自由落体运动 教材分析 47页

自由落体运动教材分析【学习任务分析】 本节内容是对前几节运动学的知识和研究方法的应用和提升。通过演示实验和学生合作实验，分析得出自由落体运动的性质，明确重力加速度的意义，不仅使学生对自由落体运动规律有具体、深入的认识和规律在实际问题中的应用，而且使学生在独立获取物理知识、探究物理规律、解决物理问题等方面获得具体的成果，体验科学研究的方法，让学生得到成功的体验，享受成功的愉悦，激发学习的热情和责任感。 本节教学的重点在于引导学生思考研究自由落体运动的实验原理和方法，特别是利用打点计时器记录运动轨迹和时间的方法及实验数据处理、结论得出、误差分析等实验方法。 本节教学的难点在于实验探究的思路、方法。 【学习者分析】 学生前面已认识描述运动的基本物理量──位移、路程、速度、加速度，掌握匀变速直线运动的规律，并且通过对以上问题的研究，已体会到物理学研究问题的一些方法，如运用理想模型和数学方法（图象、公式），以及测加速度、处理实验数据等方法。 【教学目标】 1．通过观察演示实验概括出自由落体运动的条件，渗透物理方法，从而培养学生的观察、概括、科学抽象能力。\n 2．通过学生的合作实验研究自由落体运动的规律，领会科学探究方法（提出问题、猜想假设、设计实验方案、分析实验数据、总结交流结论成果），理解自由落体运动的实质是加速度为g的匀加速直线运动。 3．归纳出自由落体加速度的大小和方向，会判别不同地点重力加速度的大小。 4．运用理想化方法，通过比较重力与空气阻力的大小，将实际问题转化为自由落体问题。 5．会运用匀变速直线运动的规律解决自由落体的问题，激发学生探究科学的热情，增强学生将物理知识应用于生活和生产的意识。 【教学过程设计】 让学生利用已有的知识和方法，经历科学探究的过程，培养科学探究能力，体现物理学是以实验为基础这一特点，具体设计思路流程如右图。虚线框内为探究过程。 \n 【教学过程】 一、通过演示实验，引出要探究的问题 1．概括落体运动是竖直向下的直线运动 (1)悬挂在铁架台上的小球，它受到几个力的作用？（重力、悬线拉力） \n演示1：用火将悬线烧断，引导学生观察小球的运动。 （学生观察到：小球在重力作用下，沿竖直方向作直线运动。） (2)落体运动是最常见的一种运动 演示2：石块、粉笔头从手中落下 (3)结论：任何物体只在重力作用下自由下落，都是沿着竖直方向作直线运动。 （过渡：这节课，我们就来学习一种特殊的下落运动。） （板书：自由落体运动。） 2．物体下落快慢的因素分析 (1)提出问题：究竟是重的物体下落快还是轻的物体下落快呢？ 演示3：等大铁片和纸片同时、等高、无初速下落。 （学生观察到：重的铁片先落地。） \n(2)得出“物体越重下落越快”的结论。观点是否正确呢？你能否设计实验证明你的观点？ （激发学生思考） (3)让学生上讲台演示其设计的实验，并说明其观点。 学生演示：较重的铁纸片和轻小纸团同时、等高、无初速下落，或等大的铁片和纸片叠在一起无初速下落。 （学生观察到：轻小纸团比较重的铁片下落快，或铁片和纸片一样快。） (4)引导学生得出正确结论 ①根据前面的实验和分析，同学们猜想一下，物体下落的快慢跟重力的大小有什么关系呢？（生：没有关系。） ②那怎么解释前面的实验现象呢？ （生：空气阻力影响了物体下落的快慢。） ③同学们猜想一下，如果完全没有空气阻力的影响，轻、重物体谁下落得快呢？ \n演示4：科普知识：1971年美国宇航员斯科特在月球上让一把锤子和一根羽毛同时下落，观察到它们同时落到月球表面。 演示5：钱羽管实验 （学生观察到：在抽去空气的钱羽管内，轻重不同的铁片、羽毛同时落下。） 结论：在没有空气阻力时，物体下落的快慢跟物体重力无关。我们把这样的运动称为自由落体运动。 （板书：定义：物体只在重力作用下，由静止开始的下落运动叫自由落体运动。） (5)在日常生活中，我们平时见到的落体运动由于大气层的存在，自由落体运动是一种理想运动，但掌握了这种理想运动的规律，也就为研究实际运动打下了基础。当空气阻力不太大，与重力相比较可以忽略时，实际的落体运动可以近似地当作自由落体运动。 （让学生体会自由落体运动有着普遍的意义和现代科技的发展与人类科学探究进程的关系。） 演示6：体积相同的小木球和小铁球同时、同高、无初速落下。 （学生观察到：两球几乎同时落地。） \n结论：（板书：自由落体运动的条件：a·从静止开始下落，初速为零；b．只受重力，或其他力可忽略不计。） （说明：让学生思考、讨论，明确空气阻力使下落物体的运动表现得很复杂，科学研究的第一步是先忽略空气阻力，研究物体不受空气阻力的运动。在这样的学习中，学生不仅可以提高观察与推理的能力，而且会逐渐形成观察与思考的习惯。） （过渡：人们根据简单的观察所得到的直觉观念和结论往往不一定都是可靠的，应当用科学实验对它们进行检验。） 二、探索研究过程 1．提出问题 (1)那么自由落体运动是什么性质的运动呢？（生：（部分）是匀变速直线运动。）如是，怎样通过实验验证？ (2)它的加速度与哪些因素有关？与落体质量有关吗？ (3)你的说法有根据吗？你研究过吗？（反问） 2．猜想假设 (l)落体运动既然是自然界最常见、最普遍的一种运动，那么其中必然蕴藏着最简单的规律。