新人教版高一物理教案
匀变速直线运动的研究
第4节 自由落体运动
【教学设计】
自由落体运动是一种非常重要的运动形式，在现实生活中有许多落体运动都可以看成是自由落体运动，研究自由落体运动有着普遍的意义。为了研究自由落体运动，我们运用了物理学中的理想化方法，从最简单、最基本的情况入手，抓住影响运动的主要因素，去掉次要的非本质因素的干扰，建立了理想化的物理模型——自由落体运动，并且研究了自由落体的运动规律，理想化是研究物理问题常用的方法之一，在后面的学习中我们还要用到。
再现亚里士多德和伽利略对自由落体运动的不同认识，通过讨论、交流，让学生了解并学习伽利略研究自由落体运动的科学思维方法和巧妙的实验构思，从而体会“观察现象→实验探索→提出问题→讨论问题→解决问题”的科学探索方式。
【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，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，知道在地球上不同地方，重力加速度大小不同。
4．掌握如何从匀变直线运动的规律推出自由落体运动的规律，并能够运用自由落体规律解决实际问题。
5．了解伽利略是如何研究自由落体运动的，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。
【过程与方法】
1.观察自由下落的物体，预测其运动特点；实验探究自由落体运动的规律；
2.通过史实了解伽利略研究自由落体规律的过程，体会其推理方法的奥妙，同时了解猜想的必要性，感受探究规律的几个必要过程和科学方法的重要性，了解体会一些科学的方法.
【情感态度与价值观】
1．注意科学态度和科学方法教育，发展学生对科学探究的兴趣。
2．经历伽利略对自由落体运动的研究过程，体验数学在研究物理问题中的重要性.体会人类对客观世界发现之旅的乐趣.
【教学重点】
重点是使学生掌握自由落体的特征是初速度为零，只受重力作用(物体的加速度为自由落体加速度g)。
【教学难点】
理解并运用自由落体运动规律解决实际问题。
了解伽利略对自由落体运动的研究方法，领会伽利略的科学思想。
【教学过程】
一、新课引入
思考问题：
1．重的物体一定下落得快吗? 请举例说明?
猜想：物体下落过程的运动情况与哪些因素有关，质量大的物体下落的速度比质量小的快吗?
新课教学
硬币和纸袋分别从同一高度由静止开始同时下落，观察下落速度，从表面上看得到结论，“物体越重，下落得越快”。
1．亚里斯多德(Aristotle)的认识
从公元前4世纪至公元17世纪，这种观念统治了人们两千多年之久。
2．伽利略(Galileo)的贡献(1638年)
两个物体mA＞mB分别由同一高度下落，重的物体比轻的物体下落的快，当把两物体捆在一起仍从同一高度下落情况会是怎样呢？
结论：①整体分析：当把两个物体捆在一起时mC=mA＋mB，因为新组成的物体比上述两个物体中的任一个都重从而下落的应最快。
②局部分析：A物体下落的快，受到一个下落得慢的物体B的作用，结果就像一个大人拉着小孩向前跑，比单独大人跑要慢，比小孩单独跑要快一样，他们的共同速度应介于A、B两物体之间即vA＞vC＞vB。伽利略用归谬法巧妙地否定了亚里斯多德的观点，从而得出结论：重物体不比轻物体下落得快。亚里斯多德忽略了空气阻力对运动物体的影响，从而得出错误的结论：“力是维持物体运动的原因”。
[演示Ⅱ]将纸袋揉成纸球和硬币从同一高度由静止开始下落，观察下落速度(相差不多)，把硬币装入纸袋与另一枚硬币从同一高度由静止开始下落，观察下落速度也相差不多，若减小空气对运动物体的影响会如何呢？
[演示Ⅲ]牛顿管中的物体下落，将事先抽过气的牛顿管内的硬币与轻鸡毛从静止一起下落，观察实验结果两者几乎同时落到牛顿管的下端，硬币落下有声，眼可直接观察鸡毛下落，将牛顿管放入空气再做实验情况就截然不同了。
3．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叫做自由落体运动。
自由落体运动是一种理想运动，在实际问题中有空气时，物体的密度不太小，速度不太大(H不太高)，可以近似看成是自由落体运动。
结论：不同物体做自由落体运动，它们的运动情况是相同的。
②性质：伽利略所处的年代还没有钟表，计时仪器也较差，自由落体运动又很快，伽利略为了研究落体运动，利用当时的实验条件做了在斜面上从静止开始下滑的直线运动(目的是为了“冲淡重力”)，证明了在阻力很小的情况下小球在斜面上的运动是匀变速直线运动，用逻辑推理外推到斜面倾角增大到90°的情况，小球将自由下落，成为自由落体，他认为这时小球仍然会保持匀变速直线运动的性质，多么巧妙啊！
4.自由落体的运动规律
①自由落体运动是初速度为零的匀加速直线运动。
②在同一地点一切物体在自由落体运动中的加速度都相同。
③重力加速度g(自由落体加速度)
a．数值及单位? g=9.8m/s2? 初中g=9.8N/kg(常量)? 粗略计算g=10m/s2
b．重力加速度g的方向总是竖直向下的。
4．自由落体运动的规律(选竖直向下方向为正)
5.伽利略对自由落体运动的研究
（1）绵延两千年的错误
(课件展示)亚里士多智的观点：物体越重，下落越快．
