自由落体运动(山东省临沂市)

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2.5自由落体运动
山东省莒南第一中学 张立泉
【教学目标】
一、知识与技能
1. 通过实验探究去理解自由落体运动的性质是初速度为零的匀加速直线运动。
2. 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。
3. 知道什么是自由落体的加速度，知道它的方向，知道在地球上的不同地方，重力加速度大小不同。
4. 初步了解探索自然规律的科学方法．培养学生的观察、概括能力。
二、过程与方法
1. 培养学生利用物理语言归纳总结规律的能力。
2. 引导学生养成进行简单物理研究习惯、根据现象进行合理假设与猜想的探究方法。
3 .引导学生学会分析数据，归纳总结自由落体运动的实质。
4. 教师应该在教学中尽量为学生提供制定探究计划的机会．根据学生的实际能力去引导学生进行观察、思考、讨论和交流。
三、情感态度与价值观
1. 调动学生积极参与讨论的兴趣，培养逻辑思维能力及表述能力。
2. 渗透物理科学研究方法的教育。
3. 培养学生的团结合作精神和协作意识。
【教学重点】
1．通过实验探究自由落体运动的过程．
2．理解自由落体运动的性质及自由落体的加速度。
【教学难点】
自由落体运动中不同物体下落的加速度相同。
【教学方法】实验探究法、分析法、实验归纳法、讲授法、讨论法。
【教学用具】计算机、背投、多媒体课件、自由落体仪、书签、光电记时器、打点计时器、40cm刻度尺、纸带，重物(两个质量不同)等。
【教学过程】
（一）引入新课
提问：1、对落体运动，亚里士多德和伽利略的观点分别是什么？
（亚里士多德认为物体下落的快慢由它们的重量决定的；伽利略重物与轻物下落的一样快。）
2、什么是自由落体运动？
（物体只在重力作用下从静止开始下落的运动，叫自由落体运动。）
用粉笔头演示自由落体运动。
3、请大家猜想一下，自由落体运动是一种什么运动？
今天这节课我们就一起来讨论这个问题。
（二）新课教学
1．探究自由落体运动的性质。
师生互动：
⑴观察粉笔头的自由落体运动，讨论运动的初速（为零），运动速度的变化（越来越大）.提出假设：自由落体运动是初速为零的匀加速直线运动。
⑵实验验证：
Ⅰ．讨论实验方案：四人为一小组展开讨论，教师提示可以参考书本。最后由各组派代表总结发言各组的实验方案。教师总结如下：
①打点计时器、纸带
②光电计时装置
③频闪照相（学生能看了书本P47的“问题与练习”的问4而提出方案，若没人提，教师可适当引导。但不清楚闪光照片是怎么得到的，教师可利用电脑动画介绍频闪照相过程）
Ⅱ. 动手实验：仍分小组实验，提供的实验器材有打点计时器、纸带，光电计时装置。根据刚才的发言给适当的器材。注意，由于光电计时装置的使用要求较高，可少用，且给基础较好的同学。实验过程中教师四处走动可适当的进行指导。
⑶讨论实验结果：通过实验得到的数据，你采用何种处理方法，最终得到什么结果？仍是小组讨论后代表发言，教师最终总结以下可能的处理方法：
Ⅰ．连续相等时间内的位移之差Δs是一个常数
Ⅱ．速度均匀增大（利用v-t图像）
Ⅲ．s∝t2（利用s-t2图像）
若还有其他的方法也可。要鼓励学生多角度思考问题。教师对所列方法应当做适当的解释，也可以让发言的学生说明方法的理论依据。
最终得出结论：自由落体运动是初速为零的匀加速直线运动。
Vt=at；x=(1/2)at2
⑷教师当场对书本P47的“问题与练习”的问4的闪光照片上的数据利用计算机的EXCEL的图表功能在投影上演示自由落体的s-t2图像，以扩展学生的思路，开阔学生的眼界，懂得用多种方法进行研究。
t/s x/m t2/s2
0 0 0
0.04 0.008 0.0016
0.08 0.032 0.0064
0.12 0.071 0.0144
0.16 0.125 0.0256
0.2 0.196 0.04
0.24 0.284 0.0576
2．计算自由落体的加速度
教师引导：根据你处理的数据,请你计算自由落体的加速度。
各小组计算结果公布，教师把结果写在黑板上，并根据刚才EXCEL处理的图像计算加速度的值（图像的斜率的两倍就是加速度的大小）。（各结果有可能有误差）请同学们讨论在实验误差允许下，不同物体的自由落体运动，它们的加速度是否同的？
结论：相同。
⑴在地面附近的同一地点，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，通常用g表示。
⑵重力加速度g的方向总是竖直向下的。
⑶教师强调我们这里的重力加速度的大小g=9.801 m/s2。在粗略的计算中，可以把g取作10 m/s2。
请学生看书本P46的表格，说说能得到的信息：
在地球上不同的地方g的大小是不同的，从赤道到北极，随着纬度的升高而增大。
3．测定反应时间
⑴师生合作做一个小游戏：
教师出示小书签，用两个手指捏住书签顶端，让一个学生伸出两个手指在书签的下端做好捏住书签的准备，但手指不能碰到书签。当看到教师放开手时，学生立即去捏书签。
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。
⑵指导学生参考书本P46的“做一做”设计一个测定反应时间的实验：
请一组学生谈谈他们的设计方案：原理、器材、怎么操作、怎么读数、怎么计算出反应时间。其他组的学生不断补充。最后，形成完整的实验方案：
⑶教师用一根“神秘”的尺子检测学生，直接读出反应时间。让学生思考这根尺子的奥秘，并在课后自己制作这么一把“尺”，利用课余时间去检测不同人群的反应时间。
4．本节课小结
5．课后作业
⑴阅读书本内容
⑵完成P47的问题与练习1－4
板书设计：
§2.5由落体运动
1.自由落体运动的性质
⑴实验方案：
①打点计时器、纸带
②光电计时装置
③频闪照相
⑵动手实验
⑶实验结论：自由落体运动是初速为零的匀加速直线运动。Vt=at；x=(1/2)at2
2．重力加速度(g)
(1)重力加速度的大小：g=9.8 m/s2
(2)重力加速度的方向：竖直向下
Vt=gt；x=(1/2)gt2
3．反应时间
人从发现情况到采取相应行动经过的时间叫反应时间。
x－t2
0
0.05
0.1
0.15
0.2
0.25
0.3
0
0.01
0.02
0.03
0.04
0.05
0.06
0.07
t2/s2
x/m
x
线性 (x)
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