自由落体运动教学设计_教学设计自由落体

2020-02-28 教学设计下载本文

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自由落体运动教学设计

一、教学设计理念

1.本节课主要以实验探究为主，采用多种教学方法进行教学活动，如：直观演示法，示范教学法，读书指导法等。以此多种教学方法提高学生各方面的能力；

2.本节课以学生为主体，老师为主导，充分体现学生的主体作用，发挥其主观能动性，注重学生实验能力的培养，注重学生科学思维的建立，注重提高学生发现问题解决问题的能力；

二、学情分析

1.在本节课的学习前，学生已经学过匀变速直线运动，对其有一定的掌握，并会利用打点计时器研究匀变速直线运动。同时在本章第三节“做一做”介绍了光电计时器的原理。因此学生对本节的实验探究有了足够的知识准备；

2.落体运动很常见，但是对于自由落体运动，学生只停留在感性认识阶段，学生在头脑中存在相异构想，如：重的物体下落快。这对本节内容的学习产生负迁移，不利于物理概念的建立；

三、教材的地位分析

1.自由落体运动是自然界广泛存在的物体下落运动的理想模型。通过自由落体运动理想模型的建立过程，让学生体验科学的研究方法；

2.自由落体运动是一种典型的匀变速直线运动，对其进行深入分析与研究可以使学生更加深刻的理解匀变速直线运动，也为后面学习习近平抛运动打下基础；

四、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。

〖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．通过史实，培养学生学会质疑的科学素养。

五、教学重点

1．对空气阻力影响物体下落快慢的理解； 2．通过实验探究自由落体运动性质的过程；

3．掌握自由落体运动的加速度和自由落体运动的实际应用；

六、教学难点

1．对物体自由下落的快慢与轻重无关的理解； 2．探究自由落体运动性质的过程；

七、教具准备

两张相同的薄纸片、牛顿管、硬币大小圆纸板、硬币、信封、打点计时器、铁架台、纸带、质量不同的重物等。

八、课时安排

1个课时。

九、教学内容

1、探究落体运动快慢的影响因素

（一）引入新课

教师问：在日常生活中，我们可以看到，苹果熟透了，就会从枝头上落下来、冬天飘落的雪花、春天的雨水，秋天的落叶，还有我们玩过的蹦极等，这些运动他们都有一个什么样的特点？

生答：都是往下落的。

教师：对！我们再看，枝头上的苹果、树叶，云朵里的雪花、雨水，他们在落下之前的状态，又是处于一个什么样的状态呢？是静止的还是运动的？

生答：静止状态。

教师：没错，所以，我们就把这些由静止状态下落的运动叫做落体运动。

（二）落体运动的思考：

教师：现在，同学们再回想一下生活中的那些落体运动，是不是发现它们下落的速度都有快有慢？

生答：是。

教师：同学们现在猜测一下，是什么原因导致它们的下落速度的不同呢？生答：空气阻力、重力„„

教师：有很大一部分同学们都觉得是重力的原因，那么，下面我们就来做几个小实验，用重力不同的物体来一起下落，看看他们的落地情况是怎么样的。

（三）实验与探究

实验1：裁一个与硬币大小相同的圆纸板与硬币从同一高度同时自由释放，观察两个物体的下落快慢情况。

实验观察，发现硬币比圆纸板下落快。实验2：将两张相同的薄纸片，一张平铺，一张揉成纸团，从相同的高度同时自由释放，观察两张薄纸的下落快慢情况。

实验观察，发现纸团比薄纸片下落快。实验3：两个相同的硬币，一个装在信封之中，与另一个硬币从同一高度同时自由释放，观察两个物体的下落快慢情况。

实验观察，发现单独的硬币比装在信封中的硬币下落快。

教师：上面的三个实验我们可以看到，第一个实验说明的是中的物体比轻的物体下落要快。但是第二个实验说明的是什么？

生答：一样重的物体下落速度却不一样。教师：很好，那么第三个实验呢？生答：轻的物体比重的物体下落快。教师：那从这三个实验我们来看看，物体的下落速度和物体的质量有没有关系？生答：没有关系。

教师：那么同学们说说，物体下落过程中的运动情况与什么因素有关呢?也就是说物体下落的快慢与什么因素有关呢? 生答：空气阻力。

教师：既然是空气阻力影响了物体的下落快慢情况，那如果我们把空气阻力去掉，不同物体的下落情况，又会是什么样子的呢？

生答：„„

教师：同时，这里提到了去掉空气阻力的问题，可是我们的生活到处都充满着空气，同学们想想看，我们要如何才能把这空气阻力给去掉呢？

生答：去外太空、把空气抽出去„„

教师：同学们都想得很不错，那么，根据同学们刚才提出的想法，我这里就拿过来了一个牛顿管，它就是一个封闭的玻璃管的装置，里面有一个铜钱和一根羽毛，我们可以将这个玻璃管之中的空气抽离，就能制造出一个没有空气阻力影响物体的环境出来了。

（四）观察与思考

观察老师在讲台上做的牛顿管实验，一片羽毛和一个硬币的下落，在空气中的落下时硬币要比羽毛快；但是当我们将玻璃管中的空气抽离，即制造出一个真空的环境时，发现硬币与羽毛的下落速度基本一致了。

（五）得出结论

教师：我们看到实验现象，发现在没有了空气阻力的影响之后，硬币与羽毛的下落竟然是一样的了，那同学们一起来说说，这个实验现象说明了什么问题呢？这影响物体运动快慢的因素到底是什么？

