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《自由落体运动》优质课比赛(创新)


2.5 自由落体运动 教学设计
【教案内容】 教案内容】 一、教学目标 〖知识与技能〗 知识与技能〗 1.认识自由落体运动,知道影响物体下落快慢的因素,理解自由落体运动是初速度为 零的匀加速直线运动。 2.能用打点计时器或其他实验仪器得到相关的运动轨迹并能自主进行分析。 3.知道什么是自由落体的加速度,知道它的方向,了解在地球上的不同地方,重力加 速度大小不同。 4. 掌握如何从匀变速直线运动的规律推出自由落体运动规律, 并能够运用自由落体规 律解决实际问题。 5.初步了解探索自然规律的科学方法,重点培养学生的实验能力和推理能力。 〖过程与方法〗 过程与方法〗 指导学生进行不同层次的实验探究,从探究物体下落快慢与质量的关系开始,接着探 究物体自由下落的运动规律和加速度, 直到最后利用自由落体规律探究生活中一些自由落体 运动的规律。在探究过程中让学生进一步体验科学探究方法: 1.会根据现象进行合理假设与猜想的探究方法。 2.会利用实验数据分析并能归纳总结出物理规律的方法。 3.善于进行观察,并能独立思考或与别人进行讨论、交流。 〖情感态度与价值观〗 情感态度与价值观〗 1.通过指导学生探究,调动学生积极参与讨论,培养学生学习物理的浓厚兴趣。 2. 渗透物理方法的教育, 在研究物理规律的过程中抽象出一种物理模型──自由落体。 3.培养学生的团结合作精神和协作意识,敢于积极探索并能提出与别人不同的见解。 二、教学重点 1.自由落体运动的概念及探究自由落体运动的过程。 2.掌握自由落体运动的规律,并能运用其解决实际问题。 三、教学难点 理解并运用自由落体运动的条件及规律解决实际问题。 四、教具准备 多媒体课件、石头、羽毛、同等大小的金属片和薄纸片、二大一小三张纸片、牛顿管、 自由落体运动光电实验装置、打点计时器、铁架台、纸带、刻度尺等。 五、课时安排 1 课时。 六、教学内容 一、情景引入 动画展示:苹果下落、落叶、雪花飘落、露珠下落 同学们,请看大屏幕,正如屏幕上展示出来的动画,物体下落的运动在生活中是很常见 的,但是你们有没有仔细观察过落体运动呢?今天我们就来研究落体运动。 二、教学内容----探究落体运动 (1)教师演示: 1、大家看,一块石头,一根羽毛,好,来看它们下落的情况,注意观察(同时释放) ,

石头比羽毛下落的快 2、我们再看, (方形)金属片,纸片,我们来看它们下落的情况, (释放) ,金属片比纸 片下落的快 类似的情况在生活中很常见, 早在公元前四世纪, 亚里士多德在观察了很多物体下落情 况后,总结出这样的结论:物体越重下落得越快 (2) 学生思考: 同学们想想看,是不是重的物体一定比轻的物体下落得快呢? (3) 学生探究: 要想很好的研究这个问题, 我们得先做实验, 然后再对实验结果分析才能得到正确的结 论。 现在大家桌子上有二大一小三张纸片,大家可以设计一个实验,动手做一做,观察实验 现象,看看能不能解决这个问题。那大家动手做吧(约 1 分钟) ,请同学上台给大家演示一 下,鼓励“你行的” 。 (可能方案:把其中一张大的纸片揉成一团,和大纸片同时下落,纸团先落地;或将小 纸片揉成纸团, 和大纸片同时下落,纸团先落地)-------都说明了重的物体不一定下落快 (共 用四分钟,二同学回答) (4) 教师总结: 好,同学们通过实验证明重的物体不一定下落得快。 当然我们还可以用推理来解决这个问题,在 16 世纪末,意大利科学家伽利略他有一个 巧妙的推理:先假设有二块一重一轻石头分别下落(重的比轻的下落得快)------然后把二者 拴在一起,轻的石头要拖后腿啊,所以重的石头肯定变慢了-------但是二块石头加起来不是 比一块重的石头还要重吗?不是应该要更快吗?看来亚里士多德的理论自相矛盾了, “重的 物体下落得快”的结论从逻辑上看来也是站不住脚的。 这就说明了,物体下落的快慢不是由物体的质量来决定的! (5)深层反思: 但是我们生活当中的确看到了物体下落的有快有慢, 同学们想一想, 是什么因素决定了 物体下落的快慢呢? 同学回答:由于空气阻力的影响不一样。 分钟) (8 那么如果在一个没有空气的环境里,物体下落的情形会是怎么样啊? (6)实验探究: 这是牛顿管-----里面放有二个物体 (学生指认出一金属片一羽毛) -------牛顿管已经事先 抽成真空,现在我让金属片和羽毛同时下落,注意观察它们的下落情形(前面一次)注意观 察(走到中间一次)都看清楚了吗?它们二个下落的情况怎么样的啊?-------下落的一样快。 现在我把阀门打开,现在里面是有空气的空间了,再来观察它们二个下落的情况! (做 了一遍)我再做一遍,大家注意听、看,听金属片下落的声音 ,看羽毛的运动(再做一遍) 下落的情况不一样了吧,这时金属片下落的比羽毛快。 视频展示: 1969 年 7 月 20 日,美国“阿波罗”11 号飞船成功登陆月球,我们都知道 阿姆斯特朗是第一个踏上月球的人, 但可能同学们不知道, 另外一个宇航员奥尔德林在踏上 月球地面后做一个非常著名的实验: 让一把重锤和一根羽毛同时下落。 现在我们通过视频来 观察具体的下落情形。 (7)教师总结: 所以影响物体下落快慢的因素是空气阻力的作用, 如果在没有空气的空间里, 不受阻力 的影响,下落的时候只受重力,那么不同的物体下落快慢是相同的。 三、教学内容----探究落体运动

