自由落体运动
教学目标
1、知识目标：学习自由落体运动、理解自由落体加速度，掌握自由落体运动的规律。
2、能力目标：培养学生在实验探索中进行研究性学习，体验学生间的交流合作。
3、情感目标：让学生受到见义勇为的思想教育和集体观念教育。
教学重点
理解不同物体做自由落体运动的加速度都相同。
教学难点
从实验中得出自由落体运动的特点及其运动性质。
教学方式
讲解、演示、师生互动、对比归纳。
教学仪器
金属片，纸片；牛顿管，抽气机；重物，直尺。
教学过程
[引入课题]
（画外音）本报讯 ： 5月9日下午，一位4岁小男孩从高层塔楼的15层坠下，被同楼住户在下边接住，幸免于难。
这天下午，家住六里屯4号楼15层的刘某出门去倒垃圾，一不留神装有撞锁的门“咣当”一声反锁上了，刘某未带钥匙开不开门，时间一长，屋里淘气的4岁小男孩急了，他走到阳台哭闹，随后骑坐在阳台上。此景被住在同楼一层的住户任志庆发现，未等说话，孩子已从高楼坠下。在这紧急时刻，任志庆毫不犹豫地冲上前去用双臂去接。在巨大的冲力下，孩子被接住后又坠落在地。后送儿童医院检查，小男孩左大腿骨折和轻微脑震荡，现以脱离危险。任志庆眼睛负伤，鼻梁骨被砸碎，一只胳膊骨折。
多么惊险的一幕，青年任志庆这种舍己救人的精神确实值得大家学习，如果4岁小男孩是从半米高的位置落到大人手中，小男孩会毫发无损，而从15层楼高的位置落下来后，为什么造成如此严重的后果？任志庆从观察到动手接住小男孩，允许他反应的时间到底有多少？他又冒着多大的危险去接小男孩的呢？
生活中有许多这种落体现象。为了研究问题的方便，我们今天只研究最简单、最理想的落体运动——自由落体运动。
[新课教学]
提问：大家看见过落体运动吗？
树叶的下落；
雨滴、雪花的下落；
蹦极时，人的下落；
工地上，从高处落下的砖头和瓦片；等等。
提问：你们仔细观察过落体运动吗？
演示实验：小石头和羽毛的下落。
实验现象：小石头下落的比羽毛快。
早在公元前4世纪，希腊哲学家亚里士多德通过观察大量物体下落的现象，归纳出：物体越重，下落得越快。
提问：是不是重的物体一定比轻的物体下落得快呢？
同学们可以通过实验研究这个问题，桌上有金属片和纸片，利用它们设计小实验，做一做。对你看到的现象进行说明。
请一位同学到前边来，介绍他设计的实验方案，动手做一做，其他同学注意观察思考。
提问：你们看到了什么？这个现象又说明了什么？
可见，重的物体不一定下落得快。显然也不是轻的物体下落得快。物体下落的快慢不是由它们的轻重决定的。
16世纪末的伽利略，做了一个很有名的实验——斜塔实验（两个铁球同时落地），也就说明了这一点，另外他还有有一个很巧妙的推理：假设“重的物体下落得快”是正确的，那么大石头要比小石头下落得快了。把两块石头用绳拴在一起下落，大的就会被小的拖着减慢，整体比大的单独下落要慢。可是，两块石头加起来比那块大的还重，由此我们得出的结论是：重的物体下落得反而慢。而前提是上面的假设。可见，假设是错误的。
提问：可是，在现实生活中我们观察到：物体确实下落得有快有慢。这是受什么因素的影响呢？
在刚才的实验里，纸片变成纸团，从受力分析的角度得出，空气阻力的影响小了，受空气阻力的影响。
提问：如果没有空气阻力的影响，也就是在一个没有空气的空间里，物体下落的图景是什么样子呢？
演示实验：牛顿管实验
在没有空气的空间里，演示金属片与羽毛的下落。
在有少部分空气的空间里，演示金属片与羽毛的下落。
在有大量空气的空间里，演示金属片与羽毛的下落。
实验现象：
（1）筒内没有空气时，金属片和羽毛下落的快慢相同。他们的运动情况是相同的。
（2）筒内有空气后，金属片和羽毛下落的快慢就不同了。
筒内没有空气时，物体只受重力，这种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。
一、定义
物体只在重力作用下从静止开始下落的运动，叫自由落体运动
要注意理解“自由”这两个字：只受重力、初速度为零。
这种运动只在没有空气的空间里才能发生。不过，在有空气的空间里，如果空气阻力的影响很小，物体的下落也可以近似看作自由落体运动。
实际物体的下落运动，受空气阻力 ，如果空气阻力的影响是次要因素，忽略次要因素，忽略空气得阻力，抓住主要因素，认为物体只受重力作用,由静止下落，这样物体的下落也可以近似看作自由落体运动。这种忽略次要因素，抓住主要因素的处理方法是物理学上常用的处理方法，称之为理想化方法。
