高中物理第一册（人教大纲版） 第二章 直线运动 8、自由落体运动(第一课时)

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第八节 自由落体运动
从容说课
本节研究一种典型的匀变速直线运动——自由落体运动.该节教材把它的运动作为υＯ＝０，a=g的匀加速直线运动的特例来处理，便于学生形成知识结构，避免死记公式，从而达到培养能力的目的.
本节的教学目标定位如下：
1． 理解什么是自由落体运动，知道它是初速度为零的匀加速直线运动.
2． 识什么是自由落体加速度，知道它的方向，知道在地球上的不同地方，重力加速度的大小不同.
3． 掌握自由落体运动的规律.
本节的教学重点定位如下：自由落体运动的特点和规律.
本节课的教学难点定位如下：对物体下落快慢和所受重力无关的理解.
本节课结合演示实验，消除日常生活经验的影响，让学生边观察、边思考，体会物体下落的快慢跟哪些因素有关.
同时，课本出现的频闪照片可以放大投影，也可以用ＣＡＩ课件模拟，引导学生理解频闪照片的物理意义，并利用匀变速直线运动的规律定量地求出自由落体的加速度.
本节的教学程度设计如下：
实例分析，导入新课→演示实验，探究什么是自由落体运动及其规律→通过研究频闪照片，探究有关重力加速度的问题→课堂讨论，强化对知识点的理解.
教学目标
一、知识目标
1.理解什么是自由落体运动，知道它是初速度为零的匀加速直线运动.
2.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.
3.掌握自由落体运动的特点和规律.
二、能力目标
培养学生的观察能力和推理能力.
三、德育目标
渗透研究自然规律的科学方法.
教学重点
自由落体运动的特点和规律.
教学难点
物体下落快慢和所受重力无关.
教学方法
实验观察法+合理推理+实验验证+归纳总结.
教学用具
实物投影仪、投影片、CAI课件、牛顿管、抽气机、羽毛、粉笔、硬币、软木塞、小玻璃球、铁架台、细绳、小球、剪刀（或打火机）.
课时安排
1课时
教学过程
［投影本节课的学习目标］
1.知道自由落体运动是初速度为零的匀加速直线运动
2.知道不同物体在同一地点自由下落时加速度相同，都是重力加速度g，方向竖直向下
3.知道自由落体运动的公式为h=gt2，vt=gt，vt2＝２gh，会应用这些公式解自由落体的有关问题.
［学习目标完成过程］
一、导入新课
［演示装置］如图，用细绳悬挂的小球处于静止状态.
［教师提问］悬线烧断（或剪断）后小球的运动情况如何？
［学生活动］思考与讨论并猜想
v0=0，小球竖直落下
［演示］将细绳烧断，提醒同学们注意观察.
［学生活动］观察现象并得出结论
小球下落时做v0=0的竖直方向的直线运动.
［过渡引言］
今天我们就来深入地认识这一运动 自由落体运动.
二、新课教学
自由落体运动
［演示实验一］铁片和等面积的纸片下落.可观察到什么现象？
［学生活动］观察现象并回答：铁片下落的快.
［教师引导］为什么铁片下落的快？
［学生］等面积的铁片和纸片相比，铁片要重得多.
［教师］这说明什么？
［学生］重的物体下落得快.
［过渡引言］重的物体下落得快是我们的一种生活经验，真的是这样吗？
［演示实验二］取二张相同的纸，剪去其中的一张的一部分然后揉成团，再让它们同时下落.可观察到什么现象？
［学生活动］观察现象并回答
轻的物体下落快.
［教师引导学生思考］
为什么会有两种不同的观点呢？
［演示实验三］
取二张相同的纸，把其中一张揉成团，再让它们同时下落，可观察到什么现象？
［学生活动］观察现象并回答：
纸团先落地.
［教师提问］等重的物体为什么下落快慢不同呢？
［学生思考与讨论］
总结上面三个演示实验得到的三个结论并进行分析.
物体下落的快慢与重力大小无关.物体下落快慢不同可能是空气阻力的影响.
［演示实验四］牛顿管实验（可先用CAI课件模拟）
把羽毛、粉笔头、纸片、硬币等放到牛顿管中（管口处），把管口塞住后，把管迅速由水平位置转到竖直位置，即：使管口向上，观察所看到的现象.
［学生活动］观察实验现象并回答.
不同物体下落的快慢不同.
［演示实验五］
在上述实验中，当管口塞住后，用抽气机把牛顿管中的空气抽空，然后再迅速把牛顿管倒立.观察所看到的现象.
［学生活动］观察实验现象并回答.
不同物体几乎同时落到管底.
［教师引导学生分析］
在演示实验五中，不同物体几乎同时落体，是因为牛顿管内的空气被抽气机抽走，不同物体在下落时几乎不受空气阻力，因而下落的快慢几乎相同.
