2.1探究自由落体运动 教案 (1)

2.1探究自由落体运动
教案
教材分析
《自由落体运动》是粤教版高一第二章第一节内容。自由落体运动是一种理想化模型，它在高中物理教学中具有特殊地位。
教材将自由落体运动放在此处有两个原因：其一，它是我们前面学习的匀变速直线运动的一种特例；其二，在它的定义中，用了“仅在重力作用下”的定义，初步渗透了用力的观点研究运动的方法。由此可知，本节课的内容既是前面运动学的延续，又是下一章牛顿运动定律的序幕，起着承上启下的作用。
2、学情分析
由于受到日常生活的影响，学生对于“重的物体下落的快，轻的物体下落的慢”印象很深，因此在教学过程中做好演示实验就显得尤为重要。
学生在学习本节内容以前，已经在前面的学习中掌握了匀变速直线运动的相关知识，具备了学习本节课内容的基本知识。
3、学习任务分析

本节内容是对前几节运动学的知识和研究方法的应用和提升。通过演示实验和学生合作实验，分析得出自由落体运动的性质，明确重力加速度的意义，不仅使学生对自由落体运动规律有具体、深入的认识和规律在实际问题中的应用，而且使学生在独立获取物理知识、探究物理规律、解决物理问题等方面获得具体的成果，体验科学研究的方法，让学生得到成功的体验，享受成功的愉悦，激发学习的热情和责任感。