\n (2)方法教育：大物理学家们对猜想假设的理解。 一旦科学插上幻想的翅膀，它就能赢得胜利。──法拉第（英国） 没有大胆的猜测就作不出伟大的发现。──牛顿（英国） (3)让学生大胆猜想自由落体运动是一种最简单的一种变速运动──初速度为零的匀加速直线运动。 (4)怎样研究物体运动的规律？ 对于初速度为零的匀加速直线运动，加速度为常量，物体运动的位移s、时间t、速度v之间存在如下关系：      3．设计实验方案（教师引导，学生通过学生分组合作讨论，提出设计方案。） 方案一：用打点计时器记录的纸带研究物体的自由落体运动  设计原理： 设计要求： \n (1)如何提高本实验的准确度？  (2)完成实验后，对纸带进行分析，如何判断其是匀变速运动？ (3)如何利用实验来说明不同物体的自由落体运动规律相同？  设计思路：用打点计时器研究物体的运动时，为提高实验的准确度，应从减少阻力、正确安装器材及操作步骤合理等入手。打点计时器最大的特点就是每打两点的时间间隔相等，它直接记录下的实际是物体在连续相等时间间隔内的位移，通过研究这些位移，看连续相等时间间隔内的位移差△s是否相等，从而得知物体的运动性质。  设计结果：  (1)由自由落体运动的定义知，要提高实验的准确度，应该从尽量减少阻力入手。具体办法是：整个装置应竖直（如图所示），纸带应平行于打点计时器的限位孔，先打点后放手等。  \n(2)从相邻两点间的距离可看出，物体越往下落，相同时间间隔内下落的距离越大，即速度越来越大。 (3)各组利用各自的纸带选择清晰的，并量出相邻各点间的距离。  分组实验：按设计要求操作实验，进行分组实验时，同组实验者要求相互合作。各组实验时所用的重物质量、形状各不相同。 （说明：学生可能会根据匀变速运动的特点会提出多种方案，以下方案的设计老师要给予肯定，有条件的可以根据实际条件进行教师课堂演示，没条件的可以用光电门替代，作为学生课外研究性课题。） 方案二：利用找出落体物体的速度与时间的关系 测速度随时间变化的关系 方案三：利用找出落体物体的位移与时间的关系 测位移随时间变化的关系 设计原理：v-t图s-t图 设计思路：利用仪器测出v、s、t各量 \n设计结果：通过描点作图，得出图象对应的规律。 （说明：教师对以上几种方案进行评价，特别对于方案一要着重分析引导，有利于养成良好的实验习惯。对于方案二、三教师先给予肯定，利用大屏幕投影进行演示。给学生介绍随现代科技的发展，有一种仪器(如图)  利用LoggerPro软件自动识别连接在Lab-Pro上的运动传感器，能直接读出自由下落物体的速度和位移，不仅会大大缩短实验时间，而且能解决处理数据时遇到的如何计算速度这一难题。）  4．分析实验数据  方案一：  利用量出的SAB、SBC、SCD算出△s，看是否在实验误差范围内相等。若是相等，利用△s=aT2计算出a=？并根据纸带判断出A的方向。 \n方案二：利用LoggerPro软件做出v-t图象。如图。  方案三：利用LoggerPro软件做出s-t图象。如图。  5．总结交流结论成果 方案一：利用各组实验数据分析，进行交流，判断得出结论是否相同？算出的口是否相等？ 进行交流后，发现不同物体所做的试验结论都相差不大，都在9．5m/s2左右，在实验误差范围内可以认为相同。 方案二、三：利用loggerPro软件对图象进行拟合后，得出的A接近9．8m/s2。\n 结论：轻重物体下落快慢相同，都做初速度为零的匀变速直线运动，A接近9．8m/s2。方案一偏差较大且值都偏小的原因是阻力影响较大（纸带与限位孔、空气阻力等）。 板书：(1)运动性质：初速度为零的匀变速直线运动。 ·不同重量的物体加速度相同；这个加速度称为重力加速度。 ·加速度的大小为：____（学生由实验中测量的值）。 板书：(2)自由落体的加速度──重力加速度g 在同一地点，一切物体做自由落体的加速度都相同。 强调：“在同一地点”。就是说，在不同的地点，物体自由落体的加速度不同。（教师介绍精确实验测定的北极9．832m/s2、北京9．801m/s2、长沙9．791m/s2、赤道9．780m/s2的重力加速度值，总结出：越靠近赤道，重力加速度的值越小；越靠近两极，重力加速度的值越大。并给出一般取值。） 板书：通常计算中，g=9．8m/s2 方向：竖直向下。 \n6．探究过程小结：通过观察、思考、分析，提出所要研究的问题，然后作出假设，选择实验方案，分析实验数据、总结交流结论成果，是科学探究的重要途径。 三、应用 1．闪光照片 现代科学发展为我们研究自由落体运动的性质提供了更为科学的手段，请同学们看彩图，彩图是自由落体的小球的闪光照片按比例的缩小图。（简介闪光照相）照片上相邻的球是相隔1/30秒的时间拍摄的，请大家用刻度尺测相邻的每两个球之间的距离S，在计算出相邻每两段的位移差，看是否是恒量？ （生：（测量、计算）是恒量，说明自由落体运动是匀变速直线运动。） 2．能否找出刚才纸带上所打的第一个点吗？ （利用只要距第二个点约为2mm的点） 3．为了测出井口到井里水面的深度，身边没有尺子，但有一秒表，如何粗略测量其深度。可让一个小石块从井口下落，若测得经2s钟听到石块落到水面的声音，求井口到水面的大约深。（不计声音传播的时间）(19．