3.3 勻變速直線運(yùn)動(dòng)實(shí)例——自由落體運(yùn)動(dòng)

★目標(biāo)
(一)知識(shí)與技能
1.認(rèn)識(shí)自由落體運(yùn)動(dòng)，知道影響物體下落快慢的因素，理解自由落體運(yùn)動(dòng)是初速度為零的勻加速直線運(yùn)動(dòng)。
2.能用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器或其他實(shí)驗(yàn)儀器得到相關(guān)的運(yùn)動(dòng)軌跡并能自主進(jìn)行分析。
3.知道什么是自由落體的加速度，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.掌握如何從勻變速直線運(yùn)動(dòng)的規(guī)律推出自由落體運(yùn)動(dòng)規(guī)律，并能夠運(yùn)用自由落體規(guī)律解決實(shí)際問題。
5.初步了解探索自然規(guī)律的科學(xué)方法，重點(diǎn)培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰�和推理能力�?br>(二)過程與方法
6.會(huì)根據(jù)現(xiàn)象進(jìn)行合理假設(shè)與猜想的探究方法。
7.會(huì)利用實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析并能歸納總結(jié)出物理規(guī)律的方法。
8.善于進(jìn)行觀察，并能獨(dú)立思考或與別人進(jìn)行討論、交流。
(三)情感態(tài)度與價(jià)值觀
9.通過指導(dǎo)學(xué)生探究，調(diào)動(dòng)學(xué)生積極參與討論，培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)物理的濃厚興趣。
10.滲透物理方法的教育，在研究物理規(guī)律的過程中抽象出一種物理模型──自由落體。
11.培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)結(jié)合作精神和協(xié)作意識(shí)，敢于積極探索并能提出與別人不同的見解。
★重點(diǎn)
1.自由落體運(yùn)動(dòng)的概念及探究自由落體運(yùn)動(dòng)的過程。
2.掌握自由落體運(yùn)動(dòng)的規(guī)律，并能運(yùn)用其解決實(shí)際問題。
★教學(xué)難點(diǎn)
1.理解并運(yùn)用自由落體運(yùn)動(dòng)的條件及規(guī)律解決實(shí)際問題。
★教學(xué)過程
設(shè)計(jì)思想：
1、先用游戲激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，順理成章地研究落體運(yùn)動(dòng)；
2、通過演示實(shí)驗(yàn)讓學(xué)生自己總結(jié)出物體下落快慢不同的主要原因是空氣阻力，從而猜想若沒有空氣阻力會(huì)怎樣；
3、用牛頓管實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證猜想，引入了新的理想運(yùn)動(dòng)模型：自由落體運(yùn)動(dòng)。講述1971年宇航員做的實(shí)驗(yàn)，加深印象；
4、了解地球表面物體下落運(yùn)動(dòng)近似成自由落體運(yùn)動(dòng)的條件；
5、著手研究自由落體運(yùn)動(dòng)的規(guī)律，利用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器進(jìn)行研究，得到結(jié)論；
6、總結(jié)自由落體運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)及重力加速度；
7、應(yīng)用訓(xùn)練
一、引入 ：
教師在課前需要設(shè)計(jì)制作好“測反應(yīng)時(shí)間尺”（在一約50cm長的尺有刻度的一面標(biāo)上自由下落對(duì)應(yīng)長度所用的時(shí)間）
游戲
師：一般情況下，刻度尺是用來測量什么物理量的？
生：測量物體長度的！
師：大家看到我手里的這把尺子了沒有？我這把尺子跟普通尺子是不一樣，有特殊的功能，它可以測量出你的反應(yīng)時(shí)間。不信？我請(qǐng)幾位同學(xué)上來試試。
找?guī)酌�同學(xué)上來做這個(gè)實(shí)驗(yàn)�？赏ㄟ^比比誰的反應(yīng)時(shí)間短來調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性。
