2.1探究自由落体运动 教案 (3)

2.1探究自由落体运动
教案
教学目标
1.
知识与技能
（1）认识由落体运动，知道影响物体下落快慢的因素，理解自由落体运动是在理想条件下的运动。
（2）能用打点计时器得到相关的运动轨迹并能自主分析纸带上记录的位移与时间等运动信息。
（3）初步了解探索自然规律的科学方法。
过程与方法
通过对自由落体运动的实验探究，初步学习使用控制变量法。
3.
情感态度与价值观
（1）调动学生积极参与讨论，培养学生的逻辑思维能力及表达能力。
（2）渗透物理方法的教育——抽象出物理模型（自由落体运动）
学情分析
在前面的教学中，学生已经初步掌握了平均速度、瞬时速度、加速度的概念，对自由落体运动也有过思考，接触过亚里士多德的观点和伽利略著名的比萨斜塔实验，但未曾接触匀变速直线运动和理想实验的概念。学生虽然已有接触过打点计时器，但对于如何规范使用打点计时器还需要教师的指导。
教学内容剖析：
本节课的地位和作用：“自由落体运动”是高中物理“物体运动”一章的内容，是一种特殊的运动形式，是匀变速直线运动的特例，是下节内容的学习基础，它起到了很重要的承上启下的作用。本节内容包括两个知识点：一是自由落体运动的概念，二是利用打点计时器记录自由落体运动信息的实验。
本节课教学重点：自由落体运动概念及探究自由落体运动的过程
本节课教学难点：物体的下落快慢与物体的质量无关
教学思路与方法由于学生对重的物体下落得快、轻的物体下落得慢的印象很深，以此为出发点，教学的思路是：（1）从生活经验和亚里士多德的观点出发，进行逻辑推导，出现自相矛盾的困惑，引起学生的求知欲，并在此基础上，提出问题，合理猜想，通过简单的实验探究，最后讨论得出结论：物体的下落快慢与物体的质量无关。充分调动学生的积极性，培养学生的逻辑思维能力及表达能力，让学生初步了解探索自然规律的科学方法。(2)　通过毛线管（牛顿管）实验，证明在无阻力情况下物体下落快慢相同，并观察其轨迹是直线，抽象出自由落体运动的概念。让学生初步学习使用控制变量法，培养学生的观察能力和抽象思维能力。(3)　利用电火花打点计时器记录自由落体运动的轨迹。经过学生自主探究实验及分析，得到自由落体运动的信息，为下节课“自由落体运动的规律”的学习做好准备。培养了学生研究物理问题的方法和思维能力。
教学准备
多媒体课件，纸片，硬币，电火花打点计时器，铁架台，纸带，重锤，电源，刻度尺。
课堂教学设计
教学环节
教学内容
师生互动
设计意图
备注
引入
师：我们用手拿一个小球和一张纸片，放开后，小球和纸片从静止开始下落．我们可以看到，小球先落地，纸片后落地．
生动有趣，激起学生求知
公元前4世纪，古希腊伟大的思想家、哲学家亚里士多德(Arestotle)根据与我们类似的观察，直接得出结论：重的物体比轻的物体下落得快．
一、落体运动的思考1、亚里士多德：质量大的物体下落快
学生们都能很快否定此结论。师：为什么说此结论不正确呢？
根据上面的结论：一块大石头和一片树叶捆在一起，由于其重力比任一物体大，其下落速度也应该比其中任一物体的下落速度快。要比一块小石头的下落速度大。如果把石块和树叶捆在一起，独自下落较慢的树叶就会拖慢下落较快的石头，最终其下落的速度应该比石头的下落速度慢。拴在一起，加起来比大石头还要重，这样，就从重物体比轻物体下落得快的结论，推出一重物体比轻物体下落得慢的结论。使此结论陷入自相矛盾的境地，由此我们可以推断出重物体不会比轻物体下落得快。
2、伽利略：物体下落快慢与物体的质量无关
师：不同物体的下落运动，情况是否相同呢？（即重的物体下落快还是轻的物体下落快？）演示1：
纸片和硬币下落学生：硬币先着地，纸片后着地。重的物体下落快。师：有没有轻重相同的物体下落快慢不一样的现象？
演示2：纸团和纸片下落学生：纸团先着地，纸片后着地。轻的物体下落快。总结：有时重的物体下落快，有时轻的物体下落快。
师：有没有不同质量的物体下落快慢是一样的？演示3：纸团和贴着纸片的硬币下落。学生：纸团和贴着纸片的硬币几乎同时着地。总结：物体越重，下落得越快是不对的。
