《志鸿优秀教案》高中物理人教版必修一名师示范教学设计：第二章第五节 自由落体运动

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示范教案
5　自由落体运动
教学设计（一）
教材分析
自由落体运动是一种理想化模型，在高中物理 ( http: / / www.21cnjy.com )教学中具有特殊的地位．在知识上它是匀变速直线运动的一个特例，在方法上渗透着理想化模型的重要研究方法．在整个必修一教学的安排上，匀变速运动的教学重点在于规律的应用，自由落体运动的新课教学则要向学生介绍用现代先进教学仪器研究自由落体运动的规律特征，有利于学生站在一个现代新科技的角度观望历史人物对自由落体的研究，体会近代物理的先驱伽利略是如何进行研究的——这是向高中学生首次介绍伽利略的物理学研究方法的教育，它在整个高中物理教学中具有特殊重要的意义．
本课程的教学设计要解决两个问题，一是怎样引 ( http: / / www.21cnjy.com )入课题和分析论证课题；二是介绍自由落体运动规律以及用打点计时器实验时的注意事项．这两个问题是统一的，前者是教学的组织，即课程进展的形式；后者是课题内容本身，这两者的结合便是本课的教学任务．
教学重点
自由落体运动的规律．
教学难点
自由落体运动规律的得出．
课时安排
1课时
三维目标
1．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问题．
2．过程与方法
（1）培养学生的观察能力和逻辑推理能力；
（2）进行科学态度和科学方法教育，了解研究自然规律的科学方法，培养探求知识的能力；
（3）通过对自由落体运动规律的应用，提高学生的解题能力．
3．情感、态度与价值观
（1）充分利用多媒体辅助教学、演示实验和课 ( http: / / www.21cnjy.com )本中的小实验，让学生积极参与课堂活动，设疑、解疑、探求规律，做到师生默契配合、情理交融，使学生始终处于积极探求知识的过程中，达到最佳的学习心理状态．
（2）利用课后的阅读材料，介绍伽利略上百次的对落体运动本质规律的探索研究，使学生体会到科学探索的艰辛，挖掘德育教育的素材．
木架、小球、细线、牛顿管、硬币、羽毛、纸片（多张）
导入新课
教师两手分别拿一小球和纸片 ( http: / / www.21cnjy.com )，从相同的高度释放两物体．提出问题：小球和纸片谁先落地呢？这说明什么问题呢？是不是说重的物体比轻的物体落地比较快呢？我们这节课就来研究这个问题．
一位普通的妈妈，身体纤弱，轻声细语，几乎不爱好任何体育运动．
一天，她出门去买东西，孩子和保姆留在家里．保姆拉过一张桌子放在窗户前，让孩子自己趴在桌子上玩，自顾自地做其他事情去了．
当妈妈的身影在远方出现的时候，孩子兴奋地手舞足蹈起来，他伸出小手想去拥抱那个熟悉的身影，大半个身体顿时悬在半空中．
孩子不会理解自己身处的险境，希望妈妈立刻把他抱进怀里．于是，五楼的窗口上，小男孩变得像小鸟一样轻盈，他张着翅膀向着妈妈飞过去．周围的人们都目睹了这一幕：远处的妈妈只感觉自己变成了一支箭飞快地奔向一栋大楼，然后准确地接住了从楼上掉下来的一个小男孩．
闻讯赶来的消防队员对这一幕的发生简直难 ( http: / / www.21cnjy.com )以置信，按照他们的计算，用那么短的时间从妈妈当时所处的位置跑到楼下是不可思议的，连最优秀的运动员也无法达到那样的速度．
你能根据当时的情景测出这位伟大母亲的奔跑速度吗？需要知道哪些物理量呢？
复习旧知：1．匀变速直线运动的规律
2．推论①v＝v＋2ax；②＝＝v；③v0＝0
x1∶x2∶x3＝1∶4∶9　xⅠ∶xⅡ∶xⅢ＝1∶3∶5
我们今天应用这些知识研究一种常见的运动——自由落体运动．
演示：硬币和纸片分别从同一高度由静止开始同时下落，观察下落速度，从表面上看得到结论：“物体越重，下落得越快”．是这样吗？
推进新课
一、自由落体运动
在现实生活中，不同物体的下落快慢在不少情况下是不同的．从苹果树上落下的苹果和飘下的树叶能一起同时下落吗？
教师设疑：重的物体一定下落得快吗？你能否证明自己的观点？
猜想：物体下落过程的运动情况与哪些因素有关，质量大的物体下落速度比质量小的快吗？
取两枚相同的硬币和两张与硬币表面面积相同的纸片，把其中一张纸片揉成纸团，在下述几种情况下，都让它们从同一高度自由下落，观察下落快慢情况．
1．从同一高度同时释放一枚硬币和一个与硬币面积相同的纸片，可以看到硬币比纸片下落得快，说明质量大的下落得快．
2．两张完全相同的纸片，将其中一张卷紧后从同一高度同时释放，观察到卷紧的纸团比纸片下落得快，说明质量相同时体积小的下落得快．
3．将一枚硬币与已经粘贴了纸片的硬币从同一高度同时释放，观察到一样快，说明体积相同质量不同时下落一样快．
4．一块面积较大的硬纸板、一个小软 ( http: / / www.21cnjy.com )木塞，分别放到已调平的托盘天平的两个盘中，可以看出纸板比软木塞重，从同一高度同时释放它们，软木塞比纸板下落得快，说明在特定的条件下，质量小的物体下落得会比质量大的物体还快．
结论：物体下落过程的快慢与物体质量（轻重）无关．
“牛顿管”的实验
将羽毛和金属片放入有空气的玻璃管中 ( http: / / www.21cnjy.com )，让它们同时下落，观察到的现象是金属片下落得快，羽毛下落得慢．将羽毛和金属片放入抽去空气的玻璃管中，让它们同时下落，观察到的现象是金属片和羽毛下落的快慢相同．
做牛顿管对比实验要注意：
1．抽气达到一定的真空度时，应先关闭钱毛管阀门，然后再停止泵的运转．
2．先让学生观察羽毛、软木塞或金属片在已抽成真空的牛顿管中同时下落，它们几乎同时落到管底．
3．打开进气阀，让学生注意听到进气的声音，看 ( http: / / www.21cnjy.com )羽毛被气流吹起的现象，再让学生观察羽毛、软木塞或金属在有空气的牛顿管中同时下落，它们的下落快慢差别很大．
4．实验时，勿使金属片压在羽毛上，以免不抽气时出现同时下落的现象．
