高中物理人教版 (2019)必修 第一册4 自由落体运动学案

这是一份高中物理人教版 (2019)必修 第一册4 自由落体运动学案，共6页。学案主要包含了讲授新课，课堂练习，课堂小结，板书设计，自由落体运动等内容，欢迎下载使用。

1．认识自由落体运动的特点和规律；会运用自由落体运动的特点和规律解答相关问题。
2．通过分析，归纳出自由落体运动的速度，位移公式，培养分析、推理、综合的能力。
3．通过观察演示实验，概括出自由落体运动的特点；通过实验探究自由落体运动加速度的大小。
4.培养学生仔细观察、认真思考、积极参与、勇于探索的精神。
教学重点及难点
教学重点：掌握自由落体运动的规律。
教学难点：通过实验得出自由落体运动的规律。
课前准备
多媒体课件、牛顿管、硬币、天平、小纸片、打点计时器、刻度尺、铁架台、纸带，重物(两个质量不同)等。
教学过程
引入新课
让轻重不同的两个物体从同一高度同时落下，你认为哪个物体下落得快？
学生答：重的快！
师：你和亚里士多德的观点是一样的！
（若学生答一样快，在教室内拿两张同样大小的纸，将其中一张揉成一个团。让纸团和另一张纸在同样的高度落下，看看哪一个下落得快？
重的物体下落快这一论断符合人们的常识，在历史上有两千多年的时间里，人们都是这样认为的。在古希腊，有一位学者伟大的哲学家、科学家和教育家叫亚里士多德）
师：亚里士多德是古代先哲，堪称希腊哲学的集大成者。马克思曾称亚里士多德是古希腊哲学家中最博学的人物，恩格斯称他是“古代的黑格尔”。
亚里士多德认为物体下落的快慢轻重跟它的有关，重的物体下落快。他的这一论断符合人们的常识，以至其后两千年的时间里，大家都奉为经典。
但是，在16世纪末，意大利比萨大学的青年学者伽利略，对亚里士多德的论断表示了怀疑。
二、讲授新课
（一）自由落体运动
1.研究轻重不同的物体下落快慢
在现实生活中，不同物体的落体运动，下落快慢在不少情况下是不同的。从苹果树上落下的苹果和飘下的树叶能一起同时下落吗?
提出问题：
（1）重的物体一定下落得快吗?
（2）你能否证明自己的观点?
(实验探究)
猜想：物体下落过程的运动情况与哪些因素有关，质量大的物体下落的速度比质量小的快吗?
(实验)：
（1）取两枚相同的硬币和两张与硬币表面积相同的纸片，把其中一张纸片揉成纸团，在下述几种情况下，都让它们从同一高度自由下落，观察下落快慢情况。
（2）从同一高度同时释放一枚硬币和一个与硬币面积相同的纸片，可以看到硬币比纸片下落得快，说明质量大的下落得快。
（3）两张完全相同的纸片，将其中一张卷紧后从同一高度同时释放，观察到卷紧的纸团比纸片下落得快，说明质量相同时体积小的下落得快。
（4）将一枚硬币与已经粘贴了纸片的硬币从同一高度同时释放，观察到一样快，说明体积相同质量不同时下落一样快。
一块面积较大的硬纸板、一个小软木塞，分别放到已调平的托盘天平的两个盘中，可以看出纸板比软木塞重，从同一高度同时释放它们，软木塞比纸板下落得快。说明在特定的条件下，质量小的下落得会比质量大的还快。
结论：物体下落过程的运动情况与物体质量无关。
(实验演示)
“牛顿管”的实验
将羽毛和金属片放入有空气的玻璃管中，让它们同时下落，观察到的现象是金属片下落得快，羽毛下落得慢．将羽毛和金属片放入抽去空气的玻璃管中，让它们同时下落，观察到的现象是金属片和羽毛下落的快慢相同。
做牛顿管对比实验要注意：
（1）抽气达到一定的真空度时，应先关闭牛顿管阀门，然后再停止泵的运转。
（2）先让学生观察羽毛、软木塞或金属片在已抽真空的牛顿管中同时下落，它们几乎同时落到管底。
（3）打开进气阀，让学生注意听到进气的声音，看羽毛被气流吹起的现象，再让学生观察羽毛、软木塞或金屑在有空气的牛顿管中同时下落，它们的下落快慢差别很大。
（4）实验时，勿使金属片压在羽毛上，以免不抽气时出现同时下落的现象。

