自由落体教案_自由落体的教案
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2008级物理学一班
张晴晴
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自由落体运动
内容与地位
本节为《普通高中物理课程标准》共同必修模块：物理1中第一个二级主题“运动的描述”中所涉及到的内容，内容标准中这节有关的条目是：（1）通过史实，初步了解近代实验科学产生的背景，认识实验对物理学发展的推动作用。(2)经历匀变速直线运动的实验过程，理解位移、速度、和加速度，了解匀变速直线运动的规律，体会实验在发现自然规律中的作用。并通过介绍伽利略对自由落体的研究，体会科学研究方法对物理学发展的作用。
物体的下落运动是日常生活中最为常见的现象，学生对物体的下落运动已有自己的认识，这可以作为教学的起点，通过实验和科学的辨析，认识自由落体运动的规律。自由落体运动是匀变速直线运动的一个重要实例，通过自由落体直线运动规律的研究，加深对匀变速直线运动规律的理解。另外，在学习过程中要让学生逐步体会伽利略的“提出假设-数学推理-实验验证-合力外推”的研究方法。伽利略对自由落体的研究开创了科学的实验方法，促进了物理学的发展，为人类认识自然提供了一种重要的研究方法，因此，伽利略对自由落体运动的研究是方法教育和情感教育的好素材，教学过程还应让学生感受科学家的探索精神。
一.教学目标
(一)知识与技能
1、理解自由落体运动的条件和性质，掌握重力加速度的概念。
2、掌握自由落体运动的规律，能用匀变速直线运动的规律解决自由落体运动。(二)过程与方法
初速度为零的匀变速直线运动,从而培养学生的观察概括能力,通过相关物理量变化规律的学习,培养分析推理能力.2、渗透物理方法的教育,运用理想化方法,突出主要因素,忽略次要因素,抽象出物理模型--自由落体,研究物体下落在理想条件下的运动
3、通过介绍伽利略对自由落体的研究的过程，体会科学研究方法对物理学发展的作用
(三)情感.态度与价值观
1、通过科学史的简介,感受前人崇尚科学、勇于探索的人格魅力，培养学生严谨务实的科学态度。促进学生形成科学思想和正确的世界观。
2、通过学习伽利略的严谨逻辑推理,给学生以科学方法论的教育
二、教学重点、难点
本节课的教学重点是：自由落体运动的概念及探究自由落体运动的过程，掌握自由落体运动的规律。
难点是：伽利略的科学思维方法。
三、教学方法
讲授法和实验探究相结合的教学方法
1、通过观察轻重不同物体在真空中的下落过程演示实验概括出自由落体运动是 2008级物理学一班
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四、教学用具
多媒体,硬币,纸片 五.教学过程
1、创设问题情境，引入新课 板书：3.3自由落体运动
师：生活中存在着各种各样的物体下落现象，比如老师竖直释放这根粉笔，它就往下落，再比如成熟的苹果从树上落下来，还有什么呀？ 生：水沿屋檐滴下、树叶掉落等
师：我们把这类下落的运动称为落体运动，到底落体运动有什么规律呢？大家先 来观察一个实验。这里有一个硬币，一张纸片，请前排的同学检验一下，那个物 体重？ 生：硬币重
师：下面我将硬币和纸片从一定高度同时无初速度释放，请大家注意观察。演示：将硬币和纸片从同一高度释放，硬币比纸片早落地。师：大家看到了什么呀？ 生：硬币比纸片下落的快。
师：也就是说重的硬币下落得快，轻的纸片下落的慢。其实呢，早在2000多年 前，古希腊伟大的哲学家亚里斯多德就开始思考这个问题，他就认为：重物比轻 物先落地。大家是不是这么认为的呢？下面我们一起来探究一下。教师：老师现在把纸片揉成纸团，纸片变成纸团，重力有没有变化呢？ 生：没有
师：没错，重力是一样的，那我们重新再做下先前的实验。同学们认真观察下这 次的现象有什么不同？
演示：把纸片揉成纸团，重做实验。硬币和纸团几乎同时落地。
教师：这次我们看到了硬币和纸团几乎同时落地，说明物体下落快慢与其质量没 有必然联系。
教师：那现在同学们认真回想一下刚才老师做的这两个实验，究竟是什么因素影 响了物体下落的速度呢？ 生：空气阻力。