结论：影响落体运动快慢的因素是空气阻力的作用，没有空气阻力时，只在重力作用下轻重不同的物体下落快慢相同．
如图所示是课题研究小组进行自由落体运动实验时，用频闪连续拍照的方法获得的两张照片A和B，任选其中的一张，回答下列几个问题：
　　　　　
　　　　　　A．质量相等的纸片和纸团　B．体积相等的铅球和木球
（1）我选图________；
（2）我从图中观察到的现象 ( http: / / www.21cnjy.com )是：_______________________________________________；21世纪教育网
（3）请对你所观察到的现象进行解释．
参考解答1：（1）A
（2）质量相等的纸片和纸团同时释放，纸片比纸团下落得慢
（3）如图，质量相等的纸 ( http: / / www.21cnjy.com )片和纸团，它们的重力相等．由于空气的阻力对纸片的影响较大，不能忽略，所以纸片下落加速度较小．如果把纸片揉成纸团，空气阻力对纸团的影响较小，纸团下落加速度较大，所以质量相等的纸片和纸团同时放手，纸片比纸团下落得慢．
参考解答2：（1）B
（2）体积相等的铅球和木球同时释放，几乎是同时落地的
（3）如图，阻力对它们的影响很小，几乎 ( http: / / www.21cnjy.com )可以忽略，它们获得相同的加速度g.对于同种材料的大、小二球，情况也是如此，它们也有相同的加速度g，所以体积相等的铅球和木球几乎是同时落地的．
阅读课本并回答：（1）什么叫自由落体运动？（2）自由落体运动的特点是怎样的？
物体仅在重力作用下，从静止开始下落的运动，叫自由落体运动．特点是：（1）初速度为零；（2）只受重力作用，没有空气阻力或空气阻力可以忽略不计．
在地球表面附近从高处下落的物体，事实上 ( http: / / www.21cnjy.com )都受到空气阻力的作用．因此，严格地说，实际生活中并不存在只受重力作用的自由落体运动．但若物体在下落过程中所受空气阻力远小于重力，则物体的下落也可看做自由落体运动．例如，对于实心金属球、石块等，在它们运动速度不大的情况下，可以忽略空气阻力的影响，把它们的下落看成自由落体运动，若它们从非常高的地方自由下落，当它们的速度增大到一定程度，空气阻力不能忽略，它们运动的全过程就不能看成自由落体运动．而对于另外一些物体如一团棉花或纸片，从空中静止下落时，与重力相比，空气阻力的影响太大不能忽略，它们的运动就不能看做自由落体运动处理．
阅读：（课件展示）气体和液体都具有 ( http: / / www.21cnjy.com )流动性，统称为流体．流体所受的阻力跟物体相对于流体的速度有关，速度越大，阻力越大．雨滴在空气中下落，速度越来越大，所受空气阻力也越来越大．当阻力增大到与雨滴所受重力相等时，二力平衡，雨滴开始匀速下落．流体的阻力跟物体的横截面积有关，横截面积越大，阻力越大．跳伞运动员在空气中张开降落伞，凭借着降落伞较大的横截面积取得较大的空气阻力，可以比较缓慢地降落．航天飞机着陆后，在飞机后面张开一面类似降落伞的装置，加大阻力，以便较快地停下来．
流体的阻力还跟物体的形状有关系，头圆尾尖 ( http: / / www.21cnjy.com )的物体所受的流体阻力较小，这种形状通常叫做流线型．鱼的形状就是流线型的．为了减小阻力，小轿车、赛车、飞机、潜艇以及轮船的水下部分，外形都采用流线型设计．
一般来说，空气阻力比液体阻力、固体间 ( http: / / www.21cnjy.com )的摩擦力要小．气垫船靠船下喷出的气体，悬浮在水面上航行，阻力减小，速度很大．磁悬浮列车靠电磁力使列车悬浮在轨道上行驶，速度可高达500 km/h.
按照教材第44页的图2.5－1装置做实验，将一系有纸带的重物从一定的高度自由下落，利用打点计时器记录重物的下落过程．
说明：落体运动物体的位置往往变化得比较 ( http: / / www.21cnjy.com )快，凭目测难以观察和记录，用打点计时器或频闪照相就可以记录下运动物体每隔相等时间所在的位置（运动信息），这样得到的纸带（或照片）可以用来对运动过程进行分析．教材中用打点计时器较好地将重物下落过程记录下来，这样做既简便易行，又拓宽了对基本仪器的应用，但实验的准确度较难把握．因此在实验中要注意：
1．按教材图示和实验要求连接好线路，并用手托重物将纸带拉到最上端；
2．打点计时器的安装要使两限位孔在同一竖直线上，以减少摩擦阻力；
3．应选用质量和密度较大的重物，增大重力可使阻力的影响相对减小，增大密度可以减小体积，可使空气阻力减小；
4．先接通电路再放开纸带；
5．手捏纸带松手之前，不要晃动，保证打出的第一个点清晰；
6．重复上述步骤多次，直到打出的第一点与第二点之间间隔约为2 mm的纸带才是有效的；（学生的疑问暂且不要解释）
7．教师一定要提醒学生思考讨论，影响实验准确度的因素有哪些？并给予具体引导，注意培养实事求是的科学态度；
8．要求学生保存好记录了自由落体运动信息的纸带，为下节课研究运动规律作准备．
完成实验后，分析纸带上记录的运动信息，请思考下列问题：
（1）自由落体运动的轨迹是怎样的？
（2）重物做自由落体运动的过程中，其速度有没有发生变化？
（3）有的同学从实验结果中得出x∝t2，有的同学得出x∝t，你的结论又如何呢？
（4）相邻、相等时间间隔的位移之差有怎样的关系？
（5）影响实验精确程度的因素有哪些？
参考：分析纸带可获取信息：
（1）自由落体运动的轨迹是一条直线，速度方向不变；
（2）连续相同时间内的位移越来越大，说明速度越来越大，即速度大小改变，具有加速度；
（3）位移x与时间t的平方成正比；
（4）相邻、相等时间间隔的位移之差相等；
（5）影响实验精确度的因素主要是阻力．
用打点计时器研究自由落体运动，计算其加速度，换用不同质量的重物看纸带上点子间隔有什么不同，总结得出结论．
教师点评：将两条纸带对比，只要两条纸带上的点子间隔相同就说明它们的加速度是相同的．
学生运用自己所学知识计算重力加速度，通过比较得出结论．
结果：自由落体运动是初速度为零的匀加速直线运动，加速度大约是9.8 m/s2.