学生：影响物体运动快慢的因素是空气阻力。

教师：很好，没有了空气阻力，在只受到重力的情况下，轻重不同的物体下落快慢是相同的。

2.自由落体运动的定义

教师：那么，在这个时候，我们再看看，刚才在牛顿管中的铜钱与羽毛的下落实验中，我们发现它们在下落之前的状态都是怎么样的？

生答：是静止状态。

教师：很好。然后我们再看，它们在下落的过程中受力情况又怎么样的？生答：受到了重力。

教师：除了重力还有别的力没有？生答：没有了。

教师：所以，这个时候我们就得出了我们这节课的标题，自由落体运动的概念，请一个同学来归纳一下，什么是自由落体运动。

生答：一个物体，在只受到重力的情况下，由静止开始下落的运动，就叫做自由落体运动。

教师：现在，我们再从它的概念上面来看看，自由落体运动有哪两个特点？生答：只受到重力；由静止开始下落。

教师：没错，静止开始下落，也就是说它的初速度怎么样？生答：初速度为零。

教师：同时，我们知道，自由落体运动是排除了空气阻力的影响的。但是我们身边到处都充满着空气，我们只要一运动就一定会受到空气阻力的影响。所以，严格来说，我们生活中存不存在自由落体运动？生答：不存在。

教师：所以自由落体运动是一个理想模型。但是如果它仅仅只是一个理想模型，它对于我们的生活问题的研究能不能起到作用？

生答：不能。

教师：所以在某些情况下，我们可以把落体运动近似的看成是自由落体运动。那什么情况可以这么近似呢？它需要满足一个什么条件？

生答：当空气阻力很小的时候。

教师：很不错，当G＞＞F（空气）的时候，我们就可以把落体运动当成是自由落体运动来研究了。

3．探究自由落体运动的性质(一)提出问题

教师：现在我们已经知道了，什么是自由落体运动，那它又是一种什么样的运动呢？首先，同学们看到它的运动轨迹是什么？

生答：直线。

教师：然后，同学们再说说，它是加速直线运动、减速直线运动，还是匀速直线运动？生答：匀加速直线运动。

教师：我们前面学习过一种最简单的运动——匀变速直线运动，那么，自由落体运动是不是也是一种匀变速直线运动呢？同学们想一下，我们要根据前面所学过的知识，要如何来求证自由落体运动是否是匀变速直线运动呢？有什么实验装置与方法能够得到吗？

生答：打点计时器的实验。

教师：很好，那这里我们可以看到课本上的44页上面的一个打点计时器的实验，先给同学们1分钟的时间看一下这个实验的步骤。

（二）实验与探究

如书本连接好实验装置，打开打点计时器开关，放开重锤，重锤下落拖着纸带打出一排点。

（三）思考与讨论

教师：现在老师的手上已经有了一条打好了点的纸带，然后，要判断它是不是匀变速直线运动，我们要测量纸带上的什么物理量呢？

生答：相等时间的位移之差为一个恒量。

教师：同时我们要注意对纸带上的点进行测量的时候，应该要将直尺的零点与纸带上的零点对齐，然后记录接下来每个点的刻度，然后通过减法得出每相邻两个点之间的位移。为什么要这样子做呢？

生答：减小实验的误差。

（四）得出结论

通过同学们对纸带上的△X的计算，发现，在误差范围的允许之内，自由落体运动相等时间的位移之差是一个恒量。

教师：所以同学们说说，自由落体运动它是一种什么样的运动？生答：匀加速直线运动。

教师：对，而且是一种初速度为零的匀加速直线运动。4.自由落体运动的加速度

教师：那么，现在我们知道了自由落体运动是初速度为零的匀加速直线运动，那它肯定会有加速度对不对！在这里，我们同样可以用实验来证明，就是刚才我们用打点计时器得到的纸带。前两节课我们学习过一种解题方法通过在纸带上点的位移来求出加速度，是什么方法？生答：逐差法求加速度。

教师：那么，同学们和老师一起来把我们的桃源一中这里的自由落体运动的加速度求出来，数值是9.78m/s²。并且在同一个地点，不同物体做自由落体运动时的加速度都是相同的，是不变的，是一个恒量。所以，我们就把这个特殊的加速度用字母g表示。同时，在后面学习中，我们将会知道力是物体产生加速度的原因，自由落体运动只受到重力的作用，所以自由落体加速度又叫做重力加速度。那么，重力的方向是什么呢？

生答：竖直向下。

教师：没错，所以重力加速度的方向也是和重力的方向是一致的，也是？生答：竖直向下。

教师：这呢，我们还需要区别一下竖直向下和垂直向下这两个概念的不同之处。生答：垂直向下是垂直于物体所在的平面，竖直向下是永远垂直于水平面。

教师：刚才我们分析的，都是同一个地点的重力加速度，可是不同地点的自由落体加速度g是不同的。在这里，我们看到书本上第44页中间的表格，列出了不同纬度的地方的重力加速度。同学们可以看看，当纬度不同时，重力加速度还一样么？

生答：不一样了。

教师：是的，那同学们还有没有发现一个什么规律？生答：赤道的重力加速度最小，两极的重力加速度最大。

教师：是的，我们可以看到，纬度越高，重力加速度越大。另外只要确定了同一纬度是不是重力加速度就一定是相同的了呢？

生答：不一定。

教师：如果我把高度从地表上升到1万米的高空去，它在那里的重力加速度就和我们在地表上测量到的重力加速度不一样了。距离地面越高，重力加速度会越小。所以表格的数据只限于地球表面。同学们可以把这两句话写在书本的表格旁边。

而在地球表面的重力加速度虽然随纬度而变化，可是它都在一个小范围内变化，所以我们平时在做题的时候，会有个固定的取值——g=9.8m/s²。

5．自由落体运动规律

那么，在了解我们了自由落体运动的加速度之后呢，我们下面就来进一步的了解自由落体运动的规律。前面我们已经说过的，自由落体运动的性质是？