6米) \n小结：从这题中可以看到应用自由落体运动规律，我们可以把长度测量问题转换为时间测量问题。这是物理学研究中常用的测量转换方法。  4．（参见教科书44页做一做）测定反应时间：测人的反应时间，一个人从发现情况到采取相应行动经过的时间叫反应时间。 可以用下面方法测定：请一位同学用两个手指捏住木尺顶端，请你拳起一只手的手指在木尺的下部，作握尺的准备，但手的任何部位都不要碰到木尺，当看到那位同学放手时，你立即握木尺，测出木尺下降的高度，就可以用自由落体规律求出反应时间。假设测得某人握住木尺时，木尺下降了20cm，求该人的反应时间。 5．测量“傻瓜”照相机曝光时间（参见书44页做一做） 总结：运动规律：公式：　　 【板书设计】  【教学后记】\n 1．通过演示实验，激发了学生的学习兴趣，培养了学生的观察、概括、科学抽象能力。教学时，教学过程的第一部分（通过演示实验，引出要探究的问题）可以适当紧凑些，尽量缩短教学时间。研究物体下落快慢的因素分析时，尽量激发学生思考，利用已有的实验器材（纸片、铁片），放手让学生上讲台来演示，这不仅激发学生学习兴趣，而且活跃了课堂氛围。 2．通过探索研究过程，得出重要的结论：自由落体是匀加速运动、加速度为g；同时“让学生经历科学探究的过程，培养科学探究能力”的精神。最后，自由落体运动规律的得出及应用等知识也就水到渠成。因此，对课本知识的适当延伸、拓展，让学生经历设计实验、合作完成实验、交流实验成果、得出结论，再理论联系实际，有利于培养学生探究能力，观察、分析、解决实际问题的能力，这正是当今素质教育所要求的。 3．在探究过程中，学生会提出很多方案。用打点计时器记录的纸带研究物体的自由落体运动时，学生可能会提出按学生实验“研究小车速度随时间变化的规律”那样测出加速度，或不用小车，用钩码直接钩住纸带跨过滑轮水平拉纸带等，教师要利用自由落体运动的定义出发，引导学生对实验方案进行完善。分组实验时，可以两个或三个同学为一组，数据的处理时一定要灵活，同组实验者分别用计算器计算，这样，可以节省课堂时间，又达到了总结规律的目的。学生也可能会提出用方案二、三，利用图象来研究运动规律，教师要给予肯定，由于实验条件的限制，可以根据实际条件进行演示。通过演示不仅拓展学生的思维，而且巩固了利用图象研究运动的方法。 \n《伽利略对自由落体的研究》教学设计南京市金陵中学　朱焱【教学目标】 知识与技能 (1)了解自由落体运动的规律； (2)理解伽利略研究自由落体运动规律的方法。 过程与方法 (1)通过伽利略对自由落体运动现象的研究体验科学的研究方法； (2)培养学生的思辨能力与对知识的迁移运用能力； (3)探索建构主义理论在物理课堂教学中的运用，通过问题的揭示激发学生探索的热情。 情感态度与价值观 (1)理解伽利略研究自由落体运动规律的方法，体验科学研究的方法； (2)激发学生的兴趣、拓宽学生视野，体验科学的精神和态度在科学探究过程的重要作用； (3)通过课堂的师生互动，培养学生的想象能力和分析处理物理问题的能力。 【教学设计流程】 \n 【教学过程】 教学进程教学过程与师生互动教学设计思想引入从国际物理年话题引入，展现伽利略和亚里士多德的史料背景，激发学生的求知热情，创设悬念设置悬念，激发动机逻辑思辨(1)学生介绍“伽利略和亚里士多德的不同观点”(2)通过“跨越时空的对话”让学生了解史实(3)师生互动推理研究与讨论创设情境、感知逻辑力量、交流合作、培养表达能力猜想与假说两个重要假设：落体运动的速度与时间成正比或速度与下落距离成正比在原有知识体系中的初步建构数学辨析(1)学生思考交流“伽利略如何排除一种可能的”(2)利用数学图象加以解释激发学生，理性思维实验设计体验伽利略如何去证明他的假设，设计方案由理论猜想到实验证明，培养学生严谨的科学态度实验体验测量小球下落的时间，体验测量时间的困难实验感知方案修正●要测量速度和时间所遇到的问题（分析交流）●解决方案：测量下落距离与时间（测量下落距离中的时间所遇到的问题）●方案修正：斜面实验理性的思辨，不断的修正，理论证明视频说明逻辑推理由实践到理论\n进一步认识伽利略斜面实验的研究过程体会蕴涵的思想问题探究进一步提出问题：斜面试验能说明物体自由落体运动的规律吗？思维严谨与周密性逻辑证明学生讨论、对教材内容的质疑不完全归纳、与严密的数学证明反思建构引导学生整理伽利略科学研究的线索知识的内化主题探究布置任务：科学研究的基本方法学习型课程物理方法的探究 【教学板书】 2012-04-09  人教网 下载：追及问题的求解策略\n河南省卢氏县第一高级中学　左开发一、解决追及、相遇问题的思路：先画运动过程示意图 （一）紧紧把握住两个关系、一个条件 两个关系：位移关系、时间关系 同时同地出发       X1=X2          t1=t2 同时不同地出发     X前=X后+X0     t1=t2 不同时同地出发     X1=X2          t先=t后+t0 不同时不同地出发   X前=X后+X0     t先=t后+t0 一个条件：速度相等往往是两物体相距最远、最近，恰好追上和避免相撞的临界条件。（，间距增大；，间距减小。） （二）常见实例分析 匀速追匀减速：①速度相等时间距最大；②最终一定能追上；③注意判断停止时间。 \n匀减速追匀速：①速度相等时若追不上则永远追不上，此时间距最近；②速度相等前追上则会两次相遇。 匀速追匀加速：①速度相等时若追不上则永远追不上，此时间距最近；②速度相等前追上则会两次相遇。 匀加速追匀速：①速度相等时间距最大；②最终一定能追上。 二、具体处理方法： （一）数学函数法 1．选取同一个参考点，分别把前后两个物体的位移表达式X前、X后写出来； 2．ΔX=X前―X后，当ΔX=0所求解即为相遇时刻；（因为我们高中阶段匀速直线运动、匀变速直线运动间的相互追及问题，则ΔX一定是一个与t有关的二次函数，对称轴所对应的值即为极值。） 3．判断所求解的物理意义。（常见错误：减速问题未计算停止时间） （二）图像法 1．仔细审题，作出两物体的v-t图像； 2．v-t图像与t轴所围的面积即表示位移，面积相等说明两物体相遇；（若两物体不同地出发，当面积差等于初距离则为相遇。） \n3．速度相等时均为对应求极值的临界条件。 三、例题导航： 例.（2008年四川卷）A、B两辆汽车在笔直的公路上同向行驶。当B车在A车前84m处时，B车速度为4m/s，且正以2m/s2的加速度做匀加速运动；经过一段时间后，B车加速度突然变为零。A车一直以20m/s的速度做匀速运动。经过12s后两车相遇。问B车加速行驶的时间是多少？ 解法一：设A车的速度为vA，B车加速行驶时间为t，两车在t0时相遇。则有： ①         ② 式中，t0=12s，sA、sB分别为A、B两车相遇前行驶的路程。依题意有：  ③ 式中s＝84m。由①②③式得  ④ 代入题给数据vA=20m/s，vB=4m/s，a=2m/s2有: ⑤ 解得t1=6s，t2=18s  ⑥ t2＝18s不合题意，舍去。因此，B车加速行驶的时间为6s。 解法二：\n  设加速时间为s，则此时B的速度变为，可以作出A、B的v-t图像速度—如图所示：根据v-t图像与t轴所围的面积即表示位移，已知12s时两车相遇，初状态B车在A车前84m，即图中阴影面积等于84m。  解方程得：t1=6s，t2=18s（舍去） 所以B车加速行驶的时间为6s。\n比萨斜塔的故事云南省泸西一中　马克斌在伽利略的一生中，发生过许多被后世纪念和记载的事件，也许最流行的故事是1591年在比萨斜塔顶上进行的一项实验。 比萨城里有一座斜塔，拔地之后，却向一边斜去。这塔建于1174年，开始还是直的，但建到三层时开始偏斜，只好停工。过了94年后人们终不死心，又继续施工。最后共修了八层，高54.5米，重14200多吨。没想到这个偶然的施工错误，倒建造了世界上独一无二的名胜。 在伽利略之前，一切科学、哲学问题，全部包括在亚里士多德(前384～前322)的学说里。后者可是一位古圣人，他的思想被奉为金科玉律。当时，要是有学生提出一个问题，老师只消一句话：“这是亚里士多德说的”，问者便不敢再生怀疑。而伽利略却与众不同，凡事，不但喜欢多想一想，还要去试一试。他的父亲是一位数学家和音乐家，因家境贫寒，不让他再学不能赚钱的音乐和数学，而送他到比萨大学去学医。可是，他学医不用功，却对数学、物理格外有心。21岁那年，父亲见他这样不听话，一生气，再不给他学费，他只好退学。但是，四年之后，因他的数学、物理方面自学的成就，伽利略被母校聘请回去任数学教授。他一登上大学讲台，可不是像其他人那样照宣亚里士多德的教条，而是大力提倡观察和实验。这在当时的学者看来，简直是一个不知天高地厚的疯子。1590年，25岁的伽利略，对亚里士多德的一个经典理论提出怀疑。亚氏说，如果把两件东西从空中扔下，必定是重的先落地，轻的后落地。伽利略却认为是同时落地。这自然没有人信他的，于是他决心搞一次实验，让人们亲自看看。 年轻的伽利略宣布要进行一次试验，一群教授大为不满，便一起到校长面前告他的状。校长转念一想，这样也好，让他当众出一次丑，也好杀杀他的傲气。这时，早有一群喜欢新奇的学生，将他们的老师伽利略拥到塔下。一会儿，伽利略便爬上斜塔七层的阳台。塔下已是人头攒动，比萨大学的校长、教授、学生，还有许多看热闹的市民，将斜塔围了个水泄不通。就在这时，也还是没有一个人相信伽利略会是对的。人们正在疑惑，只见伽利略将身子从阳台上探出，左右双手各拿一个铁球，一个比另一个要重十倍。当他两手同时撒开时，只见这两只球从空中落下，齐头并进，眨眼之间，“咣当”一声，同时落地。塔下的人，一下子都懵了。先是寂静了片刻，接着便嗡嗡地嚷作一团。这时，伽利略从塔上走下来，校长和几个老教授立即将他围住说：“你一定是施了什么魔术，让两个球同时落地。亚里士多德是绝对不会错的。”伽利略说：“如若不信，我还可以上去重做一遍，这回你们可要注意看着。”校长说：“不必做了，亚里士多德全是靠道理服人的。重东西当然比轻东西落得快，这是公认的道理。就算你的实验是真的，但它不符合道理，也是不能承认的。”伽利略说：“好吧，既然你们不相信事实，一定要讲道理，我也可以来讲一讲。就算重物下落比轻物快吧，我现在把这两个球绑在一起，从空中扔下，按照亚里士多德的道理，你们说说看，它落下时比重球快呢还是比重球慢?” 校长不屑一答地说道：“当然比重球要快!因为它是重球加轻球，自然更重了。”\n 这时一个老教授忙将校长的衣袖扯了一下，挤上前来说：“当然比重球要慢。