意大利的城市比萨有座著名的塔， ( http: / / www.21cnjy.com )建于1173年，塔高55.4 m，由于塔基问题，塔身发生倾斜，这正是理想的落体实验场所．传说，经典力学与实验物理学的先驱者伽利略为了证明他的论断，曾于1590年的某天邀请了许多支持者和反对者到斜塔旁观看他的实验．只见伽利略站在塔顶，一只手拿着一个1磅重的小球，另一只手拿着一个10磅重的大球，在提醒观众注意后一松手，两个球同时开始笔直下落．伽利略令人信服地胜利了．
这段描述今天已无从落实是否真实地发生过 ( http: / / www.21cnjy.com )，然而比萨博物馆至今还展览着据说是当年伽利略用来做实验的木球，比萨斜塔也由于这个传说而更加闻名于天下了．
1．请同学们补充上述实验的结果：两个各重1磅与10磅的球落地的先后情况是怎样的？
2．这个实验证明了什么结论？
参考结果：1．同时落地　2．物体下落过程的运动情况与物体质量无关．
二、自由落体加速度
通过算g值理解自由落体运动的加速度是一个定值（在同一地点），引导学生学会分析数据，归纳总结规律．
教师设疑：1．自由落体运动的加速度在各个地方相同吗？
2．它的方向如何？
明确：使用不同的物体进行反复的实验表明：在 ( http: / / www.21cnjy.com )同一地点，一切物体自由下落的加速度都相同，方向总是竖直向下的，这个加速度叫做自由落体加速度，也叫重力加速度．符号：g；方向：竖直向下（与重力方向一致）；大小：与地点有关．一般计算中g＝9.8 m/s2，粗略计算中可以取g＝10 m/s2.
让学生看教材第44页列表，尝试从表中寻找规律，这一规律是怎样产生的？
猜想结论：越往北重力加速度越大，说明重力加速度与地理纬度有关，纬度越高，重力加速度越大．
讨论交流：在现实中，雨滴大约 ( http: / / www.21cnjy.com )在1.5 km左右的高空形成并开始下落，计算一下，若该雨滴做自由落体运动，到达地面时的速度是多大？遇到过这样快速的雨滴吗？据资料显示，落到地面的雨滴速度一般不超过8 m/s.为什么它们的差别会这么大？
参考：意大利物理学家伽利略得出了物体在 ( http: / / www.21cnjy.com )只受重力的情况下（即不受阻力）由静止开始的运动，叫自由落体运动．那么一切物体的下落都一样快，加速度都为g＝9.8 m/s2，在任意时刻物体的速度vt＝gt，在任意时刻物体下落的高度：h＝gt2.这样，可以得出v＝2gh.现在说说雨滴的下落是否是自由落体吧．首先说说雨滴的形成：由于大量湿空气的上升，随着高度增加压强逐渐减小，水蒸气出现过饱和，使水蒸气凝结而形成小水滴，大量小水滴聚集起来形成云．小水滴吸收水汽，形成大水滴，受重力开始下落，又与上升的热水汽形成更大的水珠，这样形成的水滴的下落是自由落体吗？我们先假设水滴下落是自由落体，并且还假设云的高度为2 000 m，那么这样的水滴下落到地面的速度有多大？由v＝2gh易计算得到vt＝200 m/s.
试想水滴以这样大的速度下落到头上会发生什么，那是可想而知的．那么水滴下落到地面上的速度到底有多大？大约为8 m/s的速度匀速下落．这样的速度已经很大了，如果雨滴的半径比较大的话，人们必会感到痛．要真是自由落体的话，那还了得吗？
那么水滴在下落时的速度为什么会这么小？原因是水滴在下落时要与它正下方的小水滴（上升的水汽）相碰并吸收，由于小水滴的阻碍作用，减慢了它下落的速度，水滴下落的速度越大，这种阻碍作用越强，当水滴的重力与阻碍的力相等时，雨滴就会匀速下落．当雨滴的半径大到某一程度时，受到气流的影响而会分裂，较大的部分继续下落，而较小的又会随上升的气流上升，又起到阻碍大水滴下落的作用，所以我们看到的雨滴不会太大，就是这个道理，而且雨滴速度也不大，落到地面的雨滴速度一般不超过8 m/s.
用滴水法可以测定重力加速度的值．方法是 ( http: / / www.21cnjy.com )：在自来水龙头下面固定一块挡板A，使水一滴一滴断续地滴落到挡板上，仔细调节水龙头，使得耳朵刚好听到前一水滴滴在挡板上的声音的同时，下一水滴刚好开始下落．首先量出水龙头口离挡板的高度h，再用秒表计时，计时方法是：当听到某一水滴滴在挡板上的声音的同时，开启秒表开始计时，并数“1”，以后每听到一声水滴声，依次数“2、3、4……”，一直数到“n”时，按下秒表按钮停止计时，读出秒表的示数为t.
