《自由落體運動》教案【教材分析】落體運動是自然界常見的一種運動，長期以來，科學家們都對它進行了不同層次的研究。從歷史上來看，研究自由落體運動的規律對于整個運動學理論的形成產生了重大影響，就是因為人們對于它的認識，人們才尋找到一套嶄新的科學研究的方法和手段，近代物理學的大門因為這把鑰匙而打開。自由落體運動是勻加速直線運動的一種重要的特殊情況下的應用。因此，本節內容的學習是以兩章的運動學基本理論為基礎的。首先我們要引入自由落體運動的概念，讓學生們再次認識到物理學理想模型建立的重要性；然后根據實驗的結果說明自由落體運動是一種勻加速直線運動，并且告訴學生這種運動的加速度就是自由落體加速度g；之后說明在地球上同一地點，一切物體運動的加速度都相等，地球上各個維度和海拔的區域重力加速度有微小的差別，并提示學生關于這個差別的原因以后再講。【教學目標】1.知道物體做自由落體運動的條件，明白自由落體運動的定義。并告訴學生它是一種理想化模型。2.通過實驗探究自由落體運動是一種勻加速直線運動，并告訴學生重力加速度的大小，建立重力加速度的概念。了解地球上各地區重力加速度的微小差別。3.根據前面運動學的相關規律，推導出它們在自由落體運動中的具體形式。【教學重點】1.自由落體運動的概念，以及牛頓管演示實驗的演示。2.通過對自由落體運動規律的探究，明白其確實是一種勻加速直線運動，并且加速度就是重力加速度g，約為9.8m/s^2。3.通過勻加速直線運動的相關規律推導出自由落體運動規律。【教學難點】1.自由落體概念的理解，理解引入理想化模型的重要意義。2.探究自由落體運動規律，讓學生明白他是一種勻加速直線運動以及測量重力加速度的大小。3.理解地球上各地重力加速度不同的原因。【教學內容及過程】1.自由落體運動：【講解】前面的章節我們學習了一些運動學的基本概念和規律，特別是勻變速直線運動的相關規律，今天我們開始學習一種特殊的變速運動形式——自由落體運動。在講課之前請大家先觀察下面幾個圖：飄落的樹葉，羽毛；熟透的蘋果下落；下落的水滴；天空中滑落的流星……【講解】大家發現這些運動的共同特點了嗎？【學生回答】它們都在下落。【講解】對，它們都在重力作用下下落了。我們把物體由于受到重力作用而下落的運動就叫做落體運動。但是大家覺得落體運動好不好研究？應該說一般的落體運動是不好研究的，其中有一個很重要的影響因素就是空氣阻力，因而它往往是比較復雜的。那么在遇到一種復雜運動的時候，我們應該用什么手段來研究它呢？前面我們已經講過質點模型的概念，請大家回憶一下為什么要建立質點模型以及物體可以看做質點的條件是什么？【學生回答】為了解決實際問題的需要而引入了質點的概念。在物體的大小和形狀對我們所研究的問題可以忽略的情況下可以將物體看作質點。【講解】那么這一節我們為了研究落體運動的規律，也要引進一種新的物理模型，也是一個新的概念——自由落體運動。在講課之前，我先要做幾個演示實驗，請大家注意仔細觀察。演示一：剪斷懸掛小球的細線，觀察小球的運動。引導學生分析：小球作直線運動的原因。（根據初中學過的二力平衡的知識，以及力的作用效果來分析）演示二：一手拿粉筆頭，另一只手拿一張紙片，從講臺上同一高度由靜止開始釋放，讓學生觀察二者是否同時落地。演示三：將紙片捏成紙團，重復演示2實驗，在讓學生觀察二者是否同時落地。引導學生分析：物體產生下落快慢不同的原因（空氣對紙的阻力影響了紙片的下落，而當他被揉成紙團以后，阻力減小，紙片和粉筆頭幾乎同時著地）。【講解】剛才演示的實驗其實還可以用實驗室中更精確的演示儀器來演示（給大家出示牛頓管）。這就是牛頓管，是一根長一米五的玻璃管，里面裝有一些形狀和質量都不同的小物體，如羽毛，金屬片，軟木塞，小玻璃球等。演示實驗步驟如下：（1）不抽去玻璃管中的空氣，將玻璃管倒立過來，觀察物體下落情況；（2）抽去玻璃管中部分空氣，將玻璃管倒立過來，觀察物體下落情況；（3）繼續抽空玻璃管中空氣，將玻璃管倒立過來，觀察物體下落情況。提示：通過剛才的演示大家得出什么結論？結論：在沒有空氣阻力的情況下，輕重物體下落得一樣快。（讓學生想象沒有大氣后的落體運動）我們把物體只在重力作用下從靜止開始下落的運動，叫做自由落體運動。【新課教學】1.定義：略。2.物體做自由落體運動的條件是：（1）只受重力而不受其他任何力的作用，包括空氣阻力；（2）從靜止開始下落。強調：實際上，如果空氣阻力同重力相比很小，可以忽略不計，物體的下落也可以看做是自由落體運動。3.探究自由落體運動的規律：提問：根據定義分析，我們可以知道自由落體運動它是一種直線運動，而且是一種加速運動。