本节教学的重点在于引导学生思考研究自由落体运动的实验原理和方法，特别是利用打点计时器记录运动轨迹和时间的方法及实验数据处理、结论得出、误差分析等实验方法。

本节教学的难点在于实验探究的思路、方法。
4、学习者分析

学生前面已认识描述运动的基本物理量──位移、路程、速度、加速度，掌握匀变速直线运动的规律，并且通过对以上问题的研究，已体会到物理学研究问题的一些方法，如运用理想模型和数学方法（图象、公式），以及测加速度、处理实验数据等方法。
【三维目标】
1.
知识与技能
(1)明白影响物体下落快慢的主要因素是空气阻力，在忽略空气阻力时物体下落快慢相同；
(2)掌握自由落体运动的定义及条件。
2．过程与方法
(1）学会运用理想化方法，体验抓住主要因素、忽略次要因素的物理学研究方法，并能将实际问题转化为自由落体运动的模型进行处理；
（2）引导学生观察思考物理实验，根据实验现象进行合理地假
假设与猜想，最后进行验证，这也是物理学中研究问题的一般方法。
3.
情感态度与价值观
(1
)在教学中渗透对物理方法的教育，使学生体会对问题的研究要善于抓住事物的主要矛盾,透过现象看本质；
（2）通过提问，鼓励、启发学生的积极参与和大胆发言，促进课堂和谐气氛，使学生在愉快的环境中学习知识，感悟学科价值魅力。
【教学重点、难点】
重点：1.帮助学生改正日常生活中形成的“重的物体下落的快”这个错误的观念；
2.自由落体运动的定义及条件。
难点：对“物体下落的快慢与物体轻重无关”这个观念的认识。理解空气阻力是影响物体下落快慢的主要因素。
突破方法：落体运动在生活中比较常见，学生很容易根据生活经验形成错误的观念，认为“物体越重，下落越快”，这种观念对于学生建立“自由落体运动”的正确概念是非常不利的。为了突破这个难点，采取用实验演示的方法来帮助学生建立起正确的自由落体概念。
【教学策略方法】
新课程倡导探究式学习，强调科学与社会、生活实践的联系，强调对过程和方法的学习。为了使学生成为教学活动的主体，本节课以情景创设与实验探究相结合为主，充分体现新课标强调培养学生科学探究能力的要求，将物理情景、实验探究与逻辑推理结合在一起，渗透了对学生的实验技能、探究意识、科学思维能力的培养。采取多媒体教学与启发式教学相结合的方法。
具体处理方式是：一、在课堂教学上首先通过设疑，引起学生的主动思考，然后通过演示实验，教师引导学生观察、思考，激发学生探究的兴趣、活跃课堂的气氛。教师提示，让学生思考、讨论，先让学生得出自己的结论后，教师总结出自由落体运动的定义。由此培养学生的观察能力、空间想象能力、合作能力，使学生的学习过程变得轻松而高效。
【教学用具】
石块、金属片、薄纸片、抽气机、钱羽管、重锤、打点计时器、纸带、学生电源、铁架台、导线、直尺、有关知识的多媒体软件。
【教学过程】
一、通过演示实验，引出要新课探究的问题
1．概括落体运动是竖直向下的直线运动
(1)悬挂在铁架台上的小球，它受到几个力的作用？（重力、悬线拉力）
演示1：用火将悬线烧断，引导学生观察小球的运动。
（学生观察到：小球在重力作用下，沿竖直方向作直线运动。）
(2)落体运动是最常见的一种运动
演示2：石块、粉笔头从手中落下
(3)结论：任何物体只在重力作用下自由下落，都是沿着竖直方向作直线
运动。
（过渡：这节课，我们就来学习一种特殊的下落运动。）
2．物体下落快慢的因素分析
(1)提出问题：究竟是重的物体下落快还是轻的物体下落快呢？
演示3：等大铁片和纸片同时、等高、无初速下落。
（学生观察到：重的铁片先落地。）
(2)得出“物体越重下落越快”的结论。观点是否正确呢？你能否设计实验证明你的观点？
（激发学生思考）
(3)让学生上讲台演示其设计的实验，并说明其观点。
学生演示：较重的铁纸片和轻小纸团同时、等高、无初速下落，或等大的铁片和纸片叠在一起无初速下落。
（学生观察到：轻小纸团比较重的铁片下落快，或铁片和纸片一样快。）
(4)引导学生得出正确结论
①根据前面的实验和分析，同学们猜想一下，物体下落的快慢跟重力的大小有什么关系呢？（生：没有关系。）
②那怎么解释前面的实验现象呢？
（生：空气阻力影响了物体下落的快慢。）
③同学们猜想一下，如果完全没有空气阻力的影响，轻、重物体谁下落得快呢？
演示4：科普知识：1971年美国宇航员斯科特在月球上让一把锤子和一根羽毛同时下落，观察到它们同时落到月球表面。
演示5：钱羽管实验
（学生观察到：在抽去空气的钱羽管内，轻重不同的铁片、羽毛同时落下。）
结论：在没有空气阻力时，物体下落的快慢跟物体重力无关。我们把这样的运动称为自由落体运动。
(5)在日常生活中，我们平时见到的落体运动由于大气层的存在，自由落体运动是一种理想运动，但掌握了这种理想运动的规律，也就为研究实际运动打下了基础。当空气阻力不太大，与重力相比较可以忽略时，实际的落体运动可以近似地当作自由落体运动。
（让学生体会自由落体运动有着普遍的意义和现代科技的发展与人类科学探究进程的关系。）
演示6：体积相同的小木球和小铁球同时、同高、无初速落下。
(学生观察到：两球几乎同时落地。）
（说明：让学生思考、讨论，明确空气阻力使下落物体的运动表现得很复杂，科学研究的第一步是先忽略空气阻力，研究物体不受空气阻力的运动。在这样的学习中，学生不仅可以提高观察与推理的能力，而且会逐渐形成观察与思考的习惯。）
（过渡：人们根据简单的观察所得到的直觉观念和结论往往不一定都是可靠的，应当用科学实验对它们进行检验。）
二、探索研究过程
1．提出问题
(1)那么自由落体运动是什么性质的运动呢？（生：（部分）是匀变速直线运动。）如是，怎样通过实验验证？
(2)它的加速度与哪些因素有关？与落体质量有关吗？
(3)你的说法有根据吗？你研究过吗？（反问）
2．猜想假设
(l)落体运动既然是自然界最常见、最普遍的一种运动，那么其中必然蕴藏着最简单的规律。
(2)方法教育：大物理学家们对猜想假设的理解。
一旦科学插上幻想的翅膀，它就能赢得胜利。──法拉第（英国）
没有大胆的猜测就作不出伟大的发现。──牛顿（英国）
(3)让学生大胆猜想自由落体运动是一种最简单的一种变速运动──初速度为零的匀加速直线运动。
(4)怎样研究物体运动的规律？
对于初速度为零的匀加速直线运动，加速度为常量，物体运动的位移s、时间t、速度v之间存在如下关系：