1．写出用上述测量计算重力加速度g的表达式．
2．为了减小误差，改变h的数据，测出多组数据．
次数 高度h/cm 空中运动时间t/s
1 20.10 0.20[来源:21世纪教育网]
2 25.20 0.23
3 32.43 0.26
4 38.45 0.28
5 44.00 0.30
6 50.12 0.3221世纪教育网
记录在表格中（表中t是水滴从水龙头口到A ( http: / / www.21cnjy.com )板所用的时间，即水滴在空中运动的时间），请在图中所示的坐标纸上作出适当的图象，并利用图象求出重力加速度g的值．（要求两位有效数字）21cnjy.com
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解答：1.每滴水下落h所用的时间为t′＝，根据自由落体运动规律h＝gt′2可得g＝.
2．由于＝，故下落高度h为纵坐标，以时间 ( http: / / www.21cnjy.com )的平方t2为横坐标画h－t2图象，应为直线，其斜率k＝，g＝2k.认真描点作图，求出斜率k，即可求得g.解得g＝9.78 m/s2.
一位同学进行“用打点计时器测量自由落体的加速度”实验．
1．现有下列器材可供选择：铁架台、电 ( http: / / www.21cnjy.com )火花计时器及碳粉纸、电磁打点计时器及复写纸、纸带若干、220 V交流电源、低压直流电源、天平、秒表、导线、电键．其中不必要的器材是：________________________；缺少的器材是________________________．
2．这位同学从打出的几条纸带中，挑出较 ( http: / / www.21cnjy.com )为理想的一条纸带．把开始打的第一个点标为A，随后连续的几个点依次标记为点B、C、D、E和F，测量出各点间的距离，如图所示．
请你在这位同学工作的基础上，思考求纸带加速度的方法，写出你所依据的公式：
________________________________________________________________________
3．根据你的计算公式，设计表格记录需要的数据，计算纸带下落的加速度．（结果保留两位有效数字）
4．估计你的计算结果的误差有多大？试分析误差的来源及其减小误差的方法．
参考解答：1．要根据各校具体使用的仪器作答，例如：
其中不必要的器材是：电火花打点计时器及碳粉纸、220 V交流电源、低压直流电源、天平、秒表；缺少的器材是：低压交流电源、毫米刻度尺、重锤．【来源：21cnj*y.co*m】
2．依据的公式：a＝.
3．数据处理方法不限，要体现取平均值消除误差的思想，表格记录的数据要与所使用的公式匹配．
平均
x/m （EF）0.017 3 （DE）0.013 4 （CD）0.009 6 （BC）0.005 8 （AB）0.001 9 /
Δx/m / 0.003 9 0.003 8 0.003 8 0.003 9 0.003 85
a/（m·s－2） / / / / / 9.63
4．实验结果：纸带的加速度9.63 ( http: / / www.21cnjy.com ) m/s2与重力加速度的标准值9.8 m/s2有偏差，误差大小为Δa＝|9.8－9.63| m/s2＝0.17 m/s2.误差的来源主要是空气的阻力和纸带的摩擦，可以用增大重锤重力的方法，减少摩擦的影响．
做一做：1．阅读教材第45页“测定反应时间”，回答下列问题：
问题1：若测出某同学捏住直尺时，直尺下落的高度为10 cm，那么这位同学的反应时间是多少？
参考：根据自由落体运动规律h＝gt2，
可得反应时间t＝＝0.14 s.
问题2：在上课时，教师用这种方法测量 ( http: / / www.21cnjy.com )同学们的反应时间，但同学刚把尺子捏住，教师马上就说出该同学的反应时间，也没见他怎样计算，你知道老师是怎样做的吗？
参考：教师事先算好时间并写在直尺上，这样就可以直接给出学生的反应时间．
2．教师引导学生阅读教材第44页“做一做”让学生提出自己解决问题的思路，不必准确解答，同时强调“估算”．
学生独立思考，并提出解决办法，比较各种不同方法，并讨论其合理性及可行性．
由于照相机的曝光时间极短，一般为1/3 ( http: / / www.21cnjy.com )0 s或1/60 s，曝光量相差10%对照片不会有明显影响，所以相机快门的速度都有比较大的误差，“傻瓜”相机更是这样．故在这样短的时间内，这种误差允许的范围内，物体运动的速度可以认为是不变的，可以看做匀速运动来处理．
建议学生利用课下时间解出其准确值，比较两种情况下的时间差异．
课堂小结
本节课主要内容包括：1．自由 ( http: / / www.21cnjy.com )落体的概念：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；2．自由落体的运动规律：自由落体运动是初速度为零的匀加速直线运动；3．自由落体加速度：在同一地点，一切物体的自由下落的加速度都相同，这个加速度叫做自由落体加速度，也叫重力加速度．
布置作业
1．教材第45页“问题与练习”3、4题；
2．课下自由组织合作小组，试测自己所在教学楼层的高度．设计好思路，选择最简洁方便的测量工具，记录活动报告．
5　自由落体运动
1．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．
2．运动规律：自由落体运动是初速度为零的匀加速直线运动．
3．自由落体加速度：在同一地点，一切物体的自由下落的加速度都相同，这个加速度叫做自由落体加速度，也叫重力加速度．
主题：测定反应时间
原理：根据自由落体运动的规律，做教材44页“做一做”内容，测定反应时间．
过程：两位同学合作，其中一 ( http: / / www.21cnjy.com )名同学拿直尺的上端，被测同学把手虚放在某一刻度位置，当看到合作者松手的瞬间，被测同学立即握住直尺，由两次手指所在位置的刻度差及h＝gt2→t＝求得反应时间．
结论：t＝.
1．解答：橡皮下落得快．纸团比纸片下落快得 ( http: / / www.21cnjy.com )多．因为纸片的重力本来就较小，而在下落过程还受到较大的空气阻力，所以纸片下落较慢；当把纸片揉成团时，空气阻力变小，所以下落得就快一些．
2．解答：根据自由落体位移公式：h＝gt2＝45 m，由于空气有阻力，所以实际下落的加速度a＜g，所以计算结果应小于45 m．所以实际高度比计算值小．
3．解答：由于估算，划痕在地面以上有7块砖，则石子在划痕处的速度约为v＝＝ m/s＝6.5 m/s
爆光时间t＝ s＝0.02 s.