结论：影响落体运动快慢的因素是空气阻力的作用，没有空气阻力时，只在重力作用下轻重不同的物体下落快慢相同。
2.自由落体运动
定义：物体只在重力作用下从静止开始下落的运动，叫做自由落体运动。
条件: ①只受重力（或空气阻力相对重力可忽略）；②初速度v0 = 0。
师：在地球表面附近从高处下落的物体，事实上都受到空气阻力的作用，因此，严格地说，实际生活中并不存在只受重力作用的自由落体运动。但若物体在下落过程中所受空气阻力远小于重力，则物体的下落也可看作自由落体运动。例如，对于实心金属球、石块等，在它们运动速度不大的情况下，可以忽略空气阻力的影响，把它们的自由下落看成自由落体运动，若它们从非常高的地方自由下落，当它们的速度增大到一定程度，空气阻力不能忽略，它们运动的全过程就不能看成自由落体运动。而对于另外一些物体如一团棉花或纸片从空中静止下落时，与重力相比，空气阻力的影响太大不能忽略，它们的运动就不能看作自由落体运动处理。
3.自由落体运动是什么性质的运动？
[实验探究]
按照教材装置做实验，将一系有纸带的重物从一定的高度自由下落，利用打点计时器记录重物的下落过程．
说明：落体运动物体的位置往往变化得比较快，凭目测难以观察和记录，用打点计时器或频闪照相就可以记录下运动物体每隔相等时间所在的位置(运动信息)，这样得到的纸带(或照片)可以用来对运动过程进行分析。教材中用打点计时器较好地将重物下落过程记录下来，这样做既简便易行，又拓宽了对基本仪器的应用，但实验的准确度较难把握。因此在实验中要注意：
（1）按教材图示和实验要求连接好线路，并用手托重物将纸带拉到最上端；
（2）打点计时器的安装要使两限位孔在同一竖直线上，以减少摩擦阻力；
（3）应选用质量和密度较大的重物，增大重力可使阻力的影响相对减小，增大密度可以减小体积，可使空气阻力减小；
（4）先接通电路再放开纸带；
（5）手捏纸带松手之前，不要晃动，保证打出的第一个点清晰。
（6）重复上述步骤多次，直到选取只有打出的第一点与第二点之间间隔约为2 mm的纸带才是有效的；(学生的疑问暂且不要解释)
（7）教师一定要提醒学生思考讨论，影响实验准确度的因素有哪些?并给予具体引导，注意培养实事求是的科学态度；
（8）要求学生保存好记录了自由落体运动信息的纸带，为研究运动规律作准备。
师：完成实验后，分析纸带上记录的运动信息，请思考下列问题：
(1)自由落体运动的轨迹是怎样的?
(2)重物做自由落体运动的过程中，其速度有没有发生变化?
(3)分析实验结果，你能得到什么样的结论?
(4)相邻、相等时间间隔的位移之差有怎样的关系?
(5)影响实验精确程度的因素有哪些?
参考：分析纸带可获取信息：
(1)自由落体运动的轨迹是一条直线，速度方向不变；
(2)连续相同时间内的位移越来越大，说明速度越来越大，即速度大小改变，具有加速度；
(3)位移x与时间t的平方成正比；
(4)相邻、相等时间间隔的位移之差相等；
(5)影响实验精确度的因素主要是阻力。
用打点计时器研究自由落体运动，计算其加速度，换用不同质量的重物看纸带上点子间隔有什么不同，总结得出结论。
教师点评：将两条纸带对比，只要两条纸带上的点子间隔相同就说明它们的加速度是相同的。
学生运用自己所学知识计算重力加速度，通过比较得出结论。
探究结果：自由落体运动是初速度为零的匀加速直线运动，加速度大约是9.8m／s2。
结论：
1．自由落体运动是初速度为 0 的匀加速直线运动。
2．加速度相同。
（二）自由落体加速度
1. 定义：在同一地点，一切物体自由下落的加速度都相同，这个加速度叫做自由落体加速度，也叫重力加速度。
2. 方向：竖直向下。
3. 大小：通过多种方法用实验测定。
4.在地球上的不同地方 g 值不同。
一般取 g = 9.8m/s2。粗略计算可以取g =10m/s2。
随纬度升高，重力加速度增大。
自由落体运动是初速度为零的匀加速直线运动，所以匀变速直线运动的基本公式及其推论都适用于自由落体运动，只要这些公式中的初速度v0＝0，a取g就可以了。
自由落体运动遵从的规律:速度与时间关系式 v=v0+at 推出：v＝gt
位移与时间关系式 x＝v0t+at2/2 推出：x＝gt2/2
位移与速度关系式 v2=2ax 推出：v2＝2gh
初速度为0的匀加速运动所有特殊规律对自由落体运动均适用。
三、课堂练习
四、课堂小结
本节课学习了自由落体运动的规律，知道自由落体运动是一种匀变速直线运动，它的加速度是g。
六、板书设计
一、自由落体运动：
定义：物体 只在重力作用下 从 静止 开始下落的运动
特点：v0=0 ，只受重力
性质：自由落体运动是初速度为零的匀加速直线运动
二、自由落体加速度
定义：在同一地点，一切物体自由下落的加速度都相同，这个加速度叫做自由落体加速度，也叫重力加速度。
方向：竖直向下。
大小：通过多种方法用实验测定，在地球上的不同地方 g 值不同，一般取9.8m/s2。
三、自由落体运动的规律
v＝gt
x＝gt2/2
v2＝2gh