资源简介

2.4自由落体运动
【教材分析】
本节主要内容是探究自由落体运动，是本章的重点内容，同时也是后面学习匀变速直线运动的基础。从亚里士多德和伽利略观点的冲突，经过实验探究，得出物体下落过程中的运动情况与物体的质量无关，引出自由落体运动的概念。在通过记录自由落体运动轨迹，用打点计时器或频闪照片，从频闪照片中分析自由落体的位移正比于时间的平方值。
【教学目标】
1. 知道自由落体运动的概念，理解物体做自由落体运动的条件。
2. 理解自由落体运动加速度的特点，建立重力加速度的概念，知道重力加速度的大小、方向。
3. 掌握自由落体运动的规律，并能解决相关问题。
4. 了解伽利略对自由落体运动的研究方法，领会伽利略的科学思想。
【教学重难点】
教学重点
1.自由落体运动的公式推导
2.自由落体运动的公式理解
3.自由落体运动的公式应用
教学难点
理解并运用自由落体运动的公式解决实际问题
【新课导入】
演示实验：教师演示用两张同样大小的纸，一张揉成纸团，让纸团和另一张在同样高度下落，引导学生观察实验现象，看看那个下落快？
学生回答（预设）：纸团下落得快。
抛出问题：结合实验以及生活中的经验，讨论：什么因素影响物体下落的快慢？”
学生回答（预设）：影响落体运动快慢的因素可能是空气阻力；物体的轻重……
经典典故：最早研究这个问题的，大概要算古希腊学者亚里士多德了，他在生活中观察到一块石头比一片树叶落得快些。他认为物体下落的快慢跟它的轻重有关，重的物体下落得快。但伽利略却不那么认为，这是为什么呢？我们这节课就来学习自由落体运动。
【新课讲解】
一.自由落体运动
矛盾推出：伽利略认为，根据亚里士多德“重的物体下落得快”的论断，会推出相互矛盾的结论。假定：假定一块大石头的下落速度为8，一块小石头的下落速度为4，当把两块石头捆在一起时，大石头会被小石头拖着而变慢，整个物体的下落速度应该小于8。但是，把两块石头绑在一起后，整个物体比大石头要重，这说明了什么问题呢？
学生回答（预设）：两种相互矛盾的结论，说明亚里士多德“重的物体下落得快”的看法是错误的。
问题再现：究竟轻重不同的物体下落情况如何呢？实验出分之，请同学们们仔细观察实验现象。
实验一：轻重不同的物体下落快慢的研究
一个两端封闭的玻璃管(也称牛顿管)，其中一端有一个开关，玻璃管可以与外界相通。
甲（有空气）：把质量不相同的铁片和羽毛放到玻璃管中，玻璃管竖直放置，让铁片和羽毛从玻璃管上方同时开始下落，观察物体下落的情况。
学生观察现象：铁片下落得快。
乙（真空）：把玻璃管里的空气抽出去，再次观察物体下落的情况。
学生观察现象：将玻璃管的空气抽出去后，在没有空气阻力的影响下，轻的物体和重的物体下落得同样快。
联系生活：生活中人们之所以看到物体下落的快慢不同，是因为什么呢？
分析回答（预设）：是因为空气阻力的影响。
规律分析：上述实验乙中的条件是什么呢？
总结思考（预设）：只受重力、初速度为零（静止）。
教师总结：物体只在重力作用下从静止开始下落的运动，叫做自由落体运动。
问题再现：我们之前学习了匀速直线运动和匀变速直线运动，在探究物体是在做什么样的运动时我们用了什么样的方法进行测试呢？
学生回答（预设）：用打点计时器得出的纸带进行探究。
教师设疑：自由落体运动在下落过程中是加速下落的，它的运动规律是怎么样的呢？
学生分组进行实验——研究自由落体运动的规律：
联系对小车的运动研究引导学生设计实验：在对小车的运动进行研究时，我们让打点计时器固定在带有滑轮的长木板另一端，把小车停靠在打点计时器的位置，经平衡摩擦后，放开小车让它拖着纸带运动，对纸带进行研究。我们要想研究自由落体运动的规律可以怎样来进行实验呢？
师生共同设计实验：固定打点计时器，纸带一端系着重物，另一端穿过计时器。用手捏住纸带上端，启动打点计时器，松手后重物自由下落，计时器在纸带上留下一串小点。改变重物的质量，重复上述实验。
各点到0点的距离x0n（cm） 相邻计数点间的位移xn（cm） 相邻相等时间内的位移之差Δx（cm）
教师引导：在对小车的运动进行研究时，我们用到了一个方法计算加速度的大小，哪位同学还知道具体的运算嘛？
学生回答（预设）：用到了逐差法，在纸带上取相邻的7个计数点，间距依次为x1、x2、……x6，则，，。有。
指导实验：同学们利用逐差法计算加速度看看得到什么样结果？看到大部分同学以及完成实验，分析完数据。哪个小组可以和我们一起分享你们的实验结果呢？
学生展示（预设）：经过计算与分析可以知道自由落体运动是初速度为零的匀加速直线运动，且两次实验结果均为a≈9.790m/s2。
二.自由落体加速度
教师活动：讲解自由落体加速度。
在同一地点，一切物体自由下落的加速度都相同，这个加速度叫作自由落体加速度，也叫作重力加速度，通常用g表示。
教师活动：展示世界上不同城市的重力加速度。
设计思路：让学生知道地球上不同地点的重力加速度不一定相同即可，此处不必深究重力加速度的大小与纬度的关系。
教师活动：讲解重力加速度的大小。
一般说来，不同地点的重力加速度的大小是不同的。一般情况下取g = 9.8 m/s2即可。
教师口述：经过前面的分析，我们可以得出，自由落体运动是匀变速直线运动的特例。匀变速直线运动中，只要将自由落体运动的特点初速度v0=0、a=g代入就可得自由落体运动的规律。
教师设问：请大家将自由落体运动的特点代入匀变速直线运动的相关公式中，求出速度与时间的关系、位移与时间的关系、速度与位移的关系。
学生活动：计算老师所提问题。
自由落体运动中，速度与时间的关系
v=gt
自由落体运动中，位移与时间的关系
自由落体运动中，速度与位移的关系
v2=2gh
教师口述：历史上，关于自由落体运动规律的探索还留下了一些故事。回顾历史，对我们了解科学家的探究方法、学习他们的科学精神是非常有益的。
教师活动：讲解伽利略探究自由落体运动规律的过程。
教师活动：讲解伽利略开创的科学探究的一般过程。
【板书】
2.4自由落体运动
1. 自由落体运动
概念：物体只在重力作用下从静止开始下落的运动，叫做自由落体运动。
特点：v0=0 ，只受重力。
性质：初速度为零的匀加速直线运动。
2. 自由落体加速度
自由落体加速度：在同一地点，一切物体自由下落的加速度相同，这个加速度叫作自由落体加速度，也叫重力加速度，通常用g表示。
方向：竖直向下。
大小：通过多种方法用实验测定，在地球上的不同地方g值不同，在计算中，g可以取9.8 m/s2或10 m/s2。

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