3．设计实验方案（教师引导，学生通过学生分组合作讨论，提出设计方案。）
方案一：用打点计时器记录的纸带研究物体的自由落体运动
设计原理：
设计要求：
(1)如何提高本实验的准确度？
(2)完成实验后，对纸带进行分析，如何判断其是匀变速运动？
(3)如何利用实验来说明不同物体的自由落体运动规律相同？
设计思路：
用打点计时器研究物体的运动时，为提高实验的准确度，应从减少阻力、正确安装器材及操作步骤合理等入手。打点计时器最大的特点就是每打两点的时间间隔相等，它直接记录下的实际是物体在连续相等时间间隔内的位移，通过研究这些位移，看连续相等时间间隔内的位移差△s是否相等，从而得知物体的运动性质。
设计结果：
(1)由自由落体运动的定义知，要提高实验的准确度，应该从尽量减少阻力入手。具体办法是：整个装置应竖直（如图所示），纸带应平行于打点计时器的限位孔，先打点后放手等。

(2)从相邻两点间的距离可看出，物体越往下落，相同时间间隔内下落的距离越大，即速度越来越大。
(3)各组利用各自的纸带选择清晰的，并量出相邻各点间的距离。
分组实验：按设计要求操作实验，进行分组实验时，同组实验者要求相互合作。各组实验时所用的重物质量、形状各不相同。
（说明：学生可能会根据匀变速运动的特点会提出多种方案，以下方案的设计老师要给予肯定，有条件的可以根据实际条件进行教师课堂演示，没条件的可以用光电门替代，作为学生课外研究性课题。）
方案二：利用找出落体物体的速度与时间的关系
测速度随时间变化的关系
方案三：利用找出落体物体的位移与时间的关系,测位移随时间变化的关系
设计原理：
v-t图s-t图
设计思路：
利用仪器测出v、s、t各量
设计结果：
通过描点作图，得出图象对应的规律。
三、总结自由落体加速度
问题导学：重锤和木块自由下落时的加速度是否相同？
教师引导学生:由牛顿管实验所知的，不同物体在仅受重力作用时的下落快慢相同，既而得出不同物体下落时具有相同的重力加速度g
1．在同一地点，一切物体自由下落的加速度都相同；方向：竖直向下。
让学生阅读书中“自由落体加速度”部分，得出：
2．地球上不同地方，重力加速度不同，从赤道到两极，重力加速度逐渐增大，
3．一般g取9.8m/s2或10m/s2。
（教师引导学生:由牛顿管实验所知的，不同物体在仅受重力作用时的下落快慢相同，既而得出不同物体下落时具有相同的重力加速度g）
自由落体运动的规律？
四、例题
例　《北京晚报》报道：一小孩从15m高的楼层掉下，被下面的一位叔叔伸开双臂接住化险为夷，幸免于难，试求：
(1)该小孩在空中下落的时间为多少？
(2)该叔叔接住小孩时，小孩的速度为多少？
练习1：
下列哪一个物体
的
运动
可视为自由落体运动（
）
A、树叶从树上掉下落到地面的运动
B、运动员推出的铅球的运动
C、由桌边从静止掉落的钢笔的运动
D、石子从水面由静止下落到水底的运动
练习2：
在忽略空气阻力的情况下，让静止的石块和木块从同一高度同时自由下落，下列说法中正确地是（
）
A、重的石块先落地
B、轻的木块先落地
C、在着地前的任一时刻，两者具有相同的速度、相同的位移。
D、二者在下落这段时间内的平均速度相等
五、课后探究
　　测自己的反应时间：（请学生说明这样测量的理由。并要求学生课后测量一下自己的反应时间。现场可测几个同学的反应时间。）
【教学反思】
　　首先，本节课最重要是对一些科学研究方法的教学，若仅仅是对这些知识的传授而不重视科学物理研究方法的教学，则这堂还不能算是一堂成功的课。其次，在教学过程中应多让学生自己参与到探究活动中去，这样让学生自己做实验探究出来的结果比教师告诉得到的结果印象要深刻的多，也让课堂教学的师生互动有了更好的效果。另外，这节课要注重把实验做好，如果实验不成功，这节课就如同让学生去死记几个结论了，效果不好。