那它到底是一種怎樣的加速運動呢？我們先看看運動學的先驅伽利略的觀點。按照他的觀點，他把物體的運動分成兩類：勻速運動和變速運動。他選擇了最簡單的變速運動來表示落體運動，這就是勻加速運動。為什么做這樣的選擇呢？他解釋說：“在自然加速運動的研究中，自然界就像在所有各種不同的過程中一樣親手指引我們，按照他自己的習俗，運用最一般，最簡單和最容易的手段……“所以當我觀察原先處于靜止狀態的一塊石頭從高處下落，并不斷獲得新的速率增量時，為什么我不應該相信這樣的增加是以極其簡單的對任何人都很明顯的方式進行的呢？”這一信念促使伽利略按勻加速運動的規律來處理落體運動。【講解】我在這里引用這段話的目的是想說明物理學的很多規律都是帶有很強的美感的，之所以有那么多優秀的物理學家耐心地，執著于物理學的研究并鐘愛物理學，其原因在于物理學不光是一門普通的自然學科，而且一門藝術。物理規律所特有的美感表現在它通常會以很簡潔，很對稱的方式展現在我們面前。所以我們在研究物理規律時一定要從最簡單的開始考慮。現在我們可以先假設我們所要研究的自由落體運動是一種勻加速直線運動，即物體運動的速度與時間成正比。那么我們怎樣來驗證這種假設呢？根據我們之前學過的勻加速直線運動的內容，其中有一個規律就是勻加速直線運動中相鄰的等時間間隔內的位移差恒定，即。若實驗測量的結果滿足這條規律，則說明自由落體運動地確是勻加速直線運動。那么接下來的工作就是進行實驗了。我們在該實驗中還是要利用打點計時器在紙帶上打點，通過分析紙帶的方法得出自由落體運動的特點。【提問】請同學們用以下的實驗器材來設計實驗：電火花計時器，紙帶，重錘，鐵架臺，固定夾，直尺，導線若干。【實驗中注意的問題】1.實驗前，設計好實驗記錄的表格；2.將計時器呈豎直方向固定在鐵架臺上；3.用手提著紙袋，使重物靜止在靠近計時器下方；4.先接通電源再松開紙帶；5.最后用得到的紙帶計算自由落體加速度大小，采用逐差法。【講解】由于在課堂上我們沒有多余的時間來做這個實驗，所以只要求大家明白該實驗的目的，操作以及數據處理方法即可。實驗上測得的加速度大小約為9.8m/s^s。【得出結論】1.自由落體運動是初速度為0的勻加速直線運動；2.自由落體運動的加速度約為9.8m/s^2。【投影】自由落體運動（小球）的頻閃照片。介紹：頻閃照相的方法以及照片上相鄰的像是在等時間間隔內拍攝的，可以類似紙帶的分析較準確地研究自由落體運動的加速度。4.自由落體運動的加速度——重力加速度。【講解】提問：什么是重力加速度？標準值為多少？方向指向哪里？請學生閱讀課本，分析表中的數據，總結重力加速度的大小規律：（1）在地球上同一地點，一切物體做自由落體運動的重力加速度都相同，這是由大量實驗事實得出的。重力加速度用“g”來表示，g=9.8m/s^2，方向豎直向下（與重力方向一致）。（2）在地球上不同地方（不同緯度和海拔），重力加速度的值略有不同，從赤道到兩級，隨著維度的增大，g值增大。（3）在通常的計算中，g取9.8m/s^2,。在粗略的計算中，還可以把g取為10m/s^2。（4）將本節所講的新概念重力加速度與初中物理中所學過的重力常量相比較：得出1N/kg=1m/s^2，解釋清楚初中所學過的重力常量就是本節所要講的重力加速度。5.自由落體運動的基本公式：請同學們回憶勻變速直線運動規律的基本公式：；；。請同學們推導出自由落體運動規律的基本公式：；；。【課堂練習】1.關于自由落體運動，下列說法正確的是（）A.物體豎直向下的運動就是自由落體運動B.加速度等于重力加速度的運動就是自由落體運動C.在自由落體運動過程中，不同質量的物體運動規律相同D.物體做自由落體運動的位移與時間成反比2.關于自由落體運動，下列說法正確的是[]A.某段時間的平均速度等于初速度與末速度和的一半B.某段位移的平均速度等于初速度與末速度和的一半C.在任何相等時間內速度變化相同D.在任何相等時間內位移變化相同3.自由落體運動在任何兩個相鄰的1s內，位移的增量為[]A.1mB.5mC.10mD.不能確定4.甲物體的重量比乙物體大5倍，甲從H高處自由落下，乙從2H高處與甲物體同時自由落下，在它們落地之前，下列說法中正確的是[]A.兩物體下落過程中，在同一時刻甲的速度比乙的速度大B.下落1s末，它們的速度相同C.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加速度大5.從某高處釋放一粒小石子，經過1s從同一地點再釋放另一粒小石子，則在它們落地之前，兩粒石子間的距離將[]A.保持不變