4．解答：设井口到水面的距离为h，石块下落做 ( http: / / www.21cnjy.com )自由落体运动，设石块落到水面的时间为t，则有：h＝gt2＝31.25 m，井深约31 m．考虑到声音传播，所以石子实际下落的时间应为t<2.5 s，估算结果偏大．
5．解答：分析可知有四种方法：
（1）根据h＝gt2，有g＝（t是从开始到落到每一点的时间），求出重力加速度，求平均值．
（2）根据Δh＝gt2，有g＝（t＝0.4 s）
利用连续相等时间内的位移差来计算．
（3）可以先算出某两点的瞬时速度，利用g＝计算g.
（4）由频闪照片知小球各个位置的速度为
时间t/s 速度v/（m·s－1）
0[来源:21世纪教育网] 0.79
0.04 1.16
0.08 1.56
0.12 1.99
画出速度—时间图象，如上表中图所示，求出图象的斜率表示加速度g.
落体运动和生活经验密切相关， ( http: / / www.21cnjy.com )而又受生活中的定势思维所干扰，容易对正确认识落体问题产生负面影响．所以教学中既要列举生活中的大量常见现象，又要借助生活中的事例进行自我矛盾辨析，通过师生分析、论证从而得出正确的、有说服力的结论——物体下落的快慢和物体的质量无关．进一步得出自由落体运动的概念，明确自由落体运动所满足的条件．
教学设计（二）
设计者：严国柱；江苏梅村高级中学，本教学设计荣获江苏省高中新课程教学创新设计大赛二等奖
本节教材有五个知识点，即A．落体运动是竖直向下的直线运动．B．自由落体运动的定义及特点（不同物体在同一地点，下落快慢相同）．C．自由落体运动的性质（初速为零的匀加速直线运动）．D．自由落体的加速度g．E．自由落体运动的规律．
各知识点是按知识的形成过程有机结 ( http: / / www.21cnjy.com )合的．即从对落体运动表象的观察，到深层的分析和研究，由浅入深、由表及里逐一展开．具体说：先观察轨迹，再判断运动快慢，进而分析运动的性质，确定运动加速度，最后明确运动规律．本节教材这样编写符合教育家赞科夫提出的“使学生理解学习过程”的原则，因此，在课堂教学过程中有必要遵循教材编写意图，按知识的形成过程进行教学．本节涉及的研究过程和研究方法、相关知识的灵活运用对学生来说却是非常重要的，因此教学的重点在于通过实验来研究自由落体运动的规律，进一步培养科学态度和各方面的能力．
本节课的教学设计围绕“实验现象——发现问题——探究问题——解决问题”的主线展开：

( http: / / www.21cnjy.com )
→科学的抽象、推测（真空中，如何？）→实验验证（牛顿管演示）
→得出结论（自由落体定义）→问题提出（自由落体运动规律如何？）
( http: / / www.21cnjy.com )
通过这一系列的活动，调动学生自主学习的积极性，并使学生对科学探究有一定的了解．开始的小实验很重要，是科学探究的入口处，所以教师一定要把握好演示的技巧，然后引导学生层层深入，激发学生的好奇心，使他们产生强烈的求知欲，积极主动地去探究问题．
课型 新授课 课时 1课时
教学器材 苹果、树叶、金属片、薄纸片、抽气机、牛顿管、重锤、打点计时器、纸带、学生电源、铁架台、导线、直尺、计算机、投影仪以及有关知识的多媒体软件等
教学方法 实验探究，合作学习
教学目标 1．理解什么是自由落体运动，知道它是初速度为零的匀加速直线运动．2．知道什么是自由落体的加速度，知道它的方向，知道在地球的不同地方，重力加速度大小不同．3．掌握自由落体运动的规律
教学重点 探究自由落体运动的性质及自由落体加速度，掌握自由落体运动的规律
教学难点 实验探究自由落体运动的性质
教学过程设计
导入新课 教师活动 学生活动
问：若在树上有一个苹果和一片树叶在同一高度同时下落，它们下落的快慢会相同吗？ 答：苹果会先落地
问：那么是什么原因导致这种现象的出现呢？ 学生猜测：可能会说质量大就下落快；空气阻力的影响等
为了研究下落的快慢与质量是否有关，我给同学们提供金属片、纸片，请同学们设计一个实验来探究． 学生实验探究将：①金属片与纸片；②大纸片与小纸团；③金属片与小纸团分别从同一高度同时释放，观察它们的下落快慢．
实验现象：①中重的物体比轻的物体下落得快，②中重的物体比轻的物体下落得慢，③中重的物体与轻的物体下落得一样快．学生讨论得出结论：质量并不是决定物体下落快慢的因素．
问：那么造成这些现象的原因到底是什么呢？ 答：空气阻力的影响．
如果让我们排除空气阻力的影响，我们又会看到什么现象呢？
【演示实验】利用牛顿管演示金属片和羽毛在抽成真空的管中的下落快慢关系【实验现象】金属片和羽毛下落的快慢相同
新课教学 实验告诉我们，在没有空气阻力的情况下，物体下落的快慢与质量无关，这是一种最简单的理想的落体运动，我们将其叫做自由落体运动．
【板书】1．自由落体运动的概念：物体只在重力的作用下从静止开始下落的运动．
在存在空气阻力的情况下，只要空气阻力远小于 ( http: / / www.21cnjy.com )重力，物体的下落也可看做自由落体运动，如前面实验中金属片、纸团的下落等．在科学研究中，我们常常采取忽略次要因素，从最简单的情况入手这种科学方法．而掌握了自由落体运动这种理想运动的规律，也就为研究实际运动打下了基础.
展示一个重锤，将其从静止释放．问：重锤的运动可否看做自由落体运动？ 答：可以，因为重锤受到的重力远大于空气阻力.
