判斷是自由落體運(yùn)動(dòng)之后方可代人計(jì)算．自由落體運(yùn)動(dòng)是一種非常重要的運(yùn)動(dòng)形式，在現(xiàn)實(shí)生活中有許多落體運(yùn)動(dòng)可以看成是自由落體運(yùn)動(dòng)，研究自由落體運(yùn)動(dòng)有著普遍的意義．為了研究自由落體運(yùn)動(dòng)，我們運(yùn)用了物理學(xué)中的理想化方法，從最簡(jiǎn)單、最基本的情況人手，抓住影響運(yùn)動(dòng)的主要因素，去掉次要的非本質(zhì)因素的干擾，建立了理想化的物理模型——自由落體運(yùn)動(dòng)，并且研究了自由落體的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，理想化是研究物理問(wèn)題常用的方法之一，在后面的學(xué)習(xí)中我們還要用到．[課堂訓(xùn)練]1．大氣層是我們地球生命賴以生存的屏障，每天都有很多小隕石落人地球大氣層中，但當(dāng)它們進(jìn)入大氣層后，由于空氣的摩擦生熱，絕大部分小隕石還沒(méi)有到達(dá)地面便已經(jīng)被燒毀．現(xiàn)在人類向天空發(fā)射的飛行器、衛(wèi)星等當(dāng)超過(guò)一定使用年限后，也讓它們進(jìn)入大氣層燒毀，那么小隕石等進(jìn)人大氣層后的運(yùn)動(dòng)是自由落體運(yùn)動(dòng)嗎?2．甲、乙兩物體的質(zhì)量之比為1：4，不考慮空氣的阻力作用，它們?cè)谕桓叨忍幫瑫r(shí)下落，則下面說(shuō)法正確的是………………()A.甲比乙先著地B．乙比甲先著地C．甲和乙同時(shí)落地D．甲比乙的加速度大3．如果從高樓相隔ls先后釋放兩個(gè)相同材料制成的小球，假設(shè)小球做自由落體運(yùn)動(dòng)，則它們?cè)诳罩懈鱾€(gè)時(shí)刻………()A.兩球的距離始終保持不變B．兩球的距離越來(lái)越小C．兩球的距離先越來(lái)越小，后越來(lái)越大D．兩球的距離越來(lái)越大4．我們?cè)陔娪盎螂娨曋薪?jīng)?？煽吹竭@樣的驚險(xiǎn)場(chǎng)面：一輛汽車從山頂直跌入山谷，為了拍攝重力為15000N的汽車從山崖上墜落的情景，電影導(dǎo)演通常用一輛模型汽車代替實(shí)際汽車．設(shè)模型汽車與實(shí)際汽車的大小比例為1/25，那么山崖也必須用1/25的比例來(lái)代替真實(shí)的山崖．設(shè)電影每1min放映的膠片張數(shù)是一定的．為了能把模型汽車墜落的情景放映的恰似拍攝實(shí)景一樣，以達(dá)到以假亂真的視覺(jué)效果，問(wèn)：在實(shí)際拍攝的過(guò)程中，電影攝影機(jī)第1s拍攝的膠片數(shù)應(yīng)是實(shí)景拍攝的幾倍?參考解答1．解答：因?yàn)樽杂陕潴w運(yùn)動(dòng)的條件之一是只受重力作用，而小隕石進(jìn)入大氣層后的運(yùn)動(dòng)速度很大，受空氣阻力很大，故不能看作自由落體運(yùn)動(dòng)·2．答案：C解析：物體自由下落過(guò)程中的運(yùn)動(dòng)情況與物體的質(zhì)量無(wú)關(guān)，加速度相同，故甲、乙兩物體同時(shí)開(kāi)始下落，也同時(shí)著地，故C正確．3.答案：D解析：因物體做自由落體運(yùn)動(dòng)，兩物體具有相同的加速度，先釋放的小球的速度總是比后釋放的小球的速度大，故兩球的距離越來(lái)越大．4．答案：5倍解析：可將汽車墜落山崖的