（粤教版必修1）物理：2.1《探究自由落体运动》教案（1）

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第二章 探究匀变速直线运动的规律
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课程标准的要求：
1.通过史实，初步了解近代实验科学产生的背景，认识实验对物理学发展的推动作用。
2.经历匀变速直线运动的实验研究过程，……了解匀变速直线运动的规律，体会实验在发现自然规律中的作用。
3.能用公式和图像描述匀变速直线运动，体会数学在研究物理问题中的重要性。
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第一节 探究自由落体运动
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一、教学目标
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1.知识与技能
(1) 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在理想条件下的运动。
(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。
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2.过程与方法
由学生自主进行实验探究，利用打点计时器，记录下运动的信息，为下一节定量地探究运动规律做好准备，同时让学生进一步体验科学探究方法。
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3.情感态度与价值观
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。
二、教材分析：
教学重点：（1）理解自由落体运动及其遵从的条件
（2）自由落体运动轨迹的纪录
教学难点：（1）理解并运用自由落体运动的条件
（2）纸带上记录的运动信息的分析
教学方法：以日常生活经验，导入目标—实践体验、分析讨论—总结归纳，得出结论
教学用具：牛顿管，金属片，纸片，打点计时器，纸带，重物和刻度尺等
课时安排：1课时
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三、教学过程
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（一）新课引入——落体运动
石头从空中下落，重力使屋檐的雨滴下来，树叶从树上竖直飘落。问：这些物体有什么共同的运动特点呢？
教师在学生表述的基础上提出问题：这些物体都做竖直下落运动，这类运动称为落体运动，这节课我们来研究落体运动是否具有一定的规律。
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（二）新课教学
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1. 落体运动的思考
（1）提出问题
我们通常有这样的一个生活经验：重的物体下落得快，物体下落得快慢到底与物体的质量有没有关系呢？
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（2）（两千多年前）古希腊学者亚里士多德就认可了这一观点。
简介亚里士多德，他公元前三八四年生于希腊，在哲学、天文学、物理学、生物学和教育等方面都有研究，他的重要著作有：《形而上学》、《伦理学》、《政治学》和《分析前篇和后篇》等。这些著作对后来的哲学和科学的发展起了很大的影响。亚里士多德集中古代知识于一身，在他死后几百年中，没有一个人象他那样对知识有过系统考察和全面掌握。他的著作是古代的百科全书。恩格斯称他是“最博学的人”。
引导学生从亚里士多德的观点进行逻辑推理，得出矛盾。
过渡：同一个观点为什么会推导出两个截然相反的结论呢？这两个结论使亚里士多德的理论陷入了困境，为了摆脱这一困境，伽利略认为只有一种可能性，重物和轻物应该下落得同样快。要证明这个设想的正确性，必须通过做实验来证明。
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（3）实验与探究：轻重不同的物体的下落快慢
（课本P26）取一枚硬币，一张与硬币表面面积相同的纸片和三张表面积、轻重相同的纸片。
教师演示：a、将一枚硬币和一张展开的纸片从同一高度同时自由下落，
学生得出：重的物体下落得快
师：这种观点正确吗？如果给你一些完成相同的纸片 ，你能用它们来做实验反驳一下这个观点。
学生活动：学生观察并思考，提出自己的猜想，并动手设计自己的可行方案。
学生一：b、把一张纸片捏成纸团，将纸团和一张展开的纸片从同一高度自由下落（轻重相同而下落快慢不同）；
学生二：c、将一张纸片揉成一个纸团， 把两张展开纸片粘在一起 ，与纸团从同一高度自由下落。（物体轻但下落快）。
结论：物体下落过程的运动情况与物体的轻重（或质量）无关。
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过渡：那是什么因素导致现实生活中的物体下落得有快有慢呢？是空气阻力的原因？在没有空气的空间里物体下落没有受到阻力的作用，它只受到重力的作用，物体下落情况又是怎样的呢？
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（3）“牛顿管”实验：探究真空中不同物体的下落
（提示学生注意“听”和“看”）
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结论：影响落体运动快慢的因素是空气阻力的作用，没有空气阻力时，只在重力作用下轻重不同的物体下落快慢相同。
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2. 自由落体运动
（1） 概念引入
师：由于落体运动要受到空气阻力影响，要想研究落体运动就必须排除空气阻力，那么如果物体在下落过程中忽略空气阻力，物体的受力有什么特征呢？
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（2） 自由落体运动
师生总结：物体仅在重力作用下，从静止开始下落的运动，叫自由落体运动。
师：自由落体运动的特点是怎样的？（提示学生从描述物体运动的物理量：位移、速度、加速度等方面概括）
师生互动得出：
自由落体运动的特点是：（1）初速度为零；（2）只受重力作用（没有空气阻力或空气阻力可以忽略不计）
（没有空气的空间在我们日常生活中一般是见不到的，这是一种理想的状态，在有空气的空间，如果空气阻力很小很小，物体下落也可以近似看成自由落体运动。
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3. 记录自由落体运动轨迹
实验与探究：P28 利用打点计时器探究自由落体运动的运动性质和规律
（1） 猜想与假设
师：对于运动问题，我们一般会关注哪两个物理量之间的关系呢？
生：一般我们最关注的是速度、位移随时间的变化规律。
师：下面我们一起来探究自由落体运动，而研究自由落体运动要从自由落体运动的轨迹开始研究。
首先，我们要模拟一个自由落体运动，可以让一重物从一定高度自由下落，大家可以猜想一下，认为自由落体运动的规律是什么呢？
生猜想：
师过渡：究竟哪个猜想才是正确的呢？我们必须要用实验来验证。
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（2） 引问：
若要研究某种运动的规律时，我们可采用怎样的器材？