师：对了，从纸张变为纸团，与空气的接触面积不同。（ppt）所以受到空气阻力 的影响不同。纸团面积小，受到空气阻力影响小，下落快；纸张面积大，受到空 气阻力影响大，下落慢。也就是说因为空气阻力的影响让问题变得复杂，那么如 果没有空气阻力，情况又会如何呢？物体下落快慢是否相同呢？ 学生综合分析后回答：应该相同。
师：大家都猜想应该相同，那我们要怎么验证我们的猜想呢？ 生：真空。2008级物理学一班
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106012008042 师：对了，要是空气阻力没有了，在真空情况下就可以观察物体下落的情况。我们下面就一起来看看牛顿管的实验。老师手中这根长约1.2米的玻璃管就是牛顿管，它的一端是封闭的，一端用带有气嘴的金属盖封固，气嘴上有一个阀门。阀门打开就可以使玻璃管和外界相通。这里面装有轻重不同的软木塞、硬币和羽毛。看到了吗？老师已经把管内的空气抽的很稀薄，可认为软木塞和羽毛是在没有空气的空间下落。现在我将牛顿管倒立，大家注意观察它们下落的快慢。生：几乎同时到达管底。
师：那我们也可以比较一下有空气的情况下，（旋气嘴）空气进入玻璃管中，再来看看是否还是同时到达管底。有没有同时到呀？ 生：没有
师：这说明在没有空气阻力的情况下，比如真空的牛顿管，物体下落的快慢是。。相同的。由此可知，亚里士多德的观点是错误的。早在16世纪末，科学家伽利略就对亚里士多德的观点提出了怀疑，他用“归谬法”很巧妙地驳斥了亚里士多德的观点。下面我们就来简要地领略一下这个巧妙的推理过程。（在黑板上画一个小球，一个大球，一个小球和一个大球）
伽利略先假设亚里士多德是正确的，也就是重物下落比轻物快，如果让一个质量较小的小球和一个质量较大的大球从同一个高度同时下落，按照亚里士多德的观点看，谁下落更快？
学生：大球。
师：为了描述方便，我们假设小球下落速度为4m/s，大球的为8m/s，假如我们把一个10磅重的铁球和一个1磅重的铁球拴在一起，从一种角度来看，把栓在一起的两个铁球看做一个整体，就比单个的10磅球重，落下的速度就应当比原来10磅的球快。速度应该。。大于8m/s。
但是从另一个角度来看，不把两个小球看成整体，而是看成大球拖着小球下落，落得慢的小球会拖住落得快的大球，这样下落的速度应该是多少？
举个例子，比如一个大人拉着一个2岁的小孩跑，大人肯定要被小孩拖着而变慢，就没有他一个人跑时快。所以速度是要大于8m/s还是小于8m/s？小于8m/s。
大家发现了什么？根据亚里士多德的观点推出了两个自相矛盾的结果。绑在一起都是11磅重，质量相同，但是推出物体下落的速度却是不一样。说明这个观点肯定是错误的。伽利略就是这样用强有力的逻辑推理驳倒了亚里士多德，推断出并不是重的物体要比轻的物体下落的快。
生：没有
师：好，前面说了，因为有了空气阻力的影响，使物体下落的规律变得复杂。为了研究方便，我们从最简单的条件入手。
对于落体运动来说，从静止开始下落——也就是初速度为零——是不是比初2008级物理学一班
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106012008042 速度不为零简单？而且忽略空气阻力认为只受重力作用，比有空气阻力来得简单。
因此，物理学中将物体不受其他因素影响，只在重力作用下从静止开始下落的运动称为自由落体运动。（课本46页）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。
大家把这个定义从书上划下来，那同学们根据这个定义能找出做自由落体运动的特点吗？
生：只受重力、初速度为零。
师：对了，这就是自由落体运动的两大特点。这也是物体做自由落体运动所要满 足的两个条件，要两个条件都满足，缺一不可。板书：2．特点：
(1)只受重力作用。
(2)从静止开始下落。
那么现实生活中有没有存在严格的自由落体运动呢？ 生：没有，因为有空气阻力。
师：对了，因为我们生活在大气底层，时时刻刻受到大气的影响，所以现实生活 中不存在自由落体运动。但是很多时候，在空气阻力远小于物体的重力，可以忽略的时候，我们可以把一些运动近似看成自由落体运动。那我们现在来判断一下这几个物体的运动是不是自由落体运动？
（1）树叶从树上落下
不能，因为空气阻力不能忽略。
（2）用力向下抛出的篮球 不能，因为要满足由静止开始下落，即初速度为0（3）从20楼的阳台上由静止掉下的花盆