提问：在刚才的演示实验中：小石块的下落可不可以看成是自由落体运动呢？羽毛的下落可不可以看成是自由落体运动呢？
到此为止，我们对自由落体运动有了正确的认识：不同物体从同一高度做自由落体运动，它们的运动情况是相同的。
可是，在历史上，从公元前4世纪的亚里士多德到16世纪末的伽利略，在漫长的时间里人们是在不断地认识落体运动 的。
亚里士多德是古希腊的圣人，恩格斯称他是最博学的人。他的著作很多，对西方的哲学和自然科学的发展都有很大的影响。限于当时科技发展的水平，他在物理方面的论述，今天看来很多是不恰当的。但是，在两千年前他能够通过观察、归纳，形成自己的一套理论体系，已经很不简单了。我们应该正确评价他在科学发展史上的地位。
接下来，我们继续研究自由落体运动。
提问：自由落体运动是什么性质的运动呢？
演示实验：小球的下落
实验现象：
（1）从静止开始运动
（2）运动得越来越快
（3）轨迹是直线
我们不难得出：自由落体运动是初速度为零的加速直线运动。
提问：是初速度为零的匀加速直线运动吗？
这个问题需要我们深入研究。我们可以通过实验研究这个问题。
提问：在实验室里我们有那些可行方案呢？
（1）用打点计时器测量物体运动的加速度
（2）用频闪照片测量物体运动的加速度
介绍频闪照相的原理。
频闪照相是每隔相等的时间暴光一次，每暴光一次就把这一时刻物体所在的位置记录下来，从而可以知道物体在相等的时间间隔内物体的位移。
出示一张频闪照相的数据，让同学们分组进行处理，让每组的中心发言人总结出实验结论。
小结：自由落体运动是初速度为零的匀加速直线运动。
二、性质
是初速度为零的匀加速直线运动。
提问：请同学们算一算，自由落体运动的加速度是多少？
提出重力加速度的定义。
三、自由落体加速度
（1）定义：在同一地点，一切物体在自由落体运动中的加速度都相同，这个加速度叫做自由落体加速度，也叫重力加速度，常用g表示。
（2）方向：竖直向下
下面列出了地球上不同纬度的地方重力加速度的值。
地 点
纬 度
重力加速(m·s-2)
特 点
赤道
0°
9.780
广州
23°06′
9.788
?
武汉
30°33′
9.794
?
上海
31°12′
9.794
?
东京
35°43′
9.798
?
北京
39°56′
9.801
?
纽约
40°40′
9.803
?
莫斯科
55°45′
9.816
?
北极
90°
9.832
小结：国际上取北纬45°海平面上的重力加速度值作为标准值：即g=9.8m/s2。
（3）大小：g=9.8 m/s2， 粗略的计算中，g=10 m/s2。
自由落体运动是初速度为零的匀加速直线运动，因此匀加速直线运动的规律，自由落体运动也适用，大家还记得匀加速直线运动的规律吗？
速度规律 Vt=V。+ a t
位移规律 S=V。t+at2 /2
速度位移规律 Vt2 - v2。=2aS
自由落体运动是初速度为零，加速度为g的匀加速直线运动。因此：
四、规律
速度规律 Vt=gt
位移规律 h=gt2 /2
位移规律 Vt2=2gh
练习1：这是磨头中学的新教学楼，共有五层，如果从楼顶释放一个小球，请你估算：从开始运动起，它在1s内、2s内、3s内下落的位移分别是多少？
接下来轻松一下，做一个小游戏。
这个小实验能检验人反应的灵敏程度。日常生活中，有时需要反应灵敏，对战士、司机、飞行员、运动员等尤其如此，当发现某种情况时，能及时采取相应行动，战胜对手，或避免危险。人从发现情况到采取相应行动经过的时间叫反应时间。
提问：你能根据我们今天学习的知识，设计一个小实验，测出你的反应时间吗？
读一读（课本第38页）这段材料。
提问：这个实验的原理、器材、怎么操作、怎么读数、怎么计算出反应时间。
提出：可以跟踪检测自己的反应时间；检测不同人群的反应时间（性别、年龄、职业等）。研究采集到的数据，总结出反应时间跟哪些因素有关？等等。
这就是一个研究性学习小课题，同学们可以在课外继续研究。
练习 2：
1、本课开始的简报中，小孩从15层楼上跌出，设15层楼高度为45m，这位青年从他所在的地方冲到楼窗下需要的时间是1.3s，请你估算一下他要接住孩子，至多允许他有多长的反应时间。接触小孩时，小孩的速度是多大？
解：
