3.3 匀变速直线运动实例--自由落体运动 教案 (5)

3.1《匀变速直线运动实例—自由落体运动》教案
一、教学目标
理解自由落体运动的条件和性质，掌握重力加速度的概念；
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；
培养学生的观察能力和逻辑推理能力；
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；
通过对自由落体运动规律的应用，提高学生的解题能力；
充分利用多媒体辅助教学、演示实验和课本中的小实验，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；
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，挖掘教育的素材。
二、教学重点和难点
1、教学重点：仅受重力作用的不同物体，具有相同的重力加速度ｇ。
2、教学难点：物体下落的快慢与物体所受重力的大小无关。
三、教学设计思路
这节课的程序是：⑴通过自备器材设计小实验，说明实际的落体运动受多种因素的影响；通过引发认知冲突排除影响物体下落快慢的因素，得出主要影响因素。⑵正确提出问题，通过实验研究在真空条件下的落体运动，以及在实际中如何近似地满足自由落体的条件；⑶通过课本的频闪相片揭示自由落体运动的性质，研究在真空条件下落体运动的加速度；⑷通过已有的匀变速直线运动规律探求自由落体运动的规律；⑸再现历史，体会伽利略研究自由落体运动的思路和方法，学习其科学探索精神。
在本节课的教学中，按照教材的思路，以实验为基础，以探索为方法，重点在于研究自由落体运动正解结论的得出过程。
四、教学过程
教学步骤
教师活动
学生活动
设计意图
一、引入新课
演示多种小物体的下落，指出在地面附近的任何物体，脱离支持物后，竖直落向地面的运动叫做落体运动。提问：落体运动的快慢与哪些因素有关呢？我们应该在什么样的条件下研究落体运动？落体运动的性质怎样？遵循什么样的规律？这就是本节要研究的问题。
观察、思考
设问引入，激发学生的求知欲，突出本节课要探究的主题。
二、推进新课1．自由落体运动
多媒体展示实验探究一：物体下落的快慢与哪些因素有关？引导学生可通过身边的简易器材设计小实验进行探究且比较物体下落快慢应控制它们从同一高度、同时、无初速下落。
思考并动手做实验
让学生亲身体验探究过程，设计研究问题的方法。
教师提问探究过程和结果。
学生涌跃发言，对于影响物体下落快慢的因素纷纷阐述自已的探究结果。学生甲：取一枚梗币和与其大小相同的纸片，让它们从离桌面等高处，同时下落。结果梗币比纸片先落到地面。说明物体越重，下落得越快。学生乙：物体越重，不一定下落得越快。若把甲同学实验中的纸片揉成纸团，结果是两者下落的快慢几乎相同。学生丙：我支持乙同学的观点，取两个同样大小的圆形纸片，把其中一个揉成纸团，让纸片和纸团从离桌面等高处同时下落。结果是纸团比纸片落得快，说明重力相等的物体下落快慢也不一样。、……
学生受日常经验的影响，对重物体落得快、轻物体落得慢的印象很深。为克服学生的前概念，空洞的说教是缺乏说服力的，要通过实验来说明问题。学生之间的探究结果产生矛盾引发他们的认知冲突，这一点正好能够激发学生的求知欲。
教师引导学生分析矛盾结果，排除影响物体下落快慢的次要因素。如针对甲、乙、丙同学的结果进一步提问：我们取大小两石头，大石头的下落速率为6，小石头的下落速率为3，将它们拴在一起，整体的下落速率是大于还是小于6呢？最终引导学生得出影响物体下落快慢的因素可能是空气阻力。
讨论得出：小于6
提问中渗透了伽利略质疑亚里士多德观点的方法：巧妙的假设和推理。
多媒体展示实验探究二:阻力和重力对物体下落快慢有何影响？提问实验探究的方法。
学生思考、讨论、纷纷举手阐述自已的实验设计方法。
在实验探究一的基础上把问题推进一步，培养学生透过实验现象认识物理规律。
阐述伽利略观点：物体只要从同一高度下落，它们都应该同时落地。此观点隐含了物体下落中仅受重力的作用。演示：用“牛顿管”实验进一步验证300年前伽利略的推理。牛顿管实验演示探究（1）将纸片与硬币放进玻璃管，当玻璃管内有空气时，将玻璃管倒立过来，观察纸片与硬币的下落情形，观察结果是
；（2）抽去玻璃管内的部分空气，再将玻璃管倒立过来，观察纸片和硬币的下落情形，观察结果是
；（3）继续抽取玻璃管内的空气，使其逐渐变为接近真空，再观察纸片和硬币下落的情形，观察结果是
。（4）实验结论是
。
学生观察后回答：硬币比纸片下落快得多。观察后回答：硬币比纸片下落得快，但差距减小。学生：硬币和纸片下落快慢几乎一样。学生：在没有空气阻力的影响时，轻和重的物体下落一样快。
物理学家伽利略通过艰辛探索，不断创新、大胆实验终于冲破了传统观念的束缚。通过实验，再现这段历史，不仅有利于激发学生对物理学习的兴趣，也能培养学生对知识形成过程的学习。