那我们能不能就利用重锤来研究自由落体运 ( http: / / www.21cnjy.com )动的性质呢？也就是自由落体运动是一种什么样的运动．同学们能否根据前面学过的研究直线运动的实验方法来设计一下？ 利用打点计时器和纸带记录重锤在不同时刻的运动位置，通过对纸带的数据分析来判断重锤的运动性质．
请同学们设计一个实验研究方案，并通过实验操作来进行探究. 学生实验：利用打点计时器在重锤自由下落时拖动的一条纸带上打出若干个点．
怎样利用纸带记录的信息研究重锤的运动性质呢？ 学生记录处理数据，并得出以下结论：相等时间内小球下落的位移越来越大，表明小球做加速运动；利用Δx＝aT2为一恒量或利用v－t图象是一条倾斜的直线来判断小球做匀加速直线运动．
【板书】2．自由落体运动的性质：自由落体运动是一种初速为零的匀加速直线运动．
既然自由落体运动是匀变速直线运动， ( http: / / www.21cnjy.com )而且不同物体在同一地点的同一高度同时静止释放时，它们是同时到达地面，即相同时间内发生了相等的位移，根据匀变速直线运动的位移公式，初速为0时x＝at2，我们可以知道不同物体在同一地方自由下落时的加速度一定相等，我们将其称为自由落体加速度，又叫重力加速度.
那我们能不能自己来算出这个加速度的值呢？ 法一：利用逐差法求；法二：利用v－t图象法求；法三：利用Excel图表处理数据并得出加速度的值．
【板书】3.自由落体加速度（重力加速度）符号：g方向：竖直向下大小：与地点有关，纬度高g大，纬度低g小．（指导学生学习教材37页表格后再得出结论，不解释原因，可告诉学生与地球的自转有关）一般计算中取g＝9.8 m/s2，粗略计算中取g＝10 m/s2.
由于自由落体运动是匀变速直线运动，所以匀变速直线运动的规律也都适用于自由落体运动，同学们能否得出其规律的表达式？ 学生回答，教师板书.
【板书】4．自由落体运动的规律v－t＝gth＝gt2v＝2gh
【课堂小应用】利用自由落体运动的规律测定反应时间
【课堂练习】1．一物体做自由落体运动，第一秒 ( http: / / www.21cnjy.com )末、第二秒末、第三秒末速度之比为：________，第一秒内、第二秒内、第三秒内下落高度之比为：________，前一秒、前两秒、前三秒下落高度之比为________．2．假定雨滴从5 km高处无初速下落，若不计空气阻力，则雨滴下落到地面的瞬间，速度大小是多少？（g取10 m/s2）
【思考与讨论】利用水滴下落可以测定重力 ( http: / / www.21cnjy.com )加速度g，方法是：调节水龙头，让水一滴一滴地流出，在水龙头的正下方放一个盘子，调整盘子的高度，使一滴水滴碰到盘子时，恰好有一水滴从水龙头开始下落，而空中还有一滴正在下落的水滴，测出水龙头到盘子间的距离为h，再用秒表测时间，从第一滴水滴离开水龙头开始计时，到N滴水滴落至盘中，所用时间为T，则第一滴水滴落到盘中时，第二滴水离开水龙头的距离是______，重力加速度g的表达式是______.
课堂小结
这节课主要知道自由落体运动的条件； ( http: / / www.21cnjy.com )知道自由落体运动就是初速度为零的匀变速直线运动，推出了运动规律的三个公式，要求学生与以前学过的知识联系起来，灵活地运用．
课堂作业
教材45页问题与练习1、2、3、4.
教学设计（三）
设计者：张军，江苏连云港外国语学校，本教学设计荣获江苏省高中新课程教学创新设计大赛一等奖
教学设计思想
物理学是一门以实验为基础的自然科学． ( http: / / www.21cnjy.com )实际教学工作中应在物理教学上给学生以主动探究、自主学习的空间．一般说来，学生要解决的问题大多是科学上已经解决了的问题，这些问题所包含的原理都作为基础知识列入教材中．不过，对学生来说，这些问题则是新的、未知的．培养学生对知识进行再次发现与探索的学习观念、激励学生的探索精神，使学生在探究过程中获得知识、发展技能、培养能力特别是创新能力，这是新世纪对教师提出的重要课题．探究式教学着重于全面提高学生的素质，特别是科学素质，尊重学生的主体和主动精神、培养学生的创新能力．在平时教学中应根据教材内容适当采用探究式教学．自由落体运动是一节比较适合采用探究式教学的内容．21教育网
探究式教学采用“设定情景，提出问题”— ( http: / / www.21cnjy.com )—“分析问题，提出假设”——“设计实验，验证假设”——“分析结论，得出结果”的程序设计课堂教学．所以在本节课中可以提出三个问题，把本节课的知识内容分成三个问题——①物体下落的快慢和什么因素有关？教师引导学生按照上述程序得出结果，即自由落体运动的模型．②自由落体运动的s－t和v－t关系如何？继续按照上述的过程得出结果，即匀变速直线运动．③不同物体下落的加速度是否相同？还是按照上述的过程得出结果，即加速度是一样的，都等于自由落体（重力）加速度．学生解决这三个问题的过程既是科学的再发现过程，又是学生获得新知识、掌握知识的过程．21·世纪*教育网
探究式教学，强调了学生的 ( http: / / www.21cnjy.com )参与性、自动性、思维能力的创造性等．着重于全面提高学生的素质，特别是科学素质，使学生在受教育过程中主动、轻松，视学习为乐趣．因此在物理教学中让学生体验科学的发现过程是非常重要的，所以要充分体现学生的主动性．
教学内容分析
自由落体运动是学生学习了匀变速直线 ( http: / / www.21cnjy.com )运动及其规律后学习的内容，而自由落体运动是自然界广泛存在的物体自由下落的一种理想模型，是一种典型的匀变速直线运动，对自由落体运动的深入分析有利于学生更加深刻地理解匀变速直线运动的特点和规律，更好地理解物理与生活的关系．该节知识解决了三个问题——怎样的运动是自由落体运动，自由落体运动的加速度是否相同？自由落体运动的位移、速度随时间的变化规律怎样？这三个问题有利于学生主动探究，对学生来说，这些问题是新的、未知的．培养学生对知识进行再次发现与探索的学习观念、激励学生的探索精神，使学生在探究过程中获得知识、发展技能、培养能力特别是创新能力具有非常重要的意义．通过这节课的教学，不仅仅让学生知道有关自由落体运动的知识，而且可以在这三个问题的解决过程中，让学生了解探究的方法，了解解决物理问题的一般方法，培养学生对知识进行再次发现与探索的学习观念、激励学生的探索精神、使学生在探究过程中获得知识、发展技能、培养能力．本节课总体上采用“设定情景，提出问题”——“分析问题，提出假设”——“设计实验，验证假设”——“分析结论，得出结果”的程序设计课堂教学．2-1-c-n-j-y