由自由落体运动规律可知：h=gt2 /2
所以下落的时间为：t=(2h/g)1/2=3 (s)
允许反应时间：t’=t - t。=3 - 1.3=1.7 (s)
下落速度：V=gt=10X3=30 (m/s)
小结：略
今天我们学习的课本第二章第八节的内容，请同学们课后认真阅读课本上这一节的内容，并完成练习八的（1）至（4）。
2.5 自由落体运动
★教学目标
知识与技能
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。
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。
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。
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。
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
会根据现象进行合理假设与猜想的探究方法。
会利用实验数据分析并能归纳总结出物理规律的方法。
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
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。
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。
培养学生的团结合作精神和协作意识，敢于积极探索并能提出与别人不同的见解。
★教学重点
自由落体运动的概念及探究自由落体运动的过程。
掌握自由落体运动的规律，并能运用其解决实际问题。
★教学难点
理解并运用自由落体运动的条件及规律解决实际问题。
教学过程
设计思想：
先用游戏激发学生学习兴趣，顺理成章地研究落体运动；
通过演示实验让学生自己总结出物体下落快慢不同的主要原因是空气阻力，从而猜想若没有空气阻力会怎样；
用牛顿管实验验证猜想，引入了新的理想运动模型：自由落体运动。讲述1971年宇航员做的实验，加深印象；
了解地球表面物体下落运动近似成自由落体运动的条件；
着手研究自由落体运动的规律，利用打点计时器进行研究，得到结论；
总结自由落体运动特点及重力加速度；
应用训练
引入 ：
教师在课前需要设计制作好“测反应时间尺”（在一约50cm长的尺有刻度的一面标上自由下落对应长度所用的时间）
游戏
师：一般情况下，刻度尺是用来测量什么物理量的？
生：测量物体长度的！
师：大家看到我手里的这把尺子了没有？我这把尺子跟普通尺子是不一样，有特殊的功能，它可以测量出你的反应时间。不信？我请几位同学上来试试。
找几名同学上来做这个实验。可通过比比谁的反应时间短来调动学生的积极性。
师：相信大家一定非常想知道这把尺为什么能测出人的反应时间呢？是根据什么原理呢？我可以告诉大家，尺子测时间的原理就是利用尺子下落过程中的运动特点制成的。而我们今天要研究的就是尺子下落这样的运动。
师：像尺子下落这样的运动是一种常见的运动。挂在线上的重物，如果把线剪断，它就在重力的作用下，沿着竖直方向下落。从手中释放的石块，在重力的作用下也沿着竖直方向下落。
师：不同的物体下落快慢是否一样呢？物体下落的快慢由哪些量决定？请大家结合日常生活经验回答问题。
生：不同物体下落快慢应该是不一样的，下落快慢应该是由质量决定，质量大的下落快，质量小的下落快慢。
师：这位同学回答得对不对呢？大家看我来做几个实验。
演示实验
1、将一张纸和一张金属片在同一高度同时释放，结果金属片先着地。
教师不发表意见，继续做实验。分别将实验内容和实验结果板书在黑板上。
2、将刚才的纸片紧紧捏成一团，再次与硬币同时释放，结果两者几乎同时落地。
3、将两个完全一样的纸片，一个捏成团，一个平展，则纸团下落快。
师：物体下落快慢是由质量决定吗？
生：不是的！
师：为什么这样说？
生：第2个实验和第三实验都说明了这个问题，特别是第3个问题，质量一样却下落有快慢之分。
师：那你现在觉得物体下落快慢由什么因素决定呢？
生：我想应该是空气阻力。
猜想
师：如果影响物体下落快慢的因素是空气阻力，那么在没有空气阻力，物体的下落快慢应该是一样的，这种猜想是不是正确呢？我们来做一个实验验证一下。