可以，满足由静止开始掉下，空气阻力可以忽略。
三、重力加速度
师：那如果让你估测一下它落到地面上大概要多长时间，怎么估测呢？ 生：„„
师：我们要想知道一个运动的时间，是不是要先知道该运动的性质呢?那我们就 先来研究一下自由落体运动到底是什么样的运动，首先来回顾一下已经学习过的运动，匀速直线运动、匀变速直线运动，匀变速直线运动中有匀加速直线运动和匀减速直线运动，那大家猜测一下自由落体运动可能是哪种运动呢？ 生：应该是匀加速直线运动
师：那同学们再想想，如何去验证你们的猜想是不是正确呢？如果是匀变速 直线运动的话我们之前是不是有学过什么方法可以证明呢？
生：打点计时器
师：很好，上节课我们已经做了探究匀变速直线运动的实验，利用打点计时器，用纸带分析的方法，判断其是否为匀变速直线运动。2008级物理学一班
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106012008042 老师这里有一根实现用打点计时器打出的自由落体运动的纸带，上面的数据是这样的(板书)匀加速直线运动的依据是什么？ 学生：教师：什么是。？
学生：连续相等时间内的位移差。师：我们可以计算得到
都是相等的。说明自由落体运动是匀变速直线运动。
板书：3．性质：初速度为零的匀加速直线运动。
好，那大家再动手算一下自由落体的加速度是多少？（让几个同学到黑板上来算）生：10 ms2
师：科学研究表明，物体自由下落的加速度来自地球和物体之间的万有引力，也称为重力加速度。常用g来表示。重力加速度的大小情况大家可以阅读一下书中的信息窗，并找一下规律。
学生阅读，得出随着纬度增大，g也增大，在赤道最小，两极最大。
师：很好，但是在同一地点，一切物体在自由落体运动中的重力加速度都相同。而且一般在通常计算中g取9.8ms2，粗略计算时g取10ms2。g是矢量，不仅有大小，而且有方向，方向始终竖直向下，也就是始终垂直于水平面。注意 不是垂直向下，而是竖直向下。板书：
（二）重力加速度
板书：
1、大小：通常取g=9．8ms2，有时g=10ms2。
2．方向：竖直向下。
3.影响因素：因纬度的增大而增大
(2).重力加速度 教师：我们从定义中“静止下落”可以知道，自由落体运动是初速度为零的加速运动。那它是不是匀加速直线运动呢？大家有没有研究过？
老师提示一下：上节课我们的实验测的是什么物体做什么运动？ 学生：重锤下落。
教师：那么重锤下落能不能看作自由落体运动呢？ 学生：能。教师：为什么？ 2008级物理学一班
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106012008042 学生：因为它的质量比较大，横截面积比较小，因此受到的空气阻力也比较小。教师：你实验的结论，是不是匀加速直线运动？ 学生：是。
教师：你判断它是匀加速直线运动的依据是什么？ 学生：教师：什么是。？
学生：连续相等时间内的位移差。
教师：所以，自由落体运动的性质是：初速度为零的匀加速直线运动。
我们刚才牛顿管中看到，不同物体从同一位置下落，它们的重力加速度应该是一样大的，所以真空时它们落下得一样快。
这个加速度很特别，我们来研究一下。首先，这个加速度是由谁产生的？ 学生：重力。
教师：那它的方向就应该和重力一样，向哪？ 学生：竖直向下。
教师：那它的大小呢？大家实验测得重锤的重力加速度是多大？ 学生：…………
教师：大家的答案都不一样啊。那在福州，这个重力加速度的值应该是多大呢？请观察47页的表格，估计一下。学生：大概是9.79。
教师：你们从表格还能看出什么？不同地点的重力加速度是不是一样的？ 学生：不一样。纬度越高，重力加速度越大；纬度越低，重力加速度越小。2008级物理学一班
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106012008042 教师：它的值变化得大不大？ 学生：都在9.8左右。，教师：请注意书本47页最后一段话：一般情况下，我们进行计算时，取9.8如果题目有说明或者在估算的时候，还可以取10多少？ 学生：9.8。
。如果题目没说明，取
四、自由落体运动的规律