（2）猜想与假说
自由落体是一种最简单的变速运动，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．
（3）实验验证
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．
（4）伽利略的科学方法
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．
【板书设计】
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叫做自由落体运动。
2、条件：V0=0，只受重力
3、性质：初速度为零的匀加速直线运动
二、自由落体加速度
1、定义：物体在自由落体运动中的加速度叫做自由落体加速度，也叫做重力加速度。
2、符号：g
3、方向：竖直向下
4、大小：一般 g =9.8m/s2,粗略计算 g=10m/s2
说明：同一地点g值不变，g值随纬度的增加而增大。
三、自由落体运动规律
四、伽利略对自由落体运动的研究
绵延两千年的错误
重的物体比轻的物体下落得快.
逻辑的力量
伽利略佯谬得出重物与轻物应该下落得同样快.
猜想与假说
猜想自由落体运动是最简单的变速运动，速度的变化对时间来说是均匀的.
实验验证
伽利略斜面实验得出：只要斜面的倾角相同，小球的加速度就是相同的，由此外推到斜面的倾角达到90°.
伽利略的科学方法
伽利略科学思想方法的核心是把实验和逻辑推理（包括数学推演）和谐地结合起来.
【课堂练习】
1．一个苹果和一片树叶同时从同一高度下落，以下说法中正确的是( )
A．树叶和苹果下落得一样快，因为二者都做自由落体运动
B．树叶下落得慢，因为树叶受到的空气阻力的影响比苹果的更大些
C．苹果的运动可以近似地视为自由落体运动
D．树叶和苹果落地时的速度大小一定相等
2.由伽利略的推理s∝t2，关于自由落体运动的物体它下落一半高度所用的时间和全程所用时间之比为( )
A. B. C．2 D.
3.甲同学看到乙同学从10层楼的楼顶同时由静止释放两个看上去完全相同的铁球，结果甲同学看到两球不是同时落地的．他分析了两球未能同时落地的原因．你认为他的下列分析哪些是正确的……………( )
A.两球在下落过程中受到的空气阻力不同，先落地的受空气阻力小
B.两球在下落过程中受到的空气阻力不同，先落地的受空气阻力大
C.两球下落过程中受到的空气阻力相同，先落地的是实心球，重力远大于阻力
D.两球下落过程中受到的空气阻力相同，先落地的是空心球，阻力与重力比．差别较小
4.从高处释放一粒小石子甲，经过1 s从同一地点释放另一粒小石子乙(认为两小石子做自由落体运动)，在落地之前，两粒石子的距离( )
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.物体从某一高度自由下落，第1 s内就通过了全程的四分之一，则物体最后1 s内通过的距离为( )
A．5 m B．10 m C．15 m D．20 m
6.“飞流直下三千尺，疑是银河落九天”是唐代诗人李白描写庐山瀑布的佳句．某瀑布中的水下落的时间是4 s，若把水的下落近似简化为自由落体，g取10 m/s2，则下列计算结果正确的是( )
A．瀑布高度大约是80 m B．瀑布高度大约是10 m
C．瀑布高度大约是1 000 m D．瀑布高度大约是500 m
7.据报道：南海舰队某部在南海某海域进行了一场登岛作战演练，某一空降兵在敌方的上空实施空降，在飞机悬停空中后，空降兵从机舱中一跃而下，把空降兵空降假定为如下过程：空降兵出舱后先做自由落体运动，下落2 s后，打开伞包匀速运动4 s，接着做匀减速直线运动6 s到达敌方的地面，此时空降兵的速度恰好为零，g取10 m/s2.求：
(1)空降兵做自由落体运动下落的距离；
(2)空降兵匀速运动时的速度是多少？
第二章 匀变速直线运动的研究
自由落体运动
教学设计
科目
物理
课题
自由落体运动
课时
1课时
教学目标与
核心素养
一．知识与技能
1.知道物体做自由落体运动的条件；
2.用过实验探究自由落体运动加速度的特点，了解重力加速度的大小、方向；
3.掌握自由落体的规律，并能解决相关实际问题；
4.了解伽利略对自由落体运动的是过程，领会伽利略的思想和方法。
二．过程与方法
1.通过对实验现象的观察，提高学生对事物变化的分析和概括能力；
2.经历科学探究的过程，体验科学探究的思维方法，培养学生观察、分析、
处理实验数据的能力。
情感态度与价值观
1.体会身边的自由落体运动，学以致用，激发学生的学习热情。
2.通过研究自由落体运动，培养学生浓厚的科学兴趣及严谨的科学态度。
3.感受前人（亚里士多德）崇尚科学、勇于探索的人格魅力，培养学生严谨务实的科学态度。促进学生形成科学思想和正确的世界观。
教学重、
难点
教学重点：1、自由落体运动的概念及探究自由落体运动的过程；
2、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：1.对自由落体运动实验加速度的探究以及对实验数据的自主分析；
2.理解并运用自由落体运动的条件及规律解决实际问题.