師：相信大家一定非常想知道這把尺為什么能測出人的反應(yīng)時(shí)間呢？是根據(jù)什么原理呢？我可以告訴大家，尺子測時(shí)間的原理就是利用尺子下落過程中的運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)制成的。而我們今天要研究的就是尺子下落這樣的運(yùn)動(dòng)。
師：像尺子下落這樣的運(yùn)動(dòng)是一種常見的運(yùn)動(dòng)。掛在線上的重物，如果把線剪斷，它就在重力的作用下，沿著豎直方向下落。從手中釋放的石塊，在重力的作用下也沿著豎直方向下落。
師：不同的物體下落快慢是否一樣呢？物體下落的快慢由哪些量決定？請(qǐng)大家結(jié)合日常生活經(jīng)驗(yàn)回答問題。
生：不同物體下落快慢應(yīng)該是不一樣的，下落快慢應(yīng)該是由質(zhì)量決定，質(zhì)量大的下落快，質(zhì)量小的下落快慢。
師：這位同學(xué)回答得對(duì)不對(duì)呢？大家看我來做幾個(gè)實(shí)驗(yàn)。
演示實(shí)驗(yàn)
1、將一張紙和一張金屬片在同一高度同時(shí)釋放，結(jié)果金屬片先著地。
教師不發(fā)表意見，繼續(xù)做實(shí)驗(yàn)。分別將實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和實(shí)驗(yàn)結(jié)果板書在黑板上。
2、將剛才的紙片緊緊捏成一團(tuán)，再次與硬幣同時(shí)釋放，結(jié)果兩者幾乎同時(shí)落地。
3、將兩個(gè)完全一樣的紙片，一個(gè)捏成團(tuán)，一個(gè)平展，則紙團(tuán)下落快。
師：物體下落快慢是由質(zhì)量決定嗎？
生：不是的！
師：為什么這樣說？
生：第2個(gè)實(shí)驗(yàn)和第三實(shí)驗(yàn)都說明了這個(gè)問題，特別是第3個(gè)問題，質(zhì)量一樣卻下落有快慢之分。
師：那你現(xiàn)在覺得物體下落快慢由什么因素決定呢？
生：我想應(yīng)該是空氣阻力。
猜想
師：如果影響物體下落快慢的因素是空氣阻力，那么在沒有空氣阻力，物體的下落快慢應(yīng)該是一樣的，這種猜想是不是正確呢？我們來做一個(gè)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證一下。
驗(yàn)證
牛頓管實(shí)驗(yàn)：
師：剛才的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象驗(yàn)證了我們的猜想，在沒有空氣阻力即物體只受重力的情況下，所有物體由靜止下落的快慢是一樣的。
師： 1971年美國阿波羅15號(hào)宇航員在月球表面將錘子和羽毛同時(shí)釋放，它們同時(shí)落在月球表面，這是通過電視轉(zhuǎn)播過的。
二、自由落體運(yùn)動(dòng)
師：物體若在沒有空氣阻力的情況下由靜止下落，它的受力情況有什么特點(diǎn)？
生：沒有空氣阻力，則物體只受重力。
師：很好！物理學(xué)中把這種只受重力作用，由靜止開始下落的運(yùn)動(dòng)叫做自由落體運(yùn)動(dòng)。
自由落體運(yùn)動(dòng)：在只受重力的情況下，由靜止開始下落的運(yùn)動(dòng)。
師：我們?nèi)粘Ｉ�活中見到的落體運(yùn)動(dòng)是自由落體運(yùn)動(dòng)嗎？比如開始測反應(yīng)時(shí)間的尺子的下落運(yùn)動(dòng)是自由落體運(yùn)動(dòng)嗎？
生：肯定不是，因?yàn)樵诘厍虮砻娲髿鈱觾?nèi)，沒有空氣的情況是不存在的。
師：說得很好！在我們的日常生活環(huán)境下，自由落體運(yùn)動(dòng)是不存在的，只是一種理想運(yùn)動(dòng)模型。但利用忽略次要因素，抓住主要因素的物理研究方法，我們可以把日常生活中一些空氣阻力影響不大的落體運(yùn)動(dòng)近似看作自由落體運(yùn)動(dòng)。什么樣才叫做阻力影響不大，就是阻力跟重力相比可以忽略。
近似條件：一般情況下，密度較大實(shí)心物體的下落都可以近似看成自由落體運(yùn)動(dòng)。
三、自由落體運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律
師：做自由落體運(yùn)動(dòng)的物體的運(yùn)動(dòng)規(guī)律是什么呢？速度隨時(shí)間是如何變化的？位移隨時(shí)間又是如何變化的，我們?cè)撊绾蝸硌芯克�的運(yùn)動(dòng)規(guī)律呢？
