2.4自由落體運動

〖教材分析〗
自由落體運動是勻變速直線運動的一個具體的實例，又是一個特殊的實例。自由落體運動是一種理想的物理模型，在實際生活由于空氣阻力的存在，使得一些重的物體下落得非常快。所以我們要讓學生知道，在空氣阻力較小的情況下也是可以看做自由落體運動的，這樣我們這節(jié)課的實驗就很重要。通過概括自由落體運動的特點和前面學習的運動公式推導(dǎo)出自由落體運動的運動學公式，培養(yǎng)學生的獨立思考和推導(dǎo)能力，進而認識到運動的本質(zhì)。課后有伽利略的研究思路和研究方法以及他人生軌跡，這都將會是學生們重要的精神糧食。
〖教學目標與核心素養(yǎng)〗
物理觀念：認識自由落體運動的特點和規(guī)律；會運用自由落體運動的特點和規(guī)律解答相關(guān)問題。
科學思維：通過分析，歸納出自由落體運動的速度，位移公式，培養(yǎng)分析、推理、綜合的能力。
科學探究：通過觀察演示實驗，概括出自由落體運動的特點；通過實驗探究自由落體運動加速度的大小。
科學態(tài)度與責任：培養(yǎng)學生仔細觀察、認真思考、積極參與、勇于探索的精神。
〖教學重點與難點〗
重點：1、自由落體運動的概念及探究自由落體運動的過程。
2、掌握自由落體運動的規(guī)律，并能運用其解決實際問題。
難點：1、理解并運用自由落體運動的條件及規(guī)律解決實際問題。
2、自由落體運動逐差法求加速度。
〖教學方法〗
演示法、探究法、講解法、多媒體教學等。
〖教學準備〗
牛頓管、金屬片、石頭、紙片、打點計時器、紙帶、重物、刻度尺、多媒體課件。
〖教學過程〗
一、新課引入

站在高層建筑物上，讓輕重不同的兩個物體從同一高度同時落下，你認為哪個物體下落得快？

(課件展示比薩斜塔動圖）比較難以看得出來。
在教室內(nèi)拿兩張同樣大小的紙，將其中一張揉成一個團。讓紙團和另一張紙在同樣的高度落下，看看哪一個下落得快？
很明顯是揉成團的比較快。
結(jié)合實驗及生活中的經(jīng)驗，討論：什么因素影響物體下落的快慢？
影響落體運動快慢的因素可能是空氣阻力的作用。
物體下落的運動是司空見慣的，但人類對它的認識卻經(jīng)歷了差不多兩千年的時間。最早研究這個問題的，大概要算古希臘學者亞里士多德了

由實驗可以看到石頭下落得非常快，重的物體下落快的現(xiàn)象，在生活中還有很多例子，所以亞里士多德認為物體下落的快慢跟它的輕重有關(guān)，重的物體下落得快。
我們知道它沒有考慮到空氣阻力的作用，所以得出這樣的結(jié)論。
教學設(shè)計說明：從生活的例子引入本節(jié)課的學習內(nèi)容，借助名人故事，創(chuàng)設(shè)問題情境，激發(fā)探究動機，引導(dǎo)學生發(fā)現(xiàn)問題。
二、新課教學
（一）自由落體運動
伽利略認為，根據(jù)亞里士多德“重的物體下落得快”的論斷，會推出相互矛

盾的結(jié)論。

例如，假定一塊大石頭的下落速度為8，一塊小石頭的下落速度為4，當把兩塊石頭捆在一起時，大石頭會被小石頭拖著而變慢，整個物體的下落速度應(yīng)該小于8；
但是，把兩塊石頭捆在一起后，整個物體比大石頭要重，因此整個物體下落的速度應(yīng)該比8還要大。

這種相互矛盾的結(jié)論，說明亞里士多德“重的物體下落得快”的看法是錯誤的。
問題1：輕重不同的物體下落的情況到底怎樣？
下面我們一起來做個比較精細的實驗，仔細研究一下。
實驗：輕重不同的物體下落快慢的研究

甲，一個兩端封閉的玻璃管(也稱牛頓管)，其中一端有一個開關(guān)，玻璃管可以與外界相通。把質(zhì)量不相同的鐵片和羽毛放到玻璃管中，玻璃管豎直放置，讓鐵片和羽毛從玻璃管上方同時開始下落，觀察物體下落的情況。

乙，把玻璃管里的空氣抽出去，再次觀察物體下落的情況。通過多媒體課件動圖展示：兩種情況下的動圖。
結(jié)論：輕的物體和重的物體下落得同樣快。
在現(xiàn)實生活中人們之所以看到物體下落的快慢不同，是因為空氣阻力的影響。如果沒有空氣阻力，所有物體下落的快慢都一樣。
通過多媒體課件動圖展示：生活中有阻力的自由下落的現(xiàn)象。
教學設(shè)計說明：雨點下落，通過對生活中常見現(xiàn)象的思考、討論、交流，深入一點體會物理模型與現(xiàn)實生活之間的差距，從而體驗物理與生活的密切聯(lián)系。
歸納總結(jié)：
1、定義：物體只在重力作用下，從靜止開始下落的運動叫自由落體運動。
2、特點： ①從靜止開始下落，即初速度v₀為零。
②只受重力。
在有空氣的空間，如果空氣阻力的作用比較小，可以忽略，物體的下落可以近似看作自由落體運動。這就使得自由落體運動在現(xiàn)實生活中具有實際意義，因
為沒有阻力的情況是一種理想狀態(tài)，我們現(xiàn)實中無法實現(xiàn)。所以說自由落體運動是一種理想的物理模型。
問題2：自由下落的物體加速度在下落過程中是否變化呢？
下面我們通過一個實驗來研究自由落體的運動規(guī)律。
實驗：研究自由落體運動的規(guī)律，通過多媒體課件動圖展示：自由落體運動的的實驗裝置。