教学准备
教具：多媒体课件、牛顿管、硬币、天平、小纸片、打点计时器、刻度尺、铁架台、纸带，重物（两个质量不同）等.
教
学
过
程
教师活动
学生活动
设计意图
导入新课：
在日常生活中，我们会看到这种现象：把小石头和树叶举到相同高度，石头的重量比树叶重，同时由静止开始释放。观察哪个先落地？
类似的现象在生活中还有很多，早在公元前4世纪，古希腊哲学家亚里士多德通过观察大量物体下落的现象，归纳出：物体越重，下落得越快。在我们今天看来，他这个说法是否正确呢？
【教师提出问题】是不是重的物体一定比轻的物体下落得快呢？
讲授新课：
（1）自由落体运动
【教师引导】我们可以通过实验研究这个问题，桌上有两张纸片（同种材料，质量不同）观察掉落在桌面的情况：
两张纸平摊，同一高度，同时静止释放。
把质量小的纸捏成纸团，同一高度，同时静止释放。
可见，重的物体不一定下落得快，轻的物体下落不一定慢。那么是什么原因造成的呢？
【教师回答】正是由于有空气阻力的影响，物体下落得才有快有慢。同学们想想看，如果没有空气阻力的影响，也就是在一个没有空气的空间里，物体只受重力，从静止开始下落的情况是什么样子呢？
【教师演示】（演示牛顿管）看，这是一根玻璃管，管中的空气已经用抽气机抽掉了，里边有一个金属片和羽毛，观察牛顿管里的羽毛和金属片下落的快慢。
【教师引导】如果牛顿管里有空气，金属片和羽毛下落的快慢不同；把牛顿管里的空气抽出一些，金属片和羽毛下落的快慢就变得接近；当把牛顿管里的空气几乎全部抽出时，金属片和羽毛下落的快慢就相同了。
实验结论：在没有空气的空间里，物体下落的快慢相同
【教师提问】那么我们现在就来陈述自由落体运动
定义：物体只在重力作用下，从静止开始下落的运动。
特点：只受重力、v0=0
注意：当空气阻力的作用比较小，可以忽略不计时，从静止开始下落的物体可视为自由落体运动。
（2）实验：研究自由落体运动的规律
【教师引导】下面我们通过实验研究自由落体运动的规律：
实验器材：铁架台、打点计时器、纸带、电源、夹子、导线、重物。
实验原理：纸带在重物的作用下自由下落，纸带受到的阻力较小，近似认为纸带做自由落体运动，根据打出的纸带点的情况，分析出重物的运动规律。
实验步骤：
①把打点计时器竖直固定在铁架台上，纸带一端系着重物，另一端穿过计时器。
②让重物靠近打点计时器，用手捏住纸带上端，启动打点计时器，
松手后重物自由下落，计时器在纸带上留下一串小点，最后要关闭电源。
③仿照前面对小车运动的研究，测量重物下落的加速度。
④改变重物的质量，重复上面的实验。
数据处理：计数点瞬时速度的求法：
用计算较准确的平均速度来代替某点的瞬时速度。
出示纸带：
实验结论：v-t图像为一条倾斜的直线，所以自由有落体运动是匀变速直线运动。
如图所示，0、1、2……为时间间隔相等的各计数点，S1、S2、S3……为相邻两计数点之间的距离，若△S= S2－S1=……=C（常数），即若两连续相等的时间间隔的位移之差为恒量，则与纸带相连的物体的运动为匀变速直线运动。（△S =aT2）
实验误差：
1.纸带与打点计时器的摩擦
2.空气阻力的影响
3.测量误差
（3）自由落体运动的规律
【教师引导】同学们能根据我们对自由落体运动的实验研究的出哪些运动规律？
【教师引导】既然自由落体运动是初速度为0的匀加速直线运动。我们是不是可以根据匀变速直线运动的规律推导出自由落体的运动规律？
匀变速直线运动 自由落体运动规律
【教师引导提问】物体在自由落体运动中的加速度叫做自由落体加速度，也叫重力加速度。
竖直向下，通常用g表示。能求出自由落体运动的加速度吗?