它是重球加轻球，轻球接拉它，所以下落速度应是两球的平均值，介乎重球和轻球之间。” 伽利略这时才不慌不忙地说道：“可是世上只有一个亚里士多德啊，按照他的理论，怎么会得出两个不同的结果呢?”校长和教授们面面相觑，半天说不出话来。一会儿才突然醒悟到，他们本是一起来对付伽利略的，怎么能在伽利略面前互相对立起来呢?校长的脸一下红到脖根，气急败坏地喊道：“你这是强辩，放肆!”这时围观的学生轰的一声大笑起来。伽利略还是不动火，慢条斯理地说：“看来还是亚里士多德错了!物体从空中自由落下时不管轻重，都是同时落地，就是说物体无论轻重，它们的加速度是相同的。”(后来测得是9.8m/s2) 自由落体运动教学中的几个片段河南省卢氏县第一高级中学　左开发教学过程决不能只是知识的传授，过程与方法、情感、态度、价值观应该贯穿教学的每一个环节。请看下面自由落体运动教学中的几个片段： 一、情景引入：最美妈妈吴菊萍 \n2011年7月2日下午1点半，在杭州滨江区，一个2岁女童突然从10楼坠落，在楼下的吴菊萍没有划算不划算的加减乘除，也没有得与失的斤斤计较，奋不顾身地冲过去用左臂接住了孩子，小女孩妞妞目前已抢救完毕无生命危险，而救人女业主吴菊萍其手臂骨折，受伤较重。吴菊萍因此被网友亲切地称为“最美妈妈”。 事后人们知道，如果从高空坠落的孩子落在吴菊萍脖子上，可能造成她高位截瘫；落在她头上，她可能当场死亡。根据自由落体运动等物理公式推算，吴菊萍接触到小孩的瞬间，手臂承受了约290公斤的重量。“从物理学上讲几乎是不可能的，但爱的世界没有力学。那一瞬间，一个平凡的女人学会了乾坤大挪移，完成了一个奇迹。”人之所以为人，人类之所以历经重重灾难而生生不息，不正是因为这高贵的人性光辉吗？ 2012年感动中国委员会为她颁发了奖章。颁奖词这样写道：危险裹胁生命呼啸而来，母性的天平容不得刹那摇摆。她挺身而出，接住生命，托住了幼吾幼及人之幼的传统美德。她并不比我们高大，但那一刻，已经让我们仰望。 二、牛顿管演示：精益求精只需要多一点点智慧 牛顿管主要用来演示自由落体运动。原实验的方法是：把玻璃管倒转，让物体下落，从而可比较轻重不同的物体的运动情况。但由于操作方法粗糙，加上管壁对羽毛有吸附作用，金属片与管壁可能发生碰撞，玻璃管倒立时，管内物体的初速度不一定刚好为零等等，实验效果不够理想。 为此，我在教学中对牛顿管的实验方法进行了小改进，具体做法如下：1.将管内物体换为一枚一角硬币和一根缠着一圈细铁丝的红色羽毛放人管内；2.直立玻璃管，用磁铁把硬币和缠着铁丝的羽毛吸在玻璃管的顶端。取去磁铁，可观察对比硬币和羽毛在有空气和真空中下落的快慢。这样做一是硬币的银白色和红色对比明显，易于观察；二是确保两者初速度为0且同时下落。演示取得了很好的效果。 三、比一比，看谁反应的最快 本节最后做一做环节“测定反应时间”，许多老师授课时都是一笔带过，而我却在这大动干戈。在和谐的氛围里，在所学知识应用的过程中，每位同学都体验到了收获的成就感，笑容洋溢在他们的脸上。同时两两合作也培养他们的合作意识。\n 额外的收获是，有个学生告诉我，可以直接用打点计时器来测反应时间，根本不用计算。我就让他上讲台给大家说说他的做法：一位同学用手捏住纸带，纸带下端挂着重物，他喊开始的同时松手，重物做自由落体运动，另一位同学立即去捏纸带，使其停止。观察纸带上打点的个数就可知道反应时间了。 四、结束语：从自由落体运动来看“自由” 什么是自由？最初的理解是“由自己做主，不受任何限制和拘束。”但学习过本节以后我们对此有了更深的认识。落体运动之所以叫自由落体运动，是因为它受到恒定的意志力（即重力），在这种意志力的支撑下，物体排除各种阻碍（即空气阻力摩擦阻力等忽略），以恒定的步伐（即加速度），向心中的目标迈进（即落向地球）。我们做人是否也应该这样呢？勇敢的承担起生活、家庭、社会各方面的压力，不屈不挠，坚持不懈，直到成功。我想这才是自由的最高境界吧！《自由落体》教学设计湖北省监利县朱河中学　易国平　　【教学目标】 　　一、知识目标 　　1．知道什么是自由落体运动。\n 　　2．知道什么是重力加速度，知道重力加速度的方向和通常的取值。 　　3．会应用相应的运动学公式解答有关自由落体运动的问题。 　　二、能力目标 　　调动学生积极参与讨论的兴趣，培养逻辑思维能力及表述。 　　三、德育目标 　　利用课后的阅读材料，介绍伽利略上百次的对落体运动本质规律的探索研究，使学生体会到科学探索的艰辛，挖掘素材。 　　【教材分析】 　　教材把自由落体运动作为初速度为零、加速度为的匀加速直线运动的特例来处理，没有另外给出自由落体运动的公式，这体现了物理学从简单问题入手，用理想化的方法处理实际问题的方法。研究自由落体运动时，给出了频闪照相机的照片，但没有作定量的详细分析，只要求从图上看出物体越落越快，物体作加速运动即可。教材为了简便，援引伽利略的研究结果，直接给出了自由落体运动是初速度为零的匀加速直线运动，重力加速度的讲述，也比较适合学生的思维习惯，根据实验在同一地点，从同一高度同时自由下落的物体，同时到达地面的事实。由知它们的加速度必相同，所以本节课的重点和关键是做好实验和推理分析。 　　【教法建议】 \n　　可以按照教材安排的顺序，在讲解的同时，通过实验，边讲边议，如果学生条件许可，可采取讨论式的教法。 　　