沪教版(上海)物理高一第一学期(试用版)-第一章 G.1 自由落体运动 教案 [001]

自由落体运动

一、教学目标

1、知识与技能：

⑴知道什么是自由落体运动。

⑵掌握自由落体运动的规律和自由落体加速度。

⑶能应用自由落体运动规律解决实际问题。

2、过程与方法：

(1)通过实验和分析推论，掌握自由落体运动的规律。

(2)通过对伽利略的工作的回眸，掌握伽利略的科学的思维方法。

(3)通过探究活动,掌握自由落体运动规律的应用。

3、情感态度与价值观：

（1）培养学生在科学研究中的逻辑思维素质，培养学生把实验和逻辑推理（包括数学推演）和谐结合的能力。

（2）培养学生在科学研究中大胆质疑的精神。

（3）培养学生动手、交流、分析、创新和合作的能力。

二、教学重、难点

1、重点：掌握自由落体运动的规律。

2、难点：通过牛顿管的实验合理外推到自由落体运动的方法。

三、设计思路

本节教学从实验出发，逐步深入探索自由落体运动的特点、性质、规律及应用，使学生从对现象的表面观察到对现象的本质特征的掌握。适当穿插伽利略对自由落体运动的研究历史，让学生充分了解伽利略的科学方法；利用探究活动----测量反应时间，使学生在探究过程中获得知识、技能、创新能力，这是新世纪对教师提出的重要课题。

【教学准备】

纸片、纸团、羽毛、小铁片、牛顿管和抽气机等。

【教学过程】

复习初速度为0的匀加速直线运动的比例关系：

等时间分割：t时间内、2t时间内、3t时间内……nt时间内的位移比为1：4：9……：n2。

第一个t内、第二个t内、第三个t内……第n个t内位移比1：3：5……：(2n-1)。

连续相等的时间t内的位移之差ΔS=at2。

等间距分割：通过1S、2S、3S……nS位移的时间比为：

通过第一个S、第二个S、第三个

S……第n个S的时间比为：

导入新课

请同学们翻开课本41页，今天我们将接触自由落体运动。自由落体运动被安排在“学习包”里，意思就是让我们用研究的方法来解决问题。学习知识的目的，就是“学以致用”，比如我们的先人们所研究的，都是他们在实际生活中所遇到的具体问题，比如说雨滴从天上落下来，羽毛从天上飘下来等。

（一）现象

（释放一张纸片，让其飘落）提问：同学们看到了什么现象？——“物体从某一高度下落”，这就是现象。那么由现象提出问题：物体为什么会下落？——受重力作用。是不是只受重力作用呢？如果只受重力作用它干嘛要飘落下来而不是直接落下来呢？—

—还有空气阻力。于是物体在下落过程中的受力为（板书）

（同时释放粉笔与纸片）：再来看，粉笔比纸片重，它就下落得快一些；所以老贤者亚里士多德就说，重的物体下落的快，轻的物体下落得慢。不过过了一些年，伽利略举了一个例子，就轻巧地推翻了亚里士多德的理论：将一大一小的石头绑在一起下落，假如重的下落快，轻的下落慢，那么小石头将会下落得慢一些，拽住大石头，导致两者共同下落的速度慢于大石头的单独下落；但是两个石头的总重量又大于大石头，那它们一起下落的速度又应该快于大石头的单独下落，这样就导致了矛盾。

同样我们也可以作出反例来：将两张相同的纸片，其中一个揉成团，同时落下，发现即使是一样重的物体下落得也可能不同；将两张纸片叠起来，再与刚才的纸团相比，则能发现轻的物体还下落得快一些。

下落的主要因素：重力的作用。我们研究问题一般从最简单的情况入手，所以我们要将问题进行简化建模，只考虑重力的作用。

（二）建模

物体只在重力的作用下，由静止开始的运动，叫做自由落体运动。（演示牛顿管）

打开气阀，管内有空气，突然倒转牛顿管，会发现里面的铁片下落得比羽毛快；用真空泵将管内抽成接近真空，关闭气阀，再重复前面的倒转管子，会发现铁片与羽毛下落的速度一样快。近似可认为二者都在作自由落体运动。（实际上由于器材的缺陷，很难抽到近真空，只能推断接近真空时它们下落速度一样）

（三）自由落体是一种什么样的运动？

首先由定义知道，它是一个初速度为0的运动；由现象知道，它是一个加速的运动；（有同学提到是匀加速的运动）是否是匀加速的运动呢？有什么方法来证明这一点？

物理是一门实验科学，我们用什么方法能验证它是不是匀加速？

（1）匀加速是相同时间内速度的增量相同，我们可以测出各个

时刻的瞬时速度，比如在自由落体的路线上安排很多个光电门测瞬时

速度。这样我们会得到很多数据，该怎么处理这些数据呢？——作图

处理，作出物体的v-t图像，如果为一条直线则可说明是匀加速运动。

但是瞬时速度好测，这个速度所对应的时刻可不好测，有没有更

好的方法呢？

（2）假如是匀加速运动，那么它应当满足匀加速直线运动的规律和特性；如果我们能用实验去验证符合规律了，那么我们就可以认定假设成立。

用一个闪光间隔t的频闪照相机拍下一个自由落体运动过程，我们可以量出物体下落的高度，因为初速为0的匀加速运动的t内、2t内、3t内的位移比为1：4：9（来源于S=at2/2），那么就可以认为自由落体运动是匀加速的。同理如果量得S I：S II：S III=1：3：5，也满足初速为0 的匀加速直线运动，也可以证明。

倘若照片上没有拍到或很难确定物体的初始位置，那么前面的比例就无

法使用；但是对于匀加速直线运动，有ΔS=at2，所以只要相邻的t时间内的

位移差为一个定值S II-S I=S III-S II，也可以证明这是个匀加速运动，并且可以通

过这个差值求加速度a=ΔS/t2。

伽利略的年代测量太短的时间十分困难，因此伽利略从研究斜面上的匀加速运动开始入手，发现较缓的斜面上，相等时间内的位移比为1：3：5；把斜面放陡一点，发现也是满足1：3：5的关系；再继续加大斜面的倾角，发现相等时间内的位移比始终满足1：3：5的关系，因此外推到斜面竖直时，也会是1：3：5的关系。因此自由落体是一种初速度为0的匀加速直线运动。其加速度为重力加速度g，一般取g=9.8m/s2，有时习题中为了简化计算会把g直接取为10 m/s2，课本45页上有一个表格，地球上不同地方的重力加速度略有

不同，维度越高，g就越大，并且离地面高度越高，g就越小。

公式由初速度为0的匀加速运动公式推得：→

[例一] 课本第46页用直尺测反应时间。

利用h=gt2/2得到t=(2h/g)1/2

[例二] （精编精练45页第2题）一物体从320米高处自由下落，g取10m/s2，求(1)落地时间；(2)落地时速；(3)第7秒内的位移；(4)2s内平均速度；(5)落到160米处的速度；

(6)中间时刻的速度。

注意基本公式的运用，第7秒内位移可以用7秒的位移减去6秒的位移，也可以使用比例，第一秒内位移很好求是5m，由1：3：5：7：9：11；13可得第7秒位移为65m。另外中间时刻的速度也就是加速一半时间的速度，或全称平均速度。

[例三] （精练47页第13题）小球从高处自由落体运动，落地前最后一秒内的位移是全程的9/25，取g=10 m/s2，则小球开始下落时离地高度是多少？

解：设下落总时间为t，则总位移为，离地还有1秒时位移为，所以最后一秒内位移为，得t=5s，故高度。