三维目标
1．知识与技能
（1）了解研究自由落体运动的历史事实和科学方法；
（2）理解自由落体运动的规律，并能灵活运用；
（3）理解重力加速度，知道它的大小、方向，了解它的变化．
2．过程与方法
通过一系列探究实验，让学生从实验中分析归纳出自由落体运动的特点，培养学生将形象思维转化为抽象思维的能力，归纳概括出物理概念和规律的能力．
3．情感、态度与价值观
培养学生严谨的科学态度，正确地获取知识的方法．
教学准备
牛顿管，抽气机，自制课件．学生每四人一组：刻度尺、铁架台、打点计时器、纸带、硬币、铁片、纸片若干张、钢球（大小各一个）．　　21*cnjy*com
导入新课
教师：现在我来做一个小实验，请同学们仔细观察，看看有什么发现？（如图，取面积相同的纸片和硬币从同一高度同时无初速度释放）【出处：21教育名师】
学生：硬币下落得比纸片快些；硬币做直线运动，纸片做曲线运动．
推进新课
一、什么是自由落体运动
老师：很好！同学们有两个发现，这节课我们先来研究第一个发现．为什么硬币下落得快些？
学生：因为硬币比纸片重些．
老师：真是这样吗？
学生：沉思．
教师：请同学们按如下表中的实验内容进行实验，看看有什么发现？
学生：进行实验并将实验结果填入表格中（如表中虚线）．
实验内容 实验结果 结论
面积相同的纸片与硬币从同一高度同时无初速度释放 硬币先落地 重的物体下落快
两张一样的纸，将其中一张搓成团，另一张铺平，从同一高度同时无初速度释放 纸团先落地 同样重的物体下落时也有快慢之分
一张大纸和一张小纸，将小纸搓成团，大纸铺平，从同一高度同时无初速度释放 纸团先落地 轻的物体下落快
老师：你们能从你的实验结果归纳出一个什么样的结论？
学生：物体下落的快慢似乎与物体的轻重无关？
老师：那么你们认为与什么有关呢？
学生：与物体的体积有关、与物体的形状有关．
老师：给每实验小组发几个 ( http: / / www.21cnjy.com )大小不一的小铁球和形状各异的小铁块（老师事先准备好的）．请同学们按表格中的实验内容进行实验，记下实验结果，看看有什么发现．
学生：进行实验并记录实验结果．
老师：怎么样？
学生：似乎与体积大小和形状也无关．
老师：既然同学们的实验结果是物体下落快慢与物体的轻重、体积大小、物体的形状无关，那么与什么有关呢？
学生：（交流、讨论）与空气阻力有关．
老师：你们的意思是，如果没有空气阻力，轻重物体的下落快慢是一样的，是吗？
学生：是．
老师：用如下图所示的真空管进行演示．
教师活动：
教师可以再问：既然和重力无关，那和什么因素有关呢？
学生通过实验1、2分析得出纸片比铁 ( http: / / www.21cnjy.com )片和纸团下落得慢是因为纸片受到空气的阻力作用比较大．通过实验3、4可分析得出：当物体受到的空气阻力作用很小，可以忽略不计时，不同物体下落的快慢是相同的结论．这样一步一步层层深入地研究，从不同条件下得出不同结论，使学生初步了解研究问题的方法．21世纪教育网版权所有
教师活动：
演示：“牛顿管”实验，使用电磁式的“牛顿管”，并且展示在真空环境中的铁片和羽毛下落的录像，并且用慢动作播放．【版权所有：21教育】
学生观察思考：
学生观察实验现象得出：如果物体只受重力，不同物体由静止开始下落的快慢都相同的结论．
教师讲解提问：
物体只在重力作用下，由静止开始下落的运动称为自由落体运动．谁能根据自由落体运动的定义说说自由落体运动的条件？www-2-1-cnjy-com
学生回答：
条件：物体只受重力，初速度为零．
教师强调：
在实际中，如果物体下落时受到的空 ( http: / / www.21cnjy.com )气阻力作用比重力小得多、阻力可忽略不计时，物体自由下落的运动可看成自由落体运动．如：钢球、房檐水滴等的自由下落．
板书：
提出问题 猜想 导致悖论 实验验证 结果
问题1：不同的物体下落快慢是否相同 物体的质量、物体的表面积有关 伽利略的巧妙推理 牛顿管实验 自由落体运动模型
二、研究自由落体运动的位移、速度随时间的变化规律
教师活动：给出挂图——自由落体运动的小球的频闪照相的照片，让学生观察分析小球运动的特点．
学生观察回答：
回答出小球自由下落的运动是加速运动．
教师提问：
是匀加速运动吗？
学生思考后猜想是匀加速运动．
教师给出答案并且追问根据，然后引导学生利用实验验证．
学生活动：
学生分组利用实验仪器测量并计算，在连续相等的时间里的位移差Δx1、Δx2、Δx3，看Δx1、Δx2、Δx3是否相等.21教育名师原创作品
x1 x2 x3 x4
数据/cm
Δx/cm
教师活动：
选择学生的纸带进行投影分析，由公式Δx＝aT2可知，若Δx1、Δx2、Δx3近似相等，则可判断出重物自由落体运动是匀加速运动．21*cnjy*com
板书：
提出问题 猜想 实验验证 处理数据 结果
问题2：自由落体运动的x－t和v－t关系 v＝atx＝at2 自由落体运动规律
三、研究不同物体做自由落体运动的加速度相同
教师提问：
物体自由下落的运动是匀加速运动，不同物体下落的加速度是否相同？
学生活动：
学生通过分析、思考得出：两物体下落的时间t相同，位移x也相同，由公式x＝at2，可得出a相同的结论．
教师讲述、提问：
在同一地点，一切物体在自由落体运动中的加速度都相同，这个加速度叫自由落体加速度，也叫重力加速度，用g表示．g是矢量，方向总是竖直向下的．大家阅读书上的表格，从表格中你能发现什么，同一地点物体的g值都相同吗？有何规律？一般计算中取何值？粗略计算中取值为多少？
学生阅读书本回答：
纬度越高，g值越大，而且都接近9.8 m/s2.