【教学重点】 　　认识自由落体运动是初速度为零、加速度为g的匀变速直线运动，并能应用匀变速直线运动的规律解决自由落体运动的问题。 　　【实验器材】 　　牛顿管、橡皮块、两张相同的纸。 　　【教学难点】 　　自由落体运动中不同物体下落的加速度都为g。 　　【教学过程】 　　一、自由落体运动 　　1．思考与讨论： 　　（1）重的物体下落得快？还是轻的物体下落得快？ 　　（2）请举出一重的物体下落快的实例？（演示一张纸和一块橡皮下落的现象）\n 　　师：是否一定是重的物体下落的快？在17世纪时著名物理学家伽利略就用一种巧妙的推理方法来进行推理：①假设一块大石头的下落比一块小石头下落快。②两块石头的总重量最大，它们整体下落的速度与大石头、小石头下落的速度相比应如何？（答：整体下落速度最快）。③如把两块石头拴在一起时，下落快的会被下落慢的拖着而减慢；下落慢的会被下落快的拖着而加快，结果如何？（答：两块石头的整体下落的速度应小于大石头的速度，而大于小石头的速度。）④这与重的物体先落地的结论矛盾。 　　请一个学生来做个实验：半张纸揉成的纸团和一大张纸片同时从同一高度下落情况，请同学观察。（纸团比纸片下落快，轻的物体还下落的快。） 　　（设计说明：上述方法也是我们研究问题的方法，利用粗象的逻辑推理或做实验验证。） 　　师：这样看来，重的物体有时下快，有时轻的物体下落的快。请同学们比较一下上面的几个实验并讨论是什么原因导致这样的结果。 　　2．分析引导： 　　（1）教师指出：上述实验现象表明物体下落快慢与轻重无关，是因为有空气阻力存在使现象变得复杂。在17世纪，伽利略曾做过著名的比萨斜塔实验，实验发现：质量不同的铁球和木球几乎同时落地。 　　（2）提问：如果没有空气阻力，只在重力作用下轻重不同的物体下落快慢如何？ 　　（3）演示：按教材要求做“牛顿管”实验。 　　3．总结归纳： \n　　（1）牛顿管实验结论：质量不同的羽毛硬币等物体在没有空气阻力的情况下，下落的快慢是相同的。并比较一下牛顿管放入空气后的实验现象，引出自由落体运动的定义。 　　师：自由落体运动是一种什么运动呢？我们会猜想它会不会就是初速为零的匀变速直线运动呢？这样需要来证明才能确定。 　　（2）指导学生看“自由落体运动的频闪效果”的插图。 　　提问：要证明是匀变速直线运动的方法？（方法一：利用连续相邻相等的时间内的位移差为定值进行推导。方法二：证明连续相邻相等的时间内位移之比是连续的奇数比。） 　　（设计说明：这种方法先猜想后用实验验证的方法也是科学家研究问题的一种方法。） 　　（3）分析频闪照片，分析出自由落体运动是加速运动，进而指出，自由落体运动是初速度为零的匀加速直线运动。 　　（4）结论：自由落体运动的性质：初速度为零的匀加速直线运动。 　　二、自由落体加速度 　　1．分析引导：在同一地点，从同一高度同时下落的物体，下落到同一位置时（这个位置是任意的）所用时间总是相同的。可知：这些初速度为零的匀加速运动，在相同时间里发生了相等的位移，由知，它们的加速度必相同。 \n　　2．让学生看书，记住重力加速度的方向，了解一些地区的重力加速度的数值。并让学生比较与前面学到的g的数值大小，并强调这个重力加速度就是前面我们学到的常数g。 　　3．让学生根据匀变速运动的公式，推导出自由落体运动的公式： 　　，，　　若学生基础较好，可根据自由落体频闪照片，用分析纸带的方法由粗算一下自由落体加速度。 　　三、例题 　　例　《北京晚报》报道：一小孩从15m高的楼层掉下，被下面的一位叔叔伸开双臂接住化险为夷，幸免于难，试求： 　　(1)该小孩在空中下落的时间为多少？ 　　(2)该叔叔接住小孩时，小孩的速度为多少？ 　　四、课后探究 　　测自己的反应时间：（请学生说明这样测量的理由。并要求学生课后测量一下自己的反应时间。现场可测几个同学的反应时间。） \n　　（设计说明：让学生自己参与，既活跃了课堂气氛，又让学生加深了印象，可以让学生在玩的过程中学到了知识，这样会收到很好的效果。） 　　五、课后思考题 　　1．想测出一幢楼的高度，你用所学过的知识设计测量方案。(请学生来思考作答)  　　2．一个物体从塔顶自由下落，在到达地面前最后1秒内的位移是整个位移的9/25，求塔高。（指导学生，让学生自己解答） 　　六、板书设计 　　（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。 　　2．条件。 \n　　(1)只受重力作用。 　　(2)从静止开始下落。 　　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．方向：竖直向下。 　　2．大小：通常取g=9．8m/s2，有时g=10m/s2。 　　相关因素：（1）随纬度的增加而增大。 　　（2）随高度的增加而减少。 　　（三）例题 　　七、教学反思 　　首先，本节课最重要是对一些科学研究方法的教学，若仅仅是对这些知识的传授而不重视科学物理研究方法的教学，则这堂还不能算是一堂成功的课。其次，在教学过程中应多让学生自己参与到探究活动中去，这样让学生自己做实验探究出来的结果比教师告诉得到的结果印象要深刻的多，也让课堂教学的师生互动有了更好的效果。