（1）我们通常用g来表示自由落体加速度，也叫重力加速度，数值近似为9.8，重力加速度的方向总是竖直向下的。在实验中，如果要获得更精确的数据，还可以用频闪照相来测量。
（2）地球上不同的地方，g取值不同。从赤道到两极，g逐渐增大。同一地点g值相同。
（3）既然自由落体运动是初速为零的匀加速直线运动，那么其运动规律与一般规律类似：
不同的物体在同一地点，从相同高度同时自由下落的物体，同时到达地面，根据，则它们的加速度是相同的。
【教师引导】伽利略对自由落体运动的研究：
认真阅读课本，了解伽利略对自由落体运动的研究过程
出示图片：伽利略在做铜球沿斜面运动的实验
斜面的倾角增大到90°，这时小球的运动就是自由落体运动，这时小球仍然会保持匀加速运动的性质，而且所有物体下落时的加速度都是一样的！
课堂练习：
1、关于自由落体运动，下列说法正确的是 ( )
A、物体竖直向下的运动一定是自由落体运动
B、不同的物体做自由落体运动，它们的运动规律是不同的
C、物体只有在重力作用下从静止开始下落的运动叫自由落体运动
D、自由落体运动的加速度与物体的质量无关
答案：CD
2、伽利略曾通过做“铜球沿斜面运动的实验”来研究自由落体运动.关于该实验的相关描述正确的是(? ?)???
A.质量大的铜球沿斜面向下运动的加速度比质量小的铜球大 B.铜球沿斜面向下做匀加速运动,加速度与斜面倾角有关,而与铜球的质量无关 C.铜球在斜面上的运动与自由落体运动完全相同 D.通过做"铜球沿斜面运动的实验"不可能了解到自由落体运动的特点
答案：B
如果从高楼相隔l s先后释放两个相同材料制成的小球，假设小球做自由落体运动，则它们在空中各个时刻( )
两球的距离始终保持不变
两球的距离越来越小
两球的距离先越来越小，后越来越大
两球的距离越来越大
答案：D
4、三峡大瀑布位于湖北省宜昌市晓峰旅游景区中、该景区中瀑布中的水从顶端落至地面的过程用时约3s，若将此运动视为自由落体运动，重力加速度g=10m/s2，则该瀑布的高度约为（ ）
A．30m B．45m
C．55m D．60m
答案：B
5、一名宇航员在某星球上完成自由落体运动实验，让一个质量为2kg的小球从一定的高度自由下落，测得在第5 s内的位移是————。
答案：36m
学生思考讨论
学生猜想：空气阻力？
学生思考
学生观察实验说一说看到的实验现象和实验结论
学生回答对自由落体运动的认识，并给出一个定性的说法
学生根据教师引导进行实验
学生进行实验步骤
学生观察纸带并计算瞬时速度，然后画出图像，
掌握对纸带的处理方法
学生积极猜想回答
学生掌握自由落体运动是初速度为0的匀加速直线运动，并说出自由落体运动的规律
学生了解重力加速度，并对g取值的不同和规律有一定的认知
学生练习
了解常见的物体下落的现象
掌握一定的历史史实，学会一些基本的推理方法，初步养成置疑的习惯，激发学生的学习兴趣。
锻炼学生自主学习能力以及总结能力
了解实验实验过程
培养学生利用物理语言，归纳总结规律的能力。
了解自由落体运动打纸带的方法
理解掌握自由落体运动的加速度是一个定值（在同一地点）。引导学生学会分析数据，归纳总结规律。
巩固本节知识
板书设计
§２.4 自由落体运动
自由落体运动
物体只在重力作用下，从静止开始下落的匀加速度直线运动叫做自由落体运动。
自由落体加速度
定义：物体在自由落体运动中的加速度叫做自由落体加速度，也叫做重力加速度。
符号：g 方向：竖直向下
大小：一般 g =9.8m/s2,粗略计算 g=10m/s2，同一地点g值不变，g值随纬度的增加而增大。
自由落体运动规律
教学后记
引导学生对本节多学知识进行自主交流探究，根据学生表述，查漏补缺，并有针对性地进行讲解补充。