总结：当没有抽气时，空气阻力的影响还是很大，纸片受到的阻力大，下落得慢；抽去部分空气时，阻力变小，纸片受到的阻力还是比较大，但是两者的差距在减小；当空气越来越稀薄时，空气阻力的影响会越来越小，纸片和硬币的下落快慢是一样的。引导学生得出推论：当它接近真空时，空气的影响就会减小接近于零，不同的物体从同一高度同时下落着地的时间就会趋向于相同。
总结：物理学中将物体不受其他因素影响，只在重力作用下从静止开始下落的运动称为自由落体运动。在日常生活和工作中，物体在下落中不受其它因素影响是很难的。为了研究的方便，当其它因素的影响比较小时，人们通常会忽略这些影响，仍将这些物体的下落看成自由落体运动。
这里又是一个主要因素与次要因素的关系问题。渗透抓住主要因素，忽略次要因素是物理学中的一个重要的思想方法。
2、自由落体运动的性质和自由落体加速度
多媒体展示探究三：自由落体运动的性质是什么呢？是变速、或匀变速运动，它的轨迹是直线、或是曲线，可以通过什么方法知道？
思考后回答：“可以通过物体带动纸带做自由落体运动，打点记时器在纸带上打出的点来研究”“也可通过频闪照相法得到的照片来研究”。
设问点拨对巩固所学知识、培养学生灵活运用已有知识解决实际问题的能力大有帮助
提问：通过课本的图可获得哪些信息？
通过频闪照片分析，初步可以知道它是一种加速直线运动，通过对频闪照片中各段位移的测定，然后代入S2―S1=S3―S2=…=Sn―Sn―1=at2，可粗略判断加速度a不变，即自由落体运动是匀变速直线运动。有的同学很快算出a大约等于
10m/s2
提问：刚才我们已经算出小球自由落体的加速度约为10m/s2。假设，这张照片就是在教室里拍摄的，那么，如果我们换一个更重的小球拍下它做自由落体运动的频闪照片，计算它的加速度，这个加速度可能是多少？
也是大约10m/s2。因为实验告诉我们，在同一地点，不管物体的重力如何，同时从同一高度释放的两个物体总是同时落地的。这说明两个物体的运动情况是完全相同的，所以它们具有相同的加速度。
要加强培养学生对不同事物对比分析，善于找出共性、个性方面的特点的能力。
师：很好。物体自由下落时的加速度是由物体与地球之间的万有引力产生的，因此我们把这个加速度叫做自由落体加速度，也叫做重力加速度，通常用g表示。
重力加速度的方向竖直向下。
精确的实验表明，在地球上不同的地方，g的大小是不同的。
请同学们阅读课本表,仔细比较表中纬度与重力加速度的大小的变化关系，你能得出什么结论？重力加速度随纬度变化的原因我们将在以后学习。一般在计算中，g取9.8m/s2，在估算中，g还可取10m/s2。
阅读课本表后回答：重力加速度的数值随纬度的增大而增大。
设问点拨培养学生从图表获取信息的能力。
3、自由落体运动的规律
多媒体展示探究四：自由落体运动的规律是什么？你能写出自由落体运动的位移和速度的公式吗？
学生思考、讨论后每小组一位同学在黑板上写出公式。生：我们只要将匀变速运动公式中的a改写为g，就可以得到自由落体运动的公式。位移公式是
速度公式是
通过这一部分的学习，让学生体会怎样将具体问题与一般规律相结合得到所讨论的具体问题的表述规律。
4、自由落体规律的应用
多媒体展示练习：一位观察者测出，悬崖跳水者碰到水面前在空中下落了3.0s，如果不考虑空气阻力，悬崖有多高？实际上是由空气阻力的，因此实际高度比计算值大些还是小些？为什么？
学生独立作答；学生解答完毕后相互讨论和检查结果。
安排例题，及时对自由落体运动规律进行巩固。
教师点评：如果不考虑空气阻力，可算结果达到45m，实际上由于空气阻力，3s内不会下落这样的距离，提醒学生注意理想化可能带来的误差。
5、自由落体运动规律的探索回眸
请大家阅读教材P50页《自由落体运动规律探索的回眸》并思考伽利略的研究方法是什么？结合运用多媒体再现伽利略对自由落体运动的研究过程总结：关于落体运动的规律，历史曾经出现过两种截然不同的观点。伽利略首先通过落体佯谬的思想进行实验，否定亚里士多德的物体越重下落越快的结论；最后将斜面实验推广，得出结论。伽利略开创的研究方法是提出假设--数学推理--实验验证-合理外推。这种方法对科学研究具有重大的启蒙作用，至今仍是重要科研方法之一。今天我们就是踏着历史发展的脚印，研究一下落体运动究竟是什么运动，遵循什么规律，使教和学的思路去尽量接近科学家认识的思路。
阅读学科历史：教材P50页《自由落体运动规律探索的回眸》
这部分内容应以学生自学为主，老师适当引导。通过对学科历史的创新模仿，激发学生的学习兴趣，培养科学的思维方法，这也是物理教学实质性改革的途径和方向，是培养创造型人才的一个有效途径。
三、布置作业
⑴完成课本作业⑴～⑸⑵写一篇小文章，谈谈你通过本课的学习学到了什么，还有哪些不太清楚的问题和你感兴趣的问题。