人教版 (新课标)必修16 伽利略对自由落体运动的研究教学设计

这是一份人教版 (新课标)必修16 伽利略对自由落体运动的研究教学设计，共4页。
1、一片羽毛和一块石头同时下落情况;现象:石头下落快，羽毛下落慢。
2、同样大小的金属片和纸片同时下落现象:金属片下落快，纸片下落慢。
教师提问:产生这样现象的原因是什么呢?学生对原因进行分析:石头重，羽毛轻;
教师总结历史回顾: 类似的现象生活中很常见，早在公元前4世纪，古希腊伟大的哲学家亚里斯多德根据与我们同样的观察直接得出结论:物体越重，下落
得越快!这一论断流传了近二十个世纪即两千年。
同学们想想看，是不是重的物体--定比轻的物体下落得快呢?
要想很好的回答这个问题，需要我们进一步对落体现象进行研究。首先，我们可以通过实验来研究，现在我们用纸片和笔来比较谁先到地面的实验，仔细观察实验现象，看刚才的结论是否有问题，如果有问题能不能用你的实验来进一步证明或者推翻刚才的结论。
1、看到了什么现象?2、这个现象说明了什么?
注意引导得出:重的物体不一定下落得快
那大家想想看，到底是由于什么因素的影响使得物体下落有快慢呢?
得出结论:空气阻力大小会影响物体下落的快慢。
刚才的实验都有空气阻力的影响使得物体下落有快有慢，那大家能想象一下，如果在没有空气阻力的空间里，物体下落将会是怎么样的呢?
教师介绍牛顿管并演示有空气时和没有空气时管里的羽毛和金属片的下落情况。
现象:在有空气的空间羽毛下落得较慢.在没有空气阻力影响的空间，羽毛和金属片同时落到底端。
教师引导学生分析得出:在没有空气阻力的空间，物体下落只受重力的作用时物体下落快慢相同。
引入自由落体运动的定义:我们把只在重力的作用下，物体由静止开始下落的运动叫自由落体运动。
显然，这种运动只能在没有空气的空间中发生，但是我们生活在有空气的空间里，在有空气的空间里如果空气阻力相对于物体重力很小的时候，物体的下落也可以看做是自由落体运动。举例——铁块下落、人从高处跳下去。
理解自由的含义:1、只受重力2、初速度为0
到此为止，我们对自由落体运动有了正确的认识那就是:不同物体从同一高度做自由落体运动，它们的运动情况是一样的。
可是这个结论在历史上是来之不易的，从公元前四世纪的亚里士多德到16世纪末的伽利略,两千多年漫长的时间里，人们不断探索，研究才得出的结论。
在斜塔上，伽利略做了将两球从楼顶下落的实验。进一步证明下落快慢与轻重无关。
接下来我们继续认识自由落体运动《自由落体运动》是什么性质的运动呢?
①轨迹是直线②小球运动速度在不断增加是加速运动③是否是匀加速直线运动呢?
1、伽利略对落体运动规律的探究
在16世纪末，意大利的物理学家伽利略有--个巧妙的推理。
推理是这样的:假设重的物体下落得快是正确的话，现在有两块石头：一大一小，大的比小的重，根据假设，让这两块石头单独下落，大石头下落得快，如果把这两块石头拴在一起下落的话，大石头会被小石头往上拖着比原来慢，而小石头反过来也会被大石头往下拖着比原来快，所以整体下落速度会比原来的大石头单独下落慢。
换一个角度去分析，两块石头连在一起肯定比原来的大石头要重，所以根据重的物体下落快的假设，两块石头加一起应该比大石头单独下落要快。
发现问题：可见，用同一个假设得出了两个截然相反的结论。可知，假设不成立!
提出假说:物体下落的过程是一个速度逐渐增大的过程,其速度与时间成正比.