［猜想］如果没有空气阻力，不同物体下落情况怎样？
［学生］物体下落快慢应完全相同.
［教师］实际生活中，没有空气阻力的情况是不存在的，在重力比空气阻力大得多的情况下，就可以忽略掉阻力的影响.
［巩固训练］
将甲、乙两物体从同一高度由静止释放，已知m甲＞m乙，空气阻力不能忽略，则
A.甲一定先落地 B.乙一定先落地
C.甲可能先落地 D.可能同时落地
［参考答案］不能确定哪个物体受到空气阻力影响大，故都有可能，还可能同时落地，故应选CD.
［学生活动］阅读课文相关内容
［出示思考题］
1.什么叫自由落体运动？什么情况下物体的运动可看作自由落体运动？
2.自由落体运动的特点什么？（提示 ：可根据定义和频闪照片来判断）
［学生回答］
1.物体只有在重力作用下从静止开始下落的运动，叫做自由落体运动.实际生活中，如果空气阻力可忽略不计时，物体从静止开始下落就可以看作是自由落体运动.
2.由定义知：自由落体运动的初速度为0，即v0=0.
观察频闪照片：在相等的时间间隔里位移越来越大，表明小球的速度越来越大，即小球在做加速运动.
读出相邻两小球间的距离，发现：相邻的相等的时间间隔内的位移差Δs在误差允许范围内是一个恒量，故小球做匀变速直线运动.
综上所述：自由落体运动是初速度为零的匀加速直线运动.
［过渡引言］
自由落体运动既然也是一种匀变速直线运动，那么怎样求出自由落体的加速度呢？
［出示思考题］
1.证明：同一地点，自由落体运动的加速度相同.
2.试通过频闪照片求出小球自由下落时的加速度.（频闪照片的闪光频率为20 Hz）
［学生活动］思考并解答
1.证明：设甲、乙两物体从同一高度下落，若不考虑空气阻力，则甲、乙都做自由落体运动.由位移公式：s甲=a甲t甲2 ①
s乙=a乙t乙2 ②
2.两物体下落高度相同.快慢相同，故
s甲=s乙 ③
t甲=t乙 ④
联立以上四式解得：a甲=a乙
即证：同一地点，自由落体运动的加速度相同.
2.由前面得Δs=恒量，又Δs=aT2
解得a=
只要知道频闪照片的频率，求出时间间隔T，代入上式即可求得a.
［学生活动］阅读课本有关内容
［出示思考题］
1.什么叫重力加速度？
2.重力加速度的方向如何？
3.影响重力加速度大小的因素有哪些？
4.通常的计算中，重力加速度通常取何值？
［学生活动］解答思考题
1.自由落体加速度叫做重力加速度，通常用g来表示.
2.重力加速度的方向总是竖直向下的.
3.同一地点，重力加速度相同.
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.
4.通常计算中g取9.8 m/s2，更粗略的计算中，g还可取10 m/s2.
［拓展］
重力加速度的大小还和高度有关.高度越高，重力加速度就越小.
［学生活动］
1． 讨论自由落体运动的运动性质.
自由落体运动是初速度为零的匀加速直线运动.
2． 结合匀速直线运动的规律，你能推导出自由落体运动的规律吗？
匀变速直线运动的一般规律 自由落体运动
速度公式 υt=υO+at υt=gt
位移公式 S=υOt+at2 h=gt2
位移速度关系 υt2-υO2=2as υt2=2gh
平均速度公式
推论 △s=aT2 △s=gT2
３．实验探究
①做课本Ｐ38的做一做：测定反应时间.要求每两人一组.
1 投影：
在测定反应时间内，甲用一只手在木尺下部作握住木尺的准备，当看到乙同学放手时，他立即握住木尺.如果测出木尺下降的高度为11.５cm，请你计算甲同学的反应时间.（g取10m/s2）
[学生在投影仪上实物展示]
解：根据自由落体运动的位移公式
s=gt2得：
t=s=0.15s.
［巩固训练］
为了测出井口到井里水面的深度，让一个小石块从井口落下，经过2 s后听到石块落向水面的声音，求井口到水面的大约深度.（不考虑声音传播所用的时间）
［参考答案］
h=gt2=×9.8×22 m=19.6 m
［评析拓展］
1.物理公式描述的是物体的运动规律，而不是简单的“数”间的联系.
2.依赖于某一物理过程，可以用测量时间的办法来求得空间的尺寸.对这种测量变换的物理思想要有所了解.
[课堂讨论]
1． 物体只在重力作用下的运动，一定是自由落体运动吗？
2． 自由落体运动为什么是匀变速直线运动？
3． 自由落体运动有哪些规律？
［学生活动］
［教师点拨］
１．物体做自由落体运动有两个条件：只受重力作用，并且初速变为零.因此，物体只在重力作用下的运动不一定是自由落体运动.