另外，这节课要注重把实验做好，如果实验不成功，这节课就如同让学生去死记几个结论了，效果不好。2009-03-10  人教网\n《自由落体运动》教学设计江苏省苏州市星海学校　陈海涛　　【教案编写说明】 　　随着新课程的实施和深入推进，教育对教师的要求也越来越高。当然，在新形势下对教师的备课也相应提高了标准。为了让教师的“备课”更好地服务于新课程的实施，笔者觉得对备课的形式和内容都应加以研究。下面就为大家介绍一种有利于教师成长的新型教案──“四栏式”教案的写法。 　　在“四栏式”教案中，除了常见教案中的“知识目标”、“能力目标”、“情感目标”等项目外，主要把常见教案中“教学内容”部分的格式改成了表格，表格由四个竖栏构成──第一栏是“知识概要”，第二栏是“师生活动”，第三栏是“设计意图”，第四栏是“教学反思”。 　　在第一栏中，要求教师备好课程中的基本内容，把某节课中涉及到的知识点先“吃透”、“梳理”，再把知识点简明扼要地整理在该栏中。在此处，笔者觉得教师只需“简明扼要”，因为教师一旦把教学内容“吃透”、“梳理”后，与其在教案中长篇累牍陈述基本知识，倒不如省点时间备教案中的其它环节，把时间花在“质”的提高上。 　　在第二栏中，要求教师事先精心设计学生在课上的学习活动，针对不同学习内容的特点，考虑准备指导学生采取什么样的学习策略，考虑什么内容该启发，什么内容该讨论或辩论，什么内容该讲授，什么时候将有利于培养学生创新精神或实践能力，什么时候该合作，而什么时候又该张扬学生个性；等等。认真备好第二栏，能为实现“以学为中心”做好坚强后盾。 　　在第三栏中，要求教师回答“为什么”？即为什么要学相关的内容？为什么要这样教？为什么要指导学生这样学？具体说，就是要回答第一栏中为什么要安排有关学习内容，以及回答第二栏中为什么要采取有关活动。当然，在“回答”时，我们要求教师要依据教育科学的有关理论进行回答，实际上相当于把“说课”的理论渗透到新教案中了。这样写教案，对教师（尤其青年教师）是一个很大的挑战，但如果能认真备好第二、三栏，对于教师的成长是非常有益的。不过，要想写好这一栏，教师还要多掌握学生的“学情”。\n 　　在第四栏中，要求教师在上完课后，反思每节课的教学过程，对师生的活动进行客观的自我评价，承认优点，找出不足，以便今后能更好地促进学生发展。其实，教师如实地写好第四栏，也是在为自己积累丰富的第一手“学情”资料，为自己的教学研究积累素材。 　　【教案内容】 　　一、教学目标 　　〖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。 \n　　〖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〗 　　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 \n　　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、牛顿管、小纸片、打点计时器、铁架台、纸带、质量不同的重物等。 　　五、课时安排 　　1课时。 　　六、教学内容 知识概要师生活动设计意图教学反思\n一、课前准备 按课本图2．4-1要求，提供打点计时器等器材，让学生于课前先行探究重物自由下落时的运动规律。 把学生分成若干小组，选出组长，要求学生在自学的基础上探究重物做自由落体时的运动规律。 要求学生记录相关实验实据，以便课上进行交流。 提示学生： 1．若重物做的是匀变速运动，请测出重物的加速度； 2．请思考实验中应该注意哪些事项来减少误差？这节课要求学生探究的实验较多，如果都在课上完成，只花1课时显然是不现实的。如果把这个实验改成演示实验，则效果将大打折扣，学生很难亲身体验到“自由落体运动是初速度为零的匀变速运动”，对实现本课的教学目标不利。 学生在课前完成该实验，会有一定的难度，但是，研究该实验所用的方法，在前几课中已很好地学过。所以，为了突出“探究”，课前让学生做一做，非常必要。（因人而异）二、新课内容 （一）自由落体运动概念的学习 1．小实验引入新课：观察硬币和纸片的下落快慢。 2．回顾历史，进一步引发学生猜想。用这个小实验激励学生猜想：物体下落快慢是不是取决于物体的质量大小？ 用多媒体播放录像短片，并问学生：重球和轻球哪个先落地？等学生回答后，再引导学生观察录像短片中两个球的运动情况。 实验现象符合学生的生活经验，为下面激起学生的认知矛盾做准备。 两个球同时落地，这和学生的生活经验相矛盾，正好激起学生的疑问和猜想：物体下落快慢究竟与什么因素有关呢？  \n 录像短片：比萨斜塔实验。 3．“牛顿管”实验。 4．月球上的实验。引导学生观察抽去空气的玻璃管中金属片和羽毛同时从静止下落时的快慢是否相同。 教师讲述1971年美国宇航员在月球表面将锤子和羽毛同时释放，它们同时落在月球表面的故事。让学生观察演示实验，借助实验事实验证自己的猜想正确与否，并做出初步的结论：物体下落快慢与轻重无关。 激发学生的学习兴趣。5．引入自由落体运动的概念。 6．小实验：什么情况下可以忽略空气阻力？     （二）探究自由落体运动是初速度为零的匀加速直线运动。    