师：所以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，既然自由落体运动是匀加速直线运动，那我们上节课推的许多适用于初速度为零的匀变速直线运动的规律同样适用于自由落体运动。我们就一起来根据匀变速直线运动的公式，推导出自由落体运动的公式。我们先写出匀变速直线运动的公式： 教师：但是自由落体运动有什么特殊的地方？根据定义，只受重力作用说明它的 学生：加速度等于重力加速度即
教师：由静止下落说明—— 学生：初速度为0。
教师：那么，我们就得到了自由落体运动的规律：
这里注意一下，在表示竖直方向的位移时，我们一般不用来表示，而是用高度。应用：。。。。。。。。。
A．估算从四楼凉台上下落的花盆，经过多长时间到达地面，到达地面速度多大？（该例题让学生体验物理现象就在我们身边，体验自由落体运动的快慢。让学生学会估算的方法。）
分析和解：每层楼楼高约2.8m左右，三楼凉台离地面高度 h≈（2.8×3＋2.8÷3）≈9.3m 根据自由落体运动规律
h=
2h1
2gt
∴
t=g229.3s≈1.36s 10花盆落地速度
v＝gt≈13.6m/s 2008级物理学一班
张晴晴
106012008042 老师在学生解题的过程中，应教学生估算楼高的方法，知道每层楼的楼高及凉台离地板的高度大约为楼层高度的三分之一左右；解题后应对结论进行进一步的讨论。如：问四层楼掉下的花盆到达地面所用时间1.36s是长还是短？那么住在高楼同学应注意什么？进入工地为什么必须戴上安全帽？„„等许多实际问题。
在学生体验到自由落体运动下落很快后，老师可以介绍伽利略是如何通过实验和推理来研究自由落体运动规律的。（当时没有打点计时器和闪光照相的方法，也就是说这么短的时间是没有办法测量的；伽利略是如何解决这样的问题？）
（可作为研究性学习课题鼓励学生参考伽利略《两种新科学的对话》一书）
作业布置：
师：今天，我们凭借着先进实验仪器共同探究出了自由落体运动的规律，大家是否好奇，在伽利略的时代，他是如何研究自由落体的？现在就让我们一起来走进这段历史。
首先伽利略根据观察，大胆提出猜想，他认为自由落体运动是最简单的变速运动，即匀加速直线运动。接着他从数学推理出发，根据加速度为零的位移公式，s1s推导出2a，他就想，如果可以测出位移和时间，并且证明比值2为恒量，2tt那就说明加速度a也是恒量，就可以说明自由落体运动确实是匀加速直线运动了。
但是，伽利略遇到了一个很大的困难——因为物体下落的速度非常快，在当时的年代要精确测量出物体下落的时间和位移是非常困难的。因此他就想了一个巧妙的方法，来“冲淡重力”。这一张图片展示了当时伽利略做实验的情景。这是一个打磨得非常光滑的斜面，让一个铜球从上面滚下来，那么所用的时间较之竖直下落就长了许多，当时人们用滴水法来测量时间。在斜槽的末端固定一个能够装水的玻璃圆桶，圆桶的直径恰好和小球的直径相同。当小球开始下滑的时候水就开始滴了，当小球刚好到达斜面的底部把管口遮住的时候，水就不滴了。人们就可以通过的水量来判断下滑的时间。通过这样一个实验，他就发现如果不断
s改变沿斜面下滑距离，比值2都为恒量，由此就可以判断，小球在斜面上的运
t动是匀加速直线运动。
s接着他让斜面的倾角增大一点，继续实验，发现2比值还是保持不变，于
t是又再增大一点进行实验，结果还是一样的。于是，伽利略就进行了大胆的外推：
s如果把斜面的倾角增加到90度，也就是让小球做自由落体运动，那么2比值还
t是保持不变。所以，伽利略间接地证明了自由落体是匀加速运动。
六、板书设计
自由落体运动
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。2008级物理学一班
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2．特点：
(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、重力加速度
1．方向：竖直向下。
2．大小：通常取g=9．8m/s2，有时g=10m/s2。
3、同一地点，不同物体的自由落体运动情况相同，即一切物体在自由落体中的加速度（重力加速度g）相同。不同地点g不一样
三、．自由落体运动规律及其应用
（1）自由落体运动规律
v=gt
s=（2）自由落体运动规律应用
12gt2
七、教学反思
