人教版 (2019)必修 第一册4 自由落体运动教学设计

自由落体运动

【教学目标】

一、知识与技能

1．知道自由落体运动的条件以及运动性质。

2．掌握自由落体加速度的大小和方向。

3．能够运用匀变速直线运动规律分析、解决有关自由落体运动的问题。

二、过程与方法

1．小组通过实验探究、讨论交流，体验自由落体运动现象。

2．培养学生观察能力、分析能力、推理能力、处理实验数据的能力、归纳能力等。

三、情感态度与价值观

1．体会身边的自由落体运动，学以致用，激发学生的学习热情。

2．通过应用自由落体运动规律，解决实际问题，培养学生关注生活的态度。

【教学重难点】

教学重点：自由落体运动的特点和规律。

教学难点：

1．自由落体运动的性质

2．自由落体加速度

【教学过程】

一、导入新课

出示图片：常见物体的下落

物体下落的运动是司空见惯的，例如雨滴下落，雪花纷飞、树叶飘落等，但人类对它的认识却经历了差不多两千年的时间。

出示图片：亚里士多德

教师叙述亚里士多德的观点：二千多年前，古希腊哲学家亚里士多德认为物体下落的快慢跟它的轻重有关，重的物体下落得快。

他的这一论断符合人们的常识，以至于其后两千年的时间里，大家都奉为经典，你能举例推翻这一结论吗？

出示参考答案：取两张质量不同的纸，取质量小揉成纸团，再让它们同时下落。可观察到什么现象？

现象：质量小的纸团下落的快。

教师总结：可见亚里士多德的观点是错误的

影响落体运动快慢的因素可能是空气阻力的作用。

二、讲授新课

（一）自由落体运动

1．伽利略认为，根据亚里士多德的论断，会推出相互矛盾的结论。

出示图片：大小石头

（1）假定大石头的下落速度为8，块小石头的下落速度为4，当把两块石头捆在一起时，大石头会被小石头拖着而变慢。

结论1：整个物体的下落速度应该小于8；

（2）把两块石头捆在一起后，整体重量增加，则速度增加。

结论2：整个物体下落的速度应该比8还要大。

教师总结：这种相互矛盾的结论，说明亚里士多德“重的物体下落得快”的看法是错误的。

那么，轻重不同的物体下落的情况到底怎样？下面我们一起来做个比较精细的实验，仔细研究一下。

2．演示实验：轻重不同的物体下落快慢的研究

出示图片：牛顿管

甲有空气乙真空

（1）实验器材：牛顿管（一个两端封闭的玻璃管，其中一端有一个开关，玻璃管可以与外界相通）、真空泵、质量不相同的铁片和羽毛等。

（2）实验步骤：

①在有空气阻力时，把质量不相同的铁片和羽毛放到玻璃管中；

②把玻璃管竖直放置，让铁片和羽毛从玻璃管上方同时开始下落，观察物体下落的情况；

③启动真空泵，把牛顿管里的空气抽出一些，把玻璃管竖直放置，让铁片和羽毛从玻璃管上方同时开始下落，观察物体下落的情况；

④把牛顿管里的空气几乎全部抽出，重复步骤③，观察物体下落的情况。

（3）演示牛顿管的实验视频

教师总结：

（4）实验现象：如果牛顿管里有空气，金属片和羽毛下落的快慢不同；把牛顿管里的空气抽出一些，金属片和羽毛下落的快慢就变得接近；当把牛顿管里的空气几乎全部抽出时，金属片和羽毛下落的快慢就相同了。