生：利用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器。先選擇一個(gè)物體，這個(gè)物體必須密度大，實(shí)心，體積不要太大，這樣的話就可以把這個(gè)物體由靜止開始下落的運(yùn)動(dòng)近似看成自由落體運(yùn)動(dòng)。接著用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器來研究物體的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。
師：請(qǐng)同學(xué)們自己設(shè)計(jì)并進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，將紙帶的處理結(jié)果告訴我。
學(xué)生設(shè)計(jì)、操作并處理實(shí)驗(yàn)結(jié)果
總結(jié)分析運(yùn)動(dòng)規(guī)律
師：實(shí)驗(yàn)結(jié)論是什么？
生：自由落體運(yùn)動(dòng)是初速度為零的勻加速直線運(yùn)動(dòng)。
師：如何得出這個(gè)結(jié)論？
生：根據(jù)實(shí)驗(yàn)得到的紙帶，我猜想它是勻加速運(yùn)動(dòng)。于是我用勻變速直線運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律 來驗(yàn)證紙帶，結(jié)果證明自由落體運(yùn)動(dòng)是勻變速直線運(yùn)動(dòng)。
師：回答得非常正確！自由落體運(yùn)動(dòng)是初速度為零的勻加速直線運(yùn)動(dòng)，這個(gè)結(jié)論我們要牢記。
師：那再計(jì)算一下自由落體的加速度大小是多少？方向如何？
生：我所算得的結(jié)果在9.4左右，方向是豎直向下，因?yàn)槲矬w是豎直向下勻加速的，所以加速度方向應(yīng)該與速度方向相同，豎直向下。
師：其他同學(xué)的結(jié)果呢？
生：我的也差不多。
關(guān)鍵點(diǎn)提問
師：大家用的是質(zhì)量不同的重錘做的實(shí)驗(yàn)，為什么求出來的加速度結(jié)果差不多呢？
生：雖然重錘質(zhì)量不同，但由于空氣阻力影響較小，均可以近似成自由落體運(yùn)動(dòng)，而我們已經(jīng)知道：所有物體做自由落體運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)情況是完全一樣的。所以測出來的結(jié)果差不多是符合事實(shí)的。
總結(jié)歸納重力加速度
師：同學(xué)們剛才測量計(jì)算出來的自由落體加速度又叫做重力加速度，用g表示。精確的實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在地球上不同的地方，g的大小是不同的：1、緯度越高，g越來越大；2、同一緯度，高度越大，g越小。一般的計(jì)算中可以取9.8m/s2或10m/s2，如果沒有特殊說明，都按9.8m/s2計(jì)算。
例1、下列說法正確的是（BD）
A.物體從靜止開始下落的運(yùn)動(dòng)叫做自由落體運(yùn)動(dòng)
B.物體只在重力作用下從靜止開始下落的運(yùn)動(dòng)叫做自由落體運(yùn)動(dòng)
C.從靜止開始下落的鋼球受到空氣阻力作用，不能看成自由落體運(yùn)動(dòng)。
D.從靜止開始下落的鋼球受到空氣阻力作用，因?yàn)樽枇εc重力相比可以忽略，所以能看成自由落體運(yùn)動(dòng)。
例2、下列說法不正確的是（A）
A.g是標(biāo)題，有大小無方向。
B.地面不同地方g不同，但相差不大。
C.在同一地點(diǎn)，一切物體的自由落體加速度一樣。
D.在地面同一地方，高度越高，g越小。
例3、AB兩物體質(zhì)量之比是1：2，體積之比是4：1，同時(shí)從同一高度自由落下，求下落的時(shí)間之比，下落過程中加速度之比。
解：因?yàn)槎际亲杂陕潴w運(yùn)動(dòng)，高度一樣，所以下落時(shí)間一樣，1：1；下落過程加速度也一樣都是g，1:1
例4、質(zhì)量為2kg的小球從離地面80m空中自由落下，g=10m/s2，求
1、經(jīng)過多長時(shí)間落地？
2、第一秒和最后一秒的位移。
3、下落時(shí)間為總時(shí)間的一半時(shí)下落的位移。
解：1、
2、 ；
3、連續(xù)相等時(shí)間位移之比1：3，則位移為
師：自由落體運(yùn)動(dòng)速度與時(shí)間關(guān)系、位移速度關(guān)系以及位移與時(shí)間關(guān)系是怎樣的？
學(xué)生總結(jié)：
回答測反應(yīng)時(shí)間尺的原理

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