(1)定义:物体只在重力作用下,从静止开始的运动,就叫做自由落体运动(10 分钟) 显然, 这种运动只能在没有空气的空间里发生吧, 可是我们生活在有空气的空间里啊? 不过在有空气的空间里, 如果空气阻力的影响很小, 物体的下落也可以近似看成自由落体运 动,比如说石头在有空气的空间里下落的运动,可以看成是自由落体运动,羽毛就不行了。 好,我们理解一下“自由”这二个字的含义: “自由”在这里有二个含义:一是初速度 为零,二是只受重力。在这种情况下,不同物体在同一高度的做自由落体运动,下落情况是 一样的,就像刚才我们做的第一个牛顿管实验。 (这个结论得到的可是来之不易啊, 从公元前四世纪的亚里士多德到十六世纪末的伽利 略,人们在漫长的时间里不断的认识研究落体运动的。这里边我多说几句亚里士多德,同学 们学过初中物体,对他印象好像不太好,他说的好像差不多都是错的,我们在学习的过程中 在不断的否定他, 是吧?可是事实上他可以称得上是古希腊的圣人, 连恩格斯都称他为最博 学的人,只是限于当时的科技发展水平,他在物理方面的许多论述现在看来不是很恰当,所 以我们要正确评价亚里士多德在科学发展史上的地位。 )---视情况而论,可删 (2)探究自由落体运动的性质 接下来我们继续研究自由落体运动。那自由落体运动是什么性质的运动呢? 1、 教师演示:我们来看金属小球下落的情形。 它是从静止开始的吧,运动轨迹是直线,而且运动的越来越快,所以不难判断出,它做 的是初速度为零的加速直线运动。 那就不由得我们猜想啊, 这是不是初速度为零的匀加速直 线运动呢?要是该多好啊!那初速度为零的匀加速直线运动的规律同学们还记得吗? 速度公式 v = at ,位移公式 x =

1 2 at 。 2

那自由落体运动符不符合这种规律呢?我们可以通过实验来研究,来看速度公式好了, 那么要做这个实验啊,得测二个量,速度、时间。只要速度随时间均匀增加,它就是一个匀 加速直线运动。 2、学生思考:速度和时间怎么测呢?------物体下落快,时间短。 一种是前面提到的频闪照片的办法,但是这种方法对实验要求高,不易操作。 ①打点计时器!我们可以把重物和纸带连起来,然后将纸带穿过打点计时器,打开电源 后,将重物释放,我们就能利用纸带上打下的点来研究重物的下落情况。请大家想想拿到纸 带后,我们怎么研究才能说明自由落体运动是匀加速直线运动? 请同学回答: 每隔五个点取一个计数点, 用包含某个计数点的一小段位移内的平均速度 来表示这个点的瞬时速度,而时间则可以从纸带上直接获得,然后画出 v-t 图象,如果 v-t 图象是一条倾斜的直线,就能说明自由落体运动是匀加速直线运动。当然我们也可以使用

?x = aT 2 这个公式,如果相邻的二段相同的时间内的位移之差是一个定值的话,也能说明
自由落体运动是匀加速直线运动,这个实验由于时间关系我们下节课再做。 ②我这里啊, 有一套光电计时装置, 这套是我和张继平老师花了大量的时间制作出来的, 对研究自由落体运动有很大的帮助。我们可以用这套光电计时装置研究自由落体运动的性 质。我先来介绍介绍这套光电计时装置啊:立柱的上端是一个电磁铁,通电,小球就能被吸 住---演示吸小球----断电后小球能自由落体运动,立柱上有二个光电门,光电门我们在前面 都讲过,它由一个光源和一个接受光信号的光敏管组成,当小球经过光电门时,它会记录小 球经过光电门时挡光的时间以及二个光电门之间的运动时间, 然后直接传送给计算机, 如果 输入小球的直径, 就可以大致算出小球分另经过这二个光电门时的瞬时速度; 如果我们固定