（5）实验结论：在没有空气的空间里，物体下落的快慢相同

3．自由落体运动

（1）定义：物体只在重力作用下，从静止开始下落的运动。

（2）特点：只受重力、v0=0

（3）当空气阻力的作用比较小，可以忽略不计时，从静止开始下落的物体可视为自由落体运动。

由上面的实验我们可以看到，自由落体运动是加速运动。那么，它的加速度在下落过程中是否变化呢？

例1：关于自由落体运动，下列说法正确的是（    ）

A．物体竖直向下的运动一定是自由落体运动

B．不同的物体做自由落体运动，它们的运动规律是不同的

C．物体只有在重力作用下从静止开始下落的运动叫自由落体运动

D．自由落体运动的加速度与物体的质量无关

答案：CD

（二）实验：研究自由落体运动的规律

1．实验器材：铁架台、打点计时器、纸带、电源、夹子、导线、重物。

2．原理：纸带在重物的作用下自由下落，纸带受到的阻力较小，近似认为纸带做自由落体运动，根据打出的纸带点的情况，分析出重物的运动规律。

出示图片：打点计时器

3．实验步骤：

①把打点计时器竖直固定在铁架台上，纸带一端系着重物，另一端穿过计时器。

②让重物靠近打点计时器，用手捏住纸带上端，启动打点计时器，松手后重物自由下落，计时器在纸带上留下一串小点，最后要关闭电源。

③仿照前面对小车运动的研究，测量重物下落的加速度。

④改变重物的质量，重复上面的实验。

4．数据处理

（1）计数点瞬时速度的求法

例题：计数点2时的瞬时速度

参考答案：

用计算较准确的平均速度来代替某点的瞬时速度。

出示纸带：

教师出示计算结果和图像

试验结论：v-t图像为一条倾斜的直线，所以自由有落体运动是匀变速直线运动。

实验误差：

1．纸带与打点计时器的摩擦

2．空气阻力的影响

3．测量误差

知识拓展

由纸带判断物体做匀变速直线运动的方法：

如图所示，0、1、2……为时间间隔相等的各计数点，S1、S2、S3……为相邻两计数点之间的距离，若△S=S2－S1=……=C（常数），即若两连续相等的时间间隔的位移之差为恒量，则与纸带相连的物体的运动为匀变速直线运动。

△S=aT2

（三）自由落体加速度

对不同物体进行的实验结果表明，在同一地点，一切物体自由下落的加速度都相同。

1．定义：物体在自由落体运动中的加速度叫做自由落体加速度，也叫重力加速度。

2．符号：通常用g表示。

3．方向：竖直向下。

你从表中发现了什么规律吗？

做一做：用手机测自由落体加速度

阅读课文用手机自己测一测自由落体加速度。

出示图片：手机截屏的自由落体运动

用手托着手机，打开加速度传感器，手掌迅速向下运动，让手机脱离手掌而自由下落，然后接住手机，观察手机屏幕上加速度传感器的图像。

（四）自由落体运动的规律

1．自由落体运动是初速度为0的匀加速直线运动。

你能根据匀变速直线运动的基本公式，总结自由落体运动的规律吗？

自由落体运动规律

科学漫步：伽利略对自由落体运动的研究

认真阅读课本，了解伽利略对自由落体运动的研究过程

出示图片：伽利略在做铜球沿斜面运动的实验（油画）

斜面的倾角增大到90°，这时小球的运动就是自由落体运动，这时小球仍然会保持匀加速运动的性质，而且所有物体下落时的加速度都是一样的！

三、课堂练习

1．重力加速度的大小与纬度有关，一般来说，纬度越高，g值越大大（填大或小），重力加速度的方向总是竖直向（填“下”或“上”）。

答案：下

2．一个物体从房檐自由落下，通过一个高为1.8m的窗户用了0.2s，g取10m/s2，则房檐距窗户下沿的高度为。

答案：5m

3．（2019春•宜昌期末）三峡大瀑布位于湖北省宜昌市晓峰旅游景区中、该景区中瀑布中的水从顶端落至地面的过程用时约3s，若将此运动视为自由落体运动，重力加速度g=10m/s2，则该瀑布的高度约为（    ）

A．30m

B．45m

C．55m

D．60m

答案：B

4．2019春•沙雅县校级期末）让两颗质量不同的石子，从同一高度同时开始下落（忽略空气阻力），下列说法正确的是（    ）

A．质量大的石头下落的快

B．质量小的石头下落的快

C．两颗石子下落的快慢相同

D．两颗石子在下落的过程中具有不同的加速度

答案：C

5．（2019春•南通月考）下列哪一个物体的运动可视为自由落体运动（    ）

A．树叶的自由下落过程

B．运动员推出的铅球的运动

C．从桌面轻轻滑落的钢笔的运动

D．石子从水面自由落到水底的运动

答案C

四、拓展提高

1．一名宇航员在某星球上完成自由落体运动实验，让一个质量为2kg的小球从一定的高度自由下落，测得在第5s内的位移是。

答案：36m

2．房檐滴水，每隔相等的时间积成一滴水下落，当第一滴水下落到地面时，第五滴水刚好形成，观察到第四、第五滴水之间的距离恰好为1m，不计空气阻力，则此房檐离地面的高度为（    ）

A．4m

B．5m

C．6m

D．16m

答案：D

3．从某一高度相隔1s先后释放两个相同的小球甲和乙，不计空气阻力，它们在空中任一时刻（）

A．甲乙两球距离始终保持不变，甲乙两球速度之差保持不变

B．甲乙两球距离越来越大，甲乙两球速度之差也越来越大

C．甲乙两球距离越来越大，甲乙两球速度之差保持不变

D．甲乙两球距离越来越小，甲乙两球速度之差也越来越小

答案：C

五、课堂小结

1．自由落体运动：初速度为零的匀加速直线运动。

2．条件：初速度为零，只受重力

3．大小：一般g=9.8m/s2，粗略计算g=10m/s2

4．自由落体运动规律

六、板书

（一）自由落体运动

1．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。

2．条件：V0=0，只受重力

3．性质：初速度为零的匀加速直线运动

（二）自由落体加速度

1．定义：物体在自由落体运动中的加速度叫做自由落体加速度，也叫做重力加速度。

2．符号：g

3．方向：竖直向下

4．大小：一般g=9.8m/s2，粗略计算g=10m/s2

说明：同一地点g值不变，g值随纬度的增加而增大。

（三）自由落体运动规律