２．因为自由落体运动的加速度恒为g，则自由落体运动是匀变速直线运动.
３．初速度为零的匀变速直线运动的规律，自由落体运动都具有.
三、小结
［投影小结思考题］
１．物体只在 作用下从 开始下落的运动，叫做自由落体运动.
2．自由落体运动是 为零的 直线运动.
３．在 地点，一切物体在自由落体中的加速度都 ,这个加速度叫自由落体加速度，也叫做 ，常用符号 来表示.
４．重力加速度的方向总是 向下的，它的大小可以用 方法来确定.
５．在地球上不同的地方，重力加速度的大小是 的，通常的计算中，可以把g取作 m/s2,在粗略的计算中，还可以把g取作 m/s2.
四、作业
1.课本作业
P38练习八（3、4）
2.做一做《测定反应时间》的小实验.
3.阅读课后“阅读材料”.
4.思考题
系一重物的气球，以4 m/s的速度匀速上升，当离地9 m时绳断了，求重物的落地时间t.(g=10 m/s2)
[参考答案]
解析：绳断后，由于惯性，重物仍具有向上的速度，所以它先减速上升，上升到最高点时速度为零，然后再做自由落体运动.
上升阶段：a=-g v0=4 m/s vt=0
由vt=v0+at得：
t1==0.4 s
由s=v0t+at2得:
s1=v0t1-gt12=0.8 m
下降阶段：重物做自由落体h=s1+s2=9.8 m
由h=gt2得t2==1.4 s
故重物落地的时间：
t=t1+t2=1.4 s+0.4 s=1.8 s
五、板书设计
六、本节优化训练设计
1.关于自由落体的加速度g，下列说法中正确的是（　　）
A.重的物体的g值大 B.g值在任何地方一样大
C.g值在赤道处大于南北两极处 D.同一地点轻重物体的g值一样大
2.关于自由落体运动，下列说法中正确的是（　　　）
A.自由落体运动就是物体沿竖直方向下落的运动
B.自由落体运动是物体只在重力作用下从静止开始下落的运动
C.自由落体运动只有在没有空气的空间里才能发生
D.在有空气阻力时，只要空气阻力不变，物体仍可做自由落体运动
3.小球从高h处落下，则小球下落到距地面处的速度跟下落一半时间的速度之比（　）A.1∶1 B.∶1
C.1∶ D.1∶2
4.从某处释放一粒石子，经过2 s后再从同一地点释放另一粒石子，则在它们落地之前，两粒石子间的距离将（　　　）
A.保持不变 B.不断增大
C.不断减小 D.有时增大，有时减小
5.物体由屋顶自由下落，经过最后2 m所用的时间是0.15 s，则屋顶高度约为（　　　）
A.10 m B.12 m
C.14 m D.15 m
6.自由下落的物体经过A、B两点的速度分别是5 m/s和10 m/s，取g=10 m/s2，则A、B两点的高度差是______ m，通过这段路程所用的时间是______.
7.一物体从高处A点自由落下，经B点到C点，已知B点的速度是经C点速度的3/4，B、C间距离是7 m,则AC间距离是_______ .（g=10 m/s2)
8.两个物体用长9.8 m的细绳连接在一起，从同一高度以1 s的时间差先后自由下落，当绳子拉紧时，后下落物体的下落时间是______.（g=9.8 m/s2)
9.从离地面高500 m的高空自由下落一个小球，取g=10 m/s2,求：
（1）经过多少时间落到地面；
（2）落下一半位移的时间.
（3）从开始下落时刻起，在第1 s内的位移和最后1 s内的位移.
10.一矿井深为125 m，在井口每隔一定时间自由下落一个小球.当第11个小球刚从井口下落时，第1个小球恰好到达井底.则相邻两小球开始下落的时间间隔为多少秒？这时第3个小球和第5个小球相距多远？
［参考答案］
1.D 2.BC
3.C（提示：v中=）
4.B(提示：Δh=g(t+2)2-gt2=2g(t+1))
5.A(提示:Δt=
6.3.75 m,0.5 s
7.16 m(提示：sAC=,sBC=
8.0.5 s(提示:Δl=g(t+1)2-gt2)
9.解析：(1)由h=gt2得
落地时间t= s=10 s
（2）由h=gt′2得t′= s=7.07 s
(3)第1 s内的位移s1=gt12=×10×12 m=5 m
前9 s内的位移s9=gt92=×10×92 m=405 m.
最后1 s内的位移s=h-s9=(500-405) m=95 m.
10.解析：(1)由h=g(10Δt)2得
Δt= s=0.5 s
（2）h3=g(8Δt)2 h5=g(6Δt)2
所以Δh=h3-h5=g.28Δt2=35 m
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