第一个光电门,把小球经过这个光电门的时刻记为零时刻,改变下面那个光电门的位置,那 么就能得到小球落到下面的光电门的速度随时间的变化关系, 只要是线性的, 那么我们就能 说明自由落体运动就是匀加速直线运动。 另外,我们来看一下表格里这些物理量所代表的物理意义。 t1 、 t 2 、 d 、 v1 = d / t1 、

v 2 = d / t 2 、 t12 、 a =

v 2 ? v1 t12

好,现在我们来做一次实验, (请一位同学上来帮我一个忙)小球现在被吸引在电磁铁 下面,注意,断电,小球下落,我们得到了第一组数据。好我们把第二个光电门的位置往下 移一移,再来做一次。好,现在我们得到了六组数据,点一下绘图,把 t12 设置成横轴,把

v 2 = d / t 2 设置成纵轴,确定,现在,数据处理完成,大家能从这几个点中能看出什么规律
吗?现在我们把这几个点拟合成一条直线,由于经过第一个光电门时小球已经有了初速度, 所以这条直线跟 y 轴的正半轴有个交点,这个交点就代表过第一个光电门时的初速度。 通过这个实验我们就能够充分说明自由落体运动是初速度为零的匀加速直线运动。 大家 想,一个物体 一个物体做自由落体运动是初速度为零的匀加速直线运动,加速度是一个定值啊,这就 一个物体 是“匀”字的含义,那么许多物体做自由落体运动,它们加速度之间有什么关系?相同!通 过前面的研究,我们知道,不同物体在同一高度的做自由落体运动,下落情况是一样的,在 相同的时间里,它们经过相同的位移,也就是说每时每刻它们具有相同的速度,那当然它们 的加速度也就相同。 2、 探究重力加速度 g: 研究表明,在同一地点,所有物体做自由落体运动时的加速度都相同,称为自由落体加 速度,也叫重力加速度,通常用小写的 g 表示。加速度是一个矢量,那 g 的方向好判断吧, 朝哪啊?----竖直向下 那 g 的数值可以用实验来测定。在刚才这个实验中,我们画出了小球下落过程中的 v-t 图象, 大家说, v-t 图象中怎么去求加速度啊?----求出斜率, 从 就能算出自由落体加速度来, 严格来说是我们这个地方的重力加速度 g。 能从图象中求加速度吗? 好,求出的这个加速度是我们当地的重力加速度 g,那地球上其他地方的重力加速度和 我们这里一样吗?大家看屏幕上的表格,看看你从表中能发现什么规律? 请同学回答 对,在地球上,重力加速度会随着纬度的增大而增大,但是变化并不是很明显。所以我 们在通常的计算过程中一般认为重力加速度 g 为 9.8 m/s 2 或 10 m/s 2 。 (3)总结自由落体运动的规律: 今天我们研究了自由落体运动的性质,知道物体下落的快慢与质量无关,影响下落快 慢的因素是空气阻力的不同; 不同物体作自由落体运动时下落的快慢是一样的, 既然我们已 经知道了自由落体运动是初速度为零的匀加速直线运动,而且其加速度为 g,那么就可以写 出自由落体运动的规律了: (4)课堂练习:

v = gt

h=

1 2 gt 2

v 2 = 2 gh

大家知道吗?在今年 7 月 2 日,有一个伟大的妈妈用自己柔弱的双手把一个从 10 层楼 的窗台上坠落的小孩接住了,你知道她叫什么名字吗?吴菊萍,她是我们嘉兴人。这是一篇 关于这位“最美妈妈”的报道,我们假设这个小高层的层高为 3.2m,吴菊萍从她所在位置 冲到楼下需要的时间为 2 秒,大家看能不能算了下她的反应时间是多少? 请一位同学上台来为我们算一下看:10 层楼的窗口离地几米呢? 所以吴菊萍妈妈的反应时间为 0.4 秒。 (4)制作反应尺 那你有什么办法测出自己的反应时间呢?像双手接小孩的事情可不是说碰就碰得到 的。我这里有一把神奇的尺,它能帮我测出你的反应时间,你信吗?反正我是信了! 那好,我先请一位同学上台来跟我配合一下, (要求用拇指和食指夹住,先读出释放前 的位置,释放,读出接住直尺时的位置) ,有了这二个位置后,大家能不能帮我计算一下, 刚才这位同学的反应时间啊? 现在大家桌子上都有一根筷子,我把这根筷子送给大家,回去好好的研究,看你能不 能把它制作成一把反应尺。 好,今天的课就到这里,谢谢大家的配合,下课。


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