教师活动：
教师通过大屏幕投影来说明重力加速度的大小、方向和随位置的变化规律．指出一般计算时取g＝9.8 m/s2，粗略计算中常取g＝10 m/s2.
板书：
提出问题 猜想 实验验证 理论验证 结果
问题3：不同物体下落时的加速度是否相同 a和物体无关 牛顿管实验 h＝at2不同物体h相同，所以a相同 自由落体(重力)加速度 ( http: / / www.21cnjy.com )
四、自由落体运动的规律
教师讲述提问：
自由落体运动是初速度为零的匀加速直线运动．前面学过的匀变速直线运动的基本公式和推论是否适用于自由落体运动？www.21-cn-jy.com
在自由落体运动中，如果物体下落的位移用h表示，前面的公式在这里可写成什么形式？
学生回答：
适用　vt＝gt、h＝gt2
教师活动：
用大屏幕打出例题：
1991年5月11日《北京晚报》报 ( http: / / www.21cnjy.com )道了一位青年奋勇接住一个从15层高楼窗口跌出的孩子的动人事迹．设每层楼高是2.8米，这位青年从他所在的地方冲到一楼窗下需要的时间是1.3秒．请估计一下，他要接住孩子至多允许他有多长的反应时间？（将剪报与题同时投影至屏幕上）
学生活动：
学生思考，然后分析过程并解决问题．
设计意图：
通过本题的分析过程，可以让 ( http: / / www.21cnjy.com )学生知道如何利用自由落体运动的性质解决自由落体运动问题，既可以培养学生科学的思维方式，让学生感受到物理就在我们的身边，又可以向报道中的青年学习，学习那种奋不顾身的精神，渗透思想品德的教育．
课堂小结
作业布置
1．书本45页练习1、2、3.
2．布置学生课后阅读书本45页内容，测定每人的反应时间．
落体问题是一个古老的问题，在近代物理学发展中，它也是一个带有判决性的理论，并且是一个重要的实验问题．21·cn·jy·com
一、亚里士多德的落体理论
古代的落体研究的代表人物是亚里 ( http: / / www.21cnjy.com )士多德（Aristotle，前384—前322）．亚里士多德的研究一开始就是动力学的．这些动力学研究根据是从经验中归纳出的直觉，并结合了数学的推导．亚里士多德得到了两个定律，即强迫运动定律和落体运动定律．
亚里士多德认为物体下落运动的快慢有两个原因： ( http: / / www.21cnjy.com )（1）运动所通过的媒质不同（如通过水或土或空气），（2）运动物体自身轻或重的程度不同，如果运动的其他条件相同的话．为此，亚里士多德得到的落体运动定律是：“物体下落的时间与重量成反比，如一物重量是另一物体两倍，则在同一媒质中下落只用一半的时间．”2·1·c·n·j·y
遗憾的是，亚里士多德的两条定律都是错的．
二、伽利略的研究
1．为什么要研究落体运动
为了建立新的力学理论体系，必须要破除亚里士多德的力学理论和他的权威，而亚里士多德运动学是其理论体系的一个最关键的部分．
应该看到，亚里士多德的理论体系是有合 ( http: / / www.21cnjy.com )理的地方的，它注意到直接经验的作用，直接经验为理论解释提供了一定基础，而它在经典哲学中的地位也是非常牢固的．所以，破除亚里士多德的落体运动理论除了具有解放思想的意义之外，对建立新的运动理论也具有重要意义．
2．斜面实验
由于落体运动的速度太快， ( http: / / www.21cnjy.com )人们观察这种运动是不能够作出精确的定量判断的．尽管人们对亚里士多德的落体定律是有怀疑的，在没有定量的精确定律时，人们只能提出各种看法，以说明亚里士多德的落体定律是有问题的，其中伽利略批评的是：【来源：21·世纪·教育·网】
落体的“悖论”
在《两门新科学》中，伽利 ( http: / / www.21cnjy.com )略谈道：“我十分怀疑亚里士多德曾用实验检验过，当两个石头，一个的重量是另一个的10倍，从同一高度，如100库比特，下落时，其速度的差别会达到这样的程度，以致前者着地时，后者下落还不超过10库比特．”这种经验并不可靠，他还写道：“但是，即使没有进一步的实验，就用一个简单而有说服力的论证，也能证明亚里士多德的论断是错误的．”关于落体速度与重量无关的问题，伽利略也进行了论证，即通过重量不同的物体在媒质中下落进行比较．重量不同的物体在同一媒质中下落，会有一定的速度差，但这种差别会随着媒质密度的下降而下降．进而，伽利略推论出自由落体的速度与落体的重量无关，伽利略的进一步论证是，假如重物比轻物下落得快，那将二者捆在一起，下落时会出现这样的情况，其中重物受到轻物的拖曳而放慢速度，轻物受到重物的驱动而加快速度，结果是使整体的速度介于原来二者的速度之间．然而，“二物相加，其重量大于二者中的大者，其落下速度应大于二者的速度之大者，而不应小于它”．表明，落体速度（可能）与落体重量无关，当然，这样的“无关”是指在无空气阻力或真空中表现出来的．
三、“自由落体运动”课件下载链接：
http：//www.zhyh.org/？action＝resource！show&id＝454
http：//www./show.asp？id＝90
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