验证
牛顿管实验：
师：刚才的实验现象验证了我们的猜想，在没有空气阻力即物体只受重力的情况下，所有物体由静止下落的快慢是一样的。
师： 1971年美国阿波罗15号宇航员在月球表面将锤子和羽毛同时释放，它们同时落在月球表面，这是通过电视转播过的。
二、自由落体运动
师：物体若在没有空气阻力的情况下由静止下落，它的受力情况有什么特点？
生：没有空气阻力，则物体只受重力。
师：很好！物理学中把这种只受重力作用，由静止开始下落的运动叫做自由落体运动。
自由落体运动：在只受重力的情况下，由静止开始下落的运动。
师：我们日常生活中见到的落体运动是自由落体运动吗？比如开始测反应时间的尺子的下落运动是自由落体运动吗？
生：肯定不是，因为在地球表面大气层内，没有空气的情况是不存在的。
师：说得很好！在我们的日常生活环境下，自由落体运动是不存在的，只是一种理想运动模型。但利用忽略次要因素，抓住主要因素的物理研究方法，我们可以把日常生活中一些空气阻力影响不大的落体运动近似看作自由落体运动。什么样才叫做阻力影响不大，就是阻力跟重力相比可以忽略。
近似条件：一般情况下，密度较大实心物体的下落都可以近似看成自由落体运动。
三、自由落体运动的运动规律
师：做自由落体运动的物体的运动规律是什么呢？速度随时间是如何变化的？位移随时间又是如何变化的，我们该如何来研究它的运动规律呢？
生：利用打点计时器。先选择一个物体，这个物体必须密度大，实心，体积不要太大，这样的话就可以把这个物体由静止开始下落的运动近似看成自由落体运动。接着用打点计时器来研究物体的运动规律。
师：请同学们自己设计并进行实验，将纸带的处理结果告诉我。
学生设计、操作并处理实验结果
总结分析运动规律
师：实验结论是什么？
生：自由落体运动是初速度为零的匀加速直线运动。
师：如何得出这个结论？
生：根据实验得到的纸带，我猜想它是匀加速运动。于是我用匀变速直线运动的运动规律来验证纸带，结果证明自由落体运动是匀变速直线运动。
师：回答得非常正确！自由落体运动是初速度为零的匀加速直线运动，这个结论我们要牢记。
师：那再计算一下自由落体的加速度大小是多少？方向如何？
生：我所算得的结果在9.4左右，方向是竖直向下，因为物体是竖直向下匀加速的，所以加速度方向应该与速度方向相同，竖直向下。
师：其他同学的结果呢？
生：我的也差不多。
关键点提问
师：大家用的是质量不同的重锤做的实验，为什么求出来的加速度结果差不多呢？
生：虽然重锤质量不同，但由于空气阻力影响较小，均可以近似成自由落体运动，而我们已经知道：所有物体做自由落体运动的运动情况是完全一样的。所以测出来的结果差不多是符合事实的。
总结归纳重力加速度
师：同学们刚才测量计算出来的自由落体加速度又叫做重力加速度，用g表示。精确的实验发现，在地球上不同的地方，g的大小是不同的：1、纬度越高，g越来越大；2、同一纬度，高度越大，g越小。一般的计算中可以取9.8m/s2或10m/s2，如果没有特殊说明，都按9.8m/s2计算。
例1、下列说法正确的是（BD）
物体从静止开始下落的运动叫做自由落体运动
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
从静止开始下落的钢球受到空气阻力作用，不能看成自由落体运动。
从静止开始下落的钢球受到空气阻力作用，因为阻力与重力相比可以忽略，所以能看成自由落体运动。
例2、下列说法不正确的是（A）
g是标题，有大小无方向。
地面不同地方g不同，但相差不大。
在同一地点，一切物体的自由落体加速度一样。
在地面同一地方，高度越高，g越小。
例3、AB两物体质量之比是1：2，体积之比是4：1，同时从同一高度自由落下，求下落的时间之比，下落过程中加速度之比。
解：因为都是自由落体运动，高度一样，所以下落时间一样，1：1；下落过程加速度也一样都是g，1:1
例4、质量为2kg的小球从离地面80m空中自由落下，g=10m/s2，求
1、经过多长时间落地？
2、第一秒和最后一秒的位移。
3、下落时间为总时间的一半时下落的位移。
解：1、
2、；
3、连续相等时间位移之比1：3，则位移为
师：自由落体运动速度与时间关系、位移速度关系以及位移与时间关系是怎样的？
学生总结：
回答测反应时间尺的原理
学生分析，自己回答。