在没有进行数学推导和实验之前，他的认识是十分模糊的，于是从最简单原则出发，猜想速度应均匀变化,具体表现有两种，一种为v∞t，另一种为v∞x，后经推算，后一种将很复杂，于是将注意力集中在对前种的研究中。又从上面假设出发，巧妙地导出了物体下落的距离与时间的平方成正比关系. h∞t2
间接验证:怎样证明猜想是正确的?大家几乎不约而同的想到实验，暂不说实验怎样设计，单就这一想法就体现了伽利略的伟大之处，因为在此之前，学者们
总是通过思辨性的论战决定谁是谁谁非，伽利略是将实验引入物理学领域的第一人，于是人们称之为实验科学的创始人。
伽利略的上百次实验表明:小球沿斜面滚下的运动确实是匀加速直线运动，换用不同质量的小球，从不同高度开始滚动，只要斜面倾角一定，小球的加速度都是相同的，增大斜面倾角，加速度随之增大。
合理外推:由斜面试验得出的结论并非严格意义上的落体，适当增大斜面倾角，结论仍正确，再进一步增大斜面倾角，由于小球运动过快而无法对时间进行测定的情况下，合理的将实验结论外推到90'， 从而完成了对自由落体运动规律的研究，得出了自由落体运动是匀加速直线运动，而且所有物体下落时的加速度都是相等的结论。
得出结论:自由落体运动是初速度为零、加速度恒定的匀加速直线运动。
同一地点一切物体下落的加速度都相同，方向竖直向下,这个加速度叫做自由落体加速度，也叫做重力加速度，通常用g表示。
让学生讨论、分析出自由落体运动的运动特点和受力
特征;根据匀变速直线运动的规律得出自由落体运动的运动学规律;
自由落体运动是初速度为0，加速度为g的匀加速直线运动。
速度公式: vt=gt
位移公式: h= gt2/2
伽利略的研究过程:
发现问题——对现象的观察——提出假设——运用数学和逻辑手段得出推论——实验验证——合理外推得出结论
课堂练习
1.在物理学发展过程中，下面的那位科学家首先建立了平均速度、瞬时速度、加速度等概念用来描述物体的运动，并首先采用了用实验检验猜想和假设的科学方法，把实验和逻辑推理有机地结合起来，从而有力地推进了人类科学的发展( )
A.亚里士多德B.伽利略
C.牛顿D.爱因斯坦
2.一个铁钉与一个同质量的棉花团同时从同一高处下落，总是铁钉先落地，这是因为()
A.铁钉比棉花团重B.铁钉比棉花团密度大
C.棉花团受到空气阻力大D.铁钉的加速度比棉花团的大
3. 1971年7月26日发射的阿波罗——15号飞船首次把一辆月球车送上月球，美国宇航员斯科特驾驶月球车行驶28公里，并做了一个落体实验:在月球上的同一高度同时释放羽毛和铁锤，出现的现象是(月球上是真空)( )
A.羽毛先落地，铁锤后落地
B.铁锤先落地，羽毛后落地.
C.铁锤和羽毛都做自由落体运动，重力加速度为9.8m/s2
D.铁锤和羽毛都做自由落体运动，同时落地
4.踢毽子是我国民间的一项体育游戏，被人们誉为“生命的蝴蝶”。近年来，踢毽子成为全民健身活动之一.毽子由羽毛和铜钱组成，在下落时总是铜钱在下羽毛在上，如图所示，对此分析正确的是()
A.铜钱重，所以总是铜钱在下羽毛在上
B.如果没有空气阻力，也总是出现铜钱在下羽毛在上的现象
C.因为空气阻力的存在，所以总是铜钱在下羽毛在上
D.毽子的自由下落是自由落体运动.
6.在现实中，雨滴大约在1.5km左右的高空形成并开始下落，计算一下，若该雨滴做自由落体运动，到达地面时的速度是多大?遇到过这样快速的雨滴吗?据资料显示，落到地面的雨滴速度一般不超过8m/s，为什么它们的差别会这么大?
用滴水法可以测定重力加速度的值，方法是:在自来水龙头下面固定-块挡板A，使水--滴一滴断续地滴落到挡板上，如图所示，仔细调节水龙头，使得耳朵刚好听到前--个水滴滴在挡板.上的声音的同时，下一个水滴刚好开始下落.首先量出水龙头口离挡板的高度h,再用秒表计时,计时方法是:当听到某---水滴滴在挡板上的声音的同时,开启秒表开始计时，并数“1”，以后每听到一声水滴声，依次数“2，3...”一直数到“n”时，按下秒表按钮停止计时，读出秒表的示数为t.
(1)写出用上述方法测量计算重力加速度g的表达式: g=______ ;
(2)为了减小误差，改变h的数值，测出多组数据，记录在表格中(表中t是水滴从水龙头口
到4板所用的时间,即水滴在空中运动的时间),请在图中所示的坐标纸.上作出适当的图象，
并利用图象求出重力加速度g的值: g=____(要求两位有效数字).
8.如图所示是小球做自由落体运动时的频闪照片，照片中相邻小球的像是相隔同样的时间
(1/30s)拍摄到的.
根据这张频闪照片，判断出做自由落体运
动的小球是否具有加速度.说明理由.
尝试从这张频闪照片出发，推测出自由落
体运动规律.
9.比萨斜塔是世界建筑史上的一大奇迹.如图所示，己知斜塔第一层离地面的高度h1= 6.8m,
为了测量塔的总高度，在塔顶无初速度释放一个小球，小球经过第-层到达地面的时间t1
=0.2s， 重力加速度g取10m/s2， 不计空气阻力。
(1)求斜塔离地面的总高度h;
(2)求小球从塔顶落到地面过程中的平均速度。