如圖，固定打點計時器，紙帶一端系著重物，另一端穿過計時器。用手捏住紙帶上端，啟動打點計時器，松手后重物自由下落，計時器在紙帶上留下一串小點。
仿照前面對小車運動的研究，測量重物下落的加速度。
改變重物的質(zhì)量，重復(fù)上面的實驗。
教學設(shè)計說明：實驗課另外安排，這里只要實驗結(jié)論。

（二）自由落體加速度
對不同物體進行的實驗結(jié)果表明，在同一地點，一切物體自由下落的加速度都相同。我們就把這個都相同的量，就做自由落體加速度。
①定義：物體在自由落體運動中的加速度叫作自由落體加速度，也叫作重力加速度。
②符號：通常用g表示。
③方向：豎直向下。因為地球的吸引都是往下的。
④大小：一般g =9.8m/s²，粗略計算g=10m/s²。
雖然是如此，但是我們通過精確的實驗發(fā)現(xiàn)，在地球表面不同的地方，g的大小一般是不同的。如圖所示，可以看到各地的加速度的值是不同的。但是也有一定的規(guī)律。
你從表中發(fā)現(xiàn)了什么規(guī)律嗎？你能嘗試解釋這個規(guī)律嗎？嘗試解釋就是作出猜想。

①重力加速度隨緯度的增加而增大。
②地球是一個兩極稍扁赤道略鼓的不規(guī)則球體，所以極地半徑比赤道半徑小。這樣半徑越小的吸引力越大，所以這個加速度就比較大。
教學設(shè)計說明：地球的不規(guī)則性使得重力加速度不一樣，即使你站在高山上也是不一樣的，推廣到月球上。
做一做：用手機測自由落體加速度（閱讀）
了解當前的科技。用手托著手機，打開加速度傳感器，手掌迅速向下運動，讓手機脫離手掌而自由下落，然后接住手機，觀察手機屏幕上加速度傳感器的圖像。

物體只在重力作用下，從靜止開始下落的運動叫自由落體運動。從靜止開始就表明自由落體運動的初速度是零，加速度的值恒為g =9.8m/s²^，那么自由落體運動是初速度為零的勻加速直線運動，所以，勻變速直線運動公式也適用于自由落體運動。
把初速度v₀=0和加速度a=g以及位移x用高度h來代替，把它們分別代入
速度公式

和位移公式

以及速度位移公式

得：
速度公式：

位移公式

速度位移公式

這就是自由落體的運動規(guī)律。
教學設(shè)計說明：通過公式的推導(dǎo)，更加堅定的認識到自由落體運動是勻變速直線運動的一種特殊形式。
科學漫步：伽利略對自由落體運動的研究（閱讀）
我們主要了解伽利略的研究思路和研究方法，伽利略的邏輯和實驗自然使人欽佩，伽利略對運動的研究，不僅確立了許多用于描述運動的基本概念，而且創(chuàng)造了一套對近代科學的發(fā)展極為有益的科學方法。這些方法的核心是把實驗和邏輯推理（包括數(shù)學演算）和諧地結(jié)合起來，從而發(fā)展了人類的科學思維方式和科學研究方法。

STSE：從伽利略的一生看科學與社會（閱讀）
了解偉大科學的一生，學習其為科學做貢獻的精神。
〖板書設(shè)計〗
2.4自由落體運動

一、自由落體運動
1、定義：物體只在重力作用下，從靜止開始下落的運動叫自由落體運動。
2、特點： ①從靜止開始下落，即初速度v0為零。②只受重力。
二、自由落體加速度
①定義：物體在自由落體運動中的加速度叫作自由落體加速度，也叫作重力加速度。
②符號：通常用g表示。③方向：豎直向下。
④大小：一般g =9.8m/s2，粗略計算g=10m/s2。
⑤運動規(guī)律：速度公式：

，位移公式

，速度位移公式

〖教學反思〗

本節(jié)課我們通過實驗探究認識了自由落體運動這一理想化的物理模型，通過打點計時器間接求出了重力就速度，知道它的本質(zhì)是初速度為0 的勻加速

直線運動，遵循勻加速直線運動的一切規(guī)律。在課程設(shè)置和新課講解時一定要注重實驗探究，這樣才能增加學生感性認識，破除重的物體下落快的思想。
2、物理來源于生活而又高于生活，但是我們的生活中沒有理想化的東西，就像質(zhì)點一樣是不存在的，這就要求我們透過現(xiàn)象看到本質(zhì)，抓住事物的主要特點，歸納總結(jié)出概念和規(guī)律，然后回歸生活，把知識應(yīng)用于生活。所以課堂上還是要學生多舉例子說明問題。

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