物体下落快慢与物体的质量无关。提问：为何会出现这种现象呢 引导：空气阻力的作用使问题变得复杂!问：我们应该怎样研究物体的下落运动？。引导：研究问题要从简单→复杂，因此先研究没有空气阻力时物体的下落情况（理想化模型）师：通过此实验说明伽利略结论是正确的。
通过一系列提问、演示引导学生思考
记录自由落体运动轨迹1、自由落体运动一、自由落体运动
①定义：物体只在重力作用下从静止开始下落的运动。②条件：只受重力和静止开始（两者同时具备）。2、自由落体运动轨迹
观看视频演示牛顿管：观察到金属片，羽毛在空气中的下落以及在毛线管内的“真空”中下落的现象，发现这些物体在“真空”中下落快慢相同。通过上面的理论分析和实验验证，可得结论：物体下落快慢跟物体重量无关，通常看到的物体下落有快慢是由于空气阻力引起的。练习利用打点计时器记录重锤从一定高度下落的过程师：
1.从纸带上你能获取什么信息？
2.自由落体运动的轨迹是怎么样？
3.重锤做自由落体运动的过程中，其速度有没有变化？
4.影响实验精确因素有哪些？
5.相邻相等时间间隔的位移之差有怎样的关系？
6.有的同学从实验中得到s与t的二次方成正比，有的同学的出s与t成正比，你的结论呢？
小结：理解影响物体下落快慢的因素掌握自由落体运动的概念
师：通过本节课你知道了什么？作业：完成P29练习的1、2、3。
视野拓展
伽利略对落体运动的研究
1、猜想与假说
伽利略认为，自由落体是一种最简单的变速运动．他设想，最简单的变速运动的速度应该是均匀变化的．但是．速度的变化怎样才算均匀呢 他考虑了两种可能：一种是速度的变化对时间来说是均匀的，即经过相等的时间，速度的变化相等，另一种是速度的变化对位移来说是均匀的，即经过相等的位移，速度的变化相等．伽利略假设第一种方式最简单，并把这种运动叫做匀变速运动．
实验验证
伽利略斜面实验的情况：
伽利略在《两种新科学的对话》中说：“用一块木料制成长约12库比特、宽半库比特，厚三指的板条，在它的上面划一条比一指略宽的槽．将这个槽做得很直，打磨得很光滑，在槽上裱一层羊皮纸(也要尽可能光滑)．取一个坚硬、光滑并且很圆的钢球，放在槽中滚动．将这个木槽的一增抬高一到二库比特，使槽倾斜．就像我要讲的那样把球放在槽顶沿槽滚下，记录下降的时间．实验要重复几次，以便使测得的时间准确到两次测定的结果相差不超过一次脉搏的十分之一，进行这样的操作．肯定了我们的观察是可靠的以后．将球滚下的距离改为槽长的四分之一，测定攘下的时间，我们发现它准确地等于前者的一半．下一步，我们用另一些距离进行试验，把全长用的时间与全长的二分之一、三分之二，四分之三，或者其他任何分数所用的时间相比较，像这样的实验，我们重复了整整一百次，结果总是经过的距离与时间的平方成比例，并且在各种不同坡度下进行实验，结果也都如此……”
伽利略根据斜面结果出发，认为，在初速度为零的匀加速直线运动中，经过的距离正比于时间的平方，即号；恒量，恒量的数值随着斜面倾角增大而增大．当斜面倾角增大到90°，即斜面与地面垂直时，小球将自由下落，成为自由落体，x∝t2的关系仍然成立，此时x/t2的比值为最大，这时小球仍然会保持匀变速直线运动的性质．自由落体运动是一种特殊的匀变速直线运动．伽利略将实验与逻辑思维相联系进行科学研究的思想，开辟了一条科学研究之路．
物理学家于2003年评出十个最美的物理实验．伽利略的自由落体实验和加速度实验均被选为最美的实验．这种“美”是一种经典概念，即用最简单的仪器和设备，得出最根本、最单纯的科学结论．其实，科学美蕴藏于各门科学的实验之中，有待于我们在学习过程中不断感悟和发现．
3、伽利略的科学方法
对现象一般观察一提出猜想一运用逻辑推理一实验对推理验证一对猜想进行修证(补充)一推广应用．伽利略的科学思想方法的枝心是把实验和逻辑推理(包括数学推理)和谐地结合起来．从面有力地推进了人类科学认识的发展．
教学反思
1、
思维方法是解决问题的灵魂，是物理教学的根本；亲自实践参与知识的发现过程是培养
学生能力的关键．本节课设计让全体学生参与探究实验的目的就在于此；
2、
控制变量法是物理学中常用的实验方法之一，结合这个实验可以加深对此方法的理解；
3、
分组实验时部分学生操作还不够熟练，需要加强对仪器的使用的说明。