在上面几个实验事实的基础上，教师告诉学生什么叫自由落体运动。然后再指导学生分析做自由落体运动的必备条件：只受重力、初速度为零。 让学生裁两张大小不同的纸片，保证他们质量不同。叫学生把两纸片揉成紧紧的小纸团，然后从同一水平高度释放，观察哪个纸团先落地。 适时总结，激励学生猜想：同学们，刚才大家都看到了自由落体运动，下面请你们根据自己的观察，说说或猜猜自由落体有何运动特征？ 在实验事实的基础上，能让学生建立“表象”，此时再引入概念，学生才能真正构建和理解概念。事半功倍。 让学生体验：由于小纸团受到的空气阻力较小，所以同时落地，即可以看作自由落体运动。由此推广到其他类似情况，学生较容易接受。 培养学生的表达能力和猜想能力。  \n        （三）自由落体加速度的学习激励学生设计探究的方案：怎样去验证你们的猜想呢？ 引导学生在上述交流的基础上，归纳在实验中所测得的自由落体加速度，总结出规律。 告诉学生在表中查到的苏州地区重力加速度，让他们与自己的测量结果对比。学生多数都是用课本中提供的方案。让学生交流自己的做法，评价他们在实验中的优缺点，揭示出自由落体的运动规律。这样将非常有利于本课三维教学目标的实现。 由于在同一地点，不同学生使用不同重物测得的加速度都很接近，所以学生很容易发现其中规律。 引导学生联系实际，激发学生兴趣。（四）学习自由落体的运动规律 （五）思维训练 1．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？ 教师引出自由落体加速度（重力加速度）概念，并给出通常取的值和近似计算时取的值。 要求学生看课本P46中表格，探究其中规律。 要求学生自己尝试写出自由落体运动的基本公式： 要求学生记住数值和单位。 培养学生的概括能力，让他们了解重力加速度随纬度的增加而增大。 培养学生的迁移能力。 该问题是想引导学生从物理走向生活，同时加深对自由落体概念的认识。  \n2．课本P47第4题（附插图如下）：  组织学生讨论、交流。 组织学生探究。该问题是想让学生知道频闪照相的方法，同时应用多种方法尝试解决自由落体运动，培养学生的发散思维。三、小结   引导学生先自己进行课堂总结，然后和同桌间交流，最后教师提问学生。培养学生的自主归纳能力和表达能力。  四、布置作业 1．课本后没讨论过的习题； 2．教师自编习题（附后面）； 3．分组探究课本P46的“测定反应时间”； 4．鼓励有条件的同学选做一下课本P47的小实验“做一做”。 1和2要求学生独立完成。供学有余力的学生选做。 3和4要求学生合作完成。巩固本节课所学自由落体的运动规律。 意在分层教学。 提高学生的探究能力。 \n 　　七、板书设计 自由落体运动 一、自由落体运动的概念 物体仅在重力作用下，从静止开始下落的运动，叫自由落体运动。 二、自由落体运动的规律 初速度为0的匀加速直线运动。 三、自由落体加速度 1．一切物体自由下落的加速度都相同，叫做自由落体加速度。 2．常取g=9．8m/s2或g=10m/s2。 四、自由落体运动的基本公式 \n 　　【附自编习题】 　　1．大气层是我们地球生命赖以生存的屏障，每天都有很多小陨石落入地球大气层中，但当它们进入大气层后，由于空气的摩擦生热，绝大部分小陨石还没有到达地面便已经被烧毁。现在人类向天空发射的飞行器、卫星等当超过一定使用年限后，也让它们进入大气层烧毁，那么小陨石等进入大气层后的运动是自由落体运动吗？ 　　2．甲、乙两物体的质量之比为1∶4，不考虑空气的阻力作用，它们在同一高度处同时下落，则下面说法正确的是（　　） 　　A．甲比乙先着地 　　B．乙比甲先着地\n 　　C．甲和乙同时落地 　　D．甲比乙的加速度大 　　3．如果从高楼相隔1s先后释放两个相同材料制成的小球，假设小球做自由落体运动，则它们在空中各个时刻（　　） 　　A．两球的距离始终保持不变 　　B．两球的距离越来越小 　　C．两球的距离先越来越小，后越来越大 　　D．两球的距离越来越大 　　4．根据漫画讨论如图2－4－4所示：他们采用了什么方法测量洞的深度？请你对该方法进行评估（指出有何优点与不足）。 　　漫画：洞有多深？ \n 　　5．一位同学进行“用打点计时器测量自由落体的加速度”实验。 　　（1）现有下列器材可供选择：铁架台、电火花计时器及碳粉纸、电磁打点计时器及复写纸、纸带若干、220V交流电源、低压直流电源、天平、秒表、导线、电键．其中不必要的器材是：____________________________；缺少的器材是________________________。 　　（2）这位同学从打出的几条纸带中，挑出较为理想的一条纸带。开始打的第一个点标为A，随后连续的几个点依次标记为点B、C、D、E和F，测量出各点间的距离，如图2－4－6所示。  　　请你在这位同学工作的基础上，思考求纸带加速度的方法，写出你所依据的公式：_________________________________________。 　　（3）根据你的计算公式，设计表格记录需要的数据，计算纸带下落的加速度。结果保留两位有效数字） 　　（4）估计你的计算结果的误差有多大？试分析误差的来源及其减小误差的方法。 下载：\n