学生：利用打点计时器
（3）组织学生分组实验：利用打点计时器记录重物的下落过程。并跟学生讨论实验的注意事项。
附注意事项：
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1、打点计时器安装要使两限位孔在同一竖直线上，以减少摩擦阻力；
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2、应先开电源让打点计时器正常工作后，再松开纸带让重物下落；
3、手捏纸带松手之前，不要晃动，保证打出的第一个点清晰；
4、多打几条纸带，选取所打点迹清晰，呈一条直线的纸带进行研究。
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（3）思考课本问题：P28
初步分析纸带可获取信息：
1）轨迹——直线，运动方向——竖直向下；
2）变速——速度越来越大——比较连续相等时间内的位移21世纪教育网
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（4）引导思考讨论：
学生讨论完成课本P28实验与探究问题2，根据已有经验，学生知道研究运动规律方法之一就是寻找位移与时间的关系，故可想到作s—t图象来分析推测自由落体的规律。
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4.作业：
课本P28 3
用图象处理实验数据：记起点为0，在纸带上找出清晰的六点分别标上A、B、C、D、E、F，自行设计表格，记录从O点到A、B、C、D、E、F所通过的位移所对应的运动时间。
0A OB OC OD OE OF
s（cm）
t(s)
t2(s2)
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第二节 自由落体运动规律的猜想与验证
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一、教学目标
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1.知识与技能
（1）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在理想条件下的运动。
（2）能用打点计时器或其它实验仪器得到相关的运动轨迹并能自主进行分析。
（3）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。
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2.过程与方法
通过对落体运动的实验探究，初步学习使用控制变量法。
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3.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。
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二、教材分析
教学重点：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
教学方法：讨论归纳法
课时安排：
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三、教学过程
（一）新课引入[来源:21世纪教育网]
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1．测量反应时间
（1）课前制作好“测反应时间尺”；
引问：一般刻度尺是用来测量什么的呢？
学生回答：测量长度
教师：老师手中的这把尺很神奇，它不仅可以测量长度，还能测量时间。并且能测出同学们大脑反应的时间，谁想知道自己的大脑反应时间是多少？可以用我这把尺来测测。
学生：玩“测反应时间”的游戏
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（2）引入课题
师：我放手后，尺子做什么运动呢？
生：落体运动，也可以近似地看成是自由落体运动。
过渡：同学们一定想知道这把尺为什么能测出你的反应时间，如果我们知道了自由落体运动的规律，也就知道了它的“奥妙”。上节课我们通过实验探究，利用打点计时器记录了自由落体运动的轨迹，下面我们通过分析纸带的信息来得到自由落体运动的规律。
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（二）新课教学
1. 猜想与假设
物体做自由落体运动时，其速度的方向不变，大小不变，这是一种变速直线运动，而做自由落体运动的物体，只受到重力的作用，这个力是不变的，于是我们猜想：自由落体运动是匀变速直线运动。
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2. 对假设进行验证
（1） 理论分析：若自由落体是匀变速直线运动，则a=恒量，下面请同学们根据以前学过的图像知识，推导出匀变速直线运动的位移公式。
学生：进行公式的推导：
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因为物体做自由落体运动的初速度为0，所以其位移：
从位移公式中可得：若物体做初速度为零的匀加速直线运动，则其位移与时间的平方成正比，只要我们根据纸带纪录的运动信息作出s—t2的曲线，若曲线为一直线，即验证了自由落体运动是匀加速直线运动，且初速度为0。
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（2） 学生根据上面的理论分析对自己的纸带进行信息处理。
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3. 得出总结：
（1） 在误差范围内，作出s—t2为一条经过原点的直线，所以自由落体运动为初速度为零的匀加速直线运动，其中图像的斜率为a/2。
（2） 学生根据图象求出斜率，得出加速度a的值。
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4．自由落体运动规律
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（1）自由落体运动为初速度为零的匀加速直线运动。
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（2）重力加速度
为了区别一般情况下物体的加速度，用g来表示自由落体运动的加速度，g 称为重力加速度。
g =9.8m/s2 粗略地计算，我们可以取g =10m/s2
方向总是竖直向下
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（3） 在同一地点，任何物体的重力加速度相同．在地球的不同地点，纬度越高，重力加速度越大。（学生完成学习指导p29 拓展与提升，总结出规律）
（4） 自由落体运动的速度公式，位移公式：
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5．自由落体规律的应用
（1）学生分析测量反应时间的奥妙:让学生知道尺子的其始位置在哪里？如何便于测量下落的高度？怎样测量出反应时间？21世纪教育网
（2）P31讨论与交流
（三）小结：本节课我们推导出自由落体运动的规律，并学会了运用其解决实际问题
（四）作业：1.课本P33练习，其中3、4做在作业本上
2.学习指导P26-2921世纪教育网
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