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自由落體運動的教案設計
自由落體運動的教案設計
一、教學思路設計
自由落體運動是勻變速直線運動的一種具體情形。此前，學生已經學習了勻變速直線運動的規(guī)律，也學習了研究勻變速直線運動的基本方法，對本課的學習，實際上是引導學生利用已有知識解決生活實際中的問題。組織學生進行探究活動，既有利于鞏固所學的知識，培養(yǎng)學生解決實際問題、探求規(guī)律的能力，還能對學生進行科學方法和科學思想的教育。
本節(jié)課的教學重點在于說明不同物體自由下落的加速度都是重力加速度ｇ。由于學生受日常經驗的影響，對重的物體下落快，輕的物體下落慢的印象很深，所以本節(jié)課做好實驗十分重要。教學時可以引導學生從日常生活經驗出發(fā)，通過實驗逐步提出問題（設疑），讓學生自己探究（解疑），得出結論。充分體現(xiàn)了物理是以實驗為基礎的學科，讓學生體會科學推理和科學實驗是揭示自然規(guī)律的重要方法和手段。
二、教學三維目標:
1.知識與能力目標：理解自由落體運動的概念、條件和性質；理解自由落體運動的加速度；掌握自由落體運動的規(guī)律并能靈活運用。
2.過程與方法目標：觀察演示實驗，分析歸納出自由落體運動的發(fā)生條件；通過實驗與動手計算，驗證自由落體運動的性質。
3.情感態(tài)度與價值觀目標：讓學生認識到，從生活經驗中得到的某些認識，可能是不正確的，而需要采用實驗來研究問題，培養(yǎng)實事求是的科學態(tài)度。
三、重點、難點分析
重點：對自由落體運動性質的推導及運動規(guī)律的掌握和運用；
難點：自由落體運動性質的推導。
突破的方法：在課堂上精心設計實驗，用實驗事實幫助學生建立起正確的觀點。利用多媒體課件，依據(jù)學生已有的知識和物理研究方法，通過實驗觀察、分析數(shù)據(jù)、歸納結論、類比遷移自己推導出自由落體的運動性質和規(guī)律。
四、教學流程
觀察、分
析 演 示
實 驗 引
出課題
引導學生確定、
研究自由落
體運動性質的
實驗方案
學生實驗，索
確定自由落體
運動的性質、
確定重力加速度
歸納自由落
體運動的規(guī)律
鞏固應用，測定反應時間
自主學習
問題一：什么是自由落體運動？在日常生活中你見過自由落體運動嗎？
問題二：自由落體運動的快慢與哪些因素有關？
問題三：自由落體運動是什么性質的直線運動？
問題四：從勻加速直線運動的規(guī)律中總結自由落體運動的規(guī)律?
新課教學
�。ㄒ唬﹩栴}的提出
1．通過實驗直接引入新課
前面我們學習了直線運動，掌握了勻速直線運動、勻變速直線運動的規(guī)律以及研究它們的方法，今天我們將應用這些知識研究一種常見而重要的運動。
〔演示 1〕重錘從手中由靜止釋放后下落。指出在地面附近的任何物體，脫離支持物后，沿著豎直方向落向地面的運動叫做落體運動。
問題一：落體運動的快慢與哪些因素有關？我們怎樣來研究落體運動？
2．實驗設疑，引出矛盾的結論，揭示問題的復雜性
〔演示2〕取金屬片一塊、薄紙片一張，讓它們從同一高度同時下落。觀察到金屬片先著地。是否可以得出結論：物體越重下落越快？
兩千三百多年以前，就有學者研究過這個問題，最典型的就是亞里士多德，他提出物體下落快慢是由它們所受重力決定的，物體越重，下落得越快。在其后兩千多年的時間里，人們一直信奉他的這種看法。那么他的看法是否正確呢？
〔演示3 〕取兩個同樣的氣球，一個充氣后用夾子夾好，讓它們從同一高度同時下落。觀察出重量輕的氣球先著地，得出輕的物體也可能下落得快。
可見：亞里士多德的觀點是錯誤的。
實際上在三百多年前：偉大的物理學家伽利略首先發(fā)現(xiàn)了亞里士多德這個觀點的內部矛盾，他用簡單的邏輯推理，證明了亞里士多德的觀點是錯誤的。介紹伽利略的這個著名的科學推理。
3．歸納小結，找出使問題復雜的原因
生活中所看到的物體下落的快慢和物體的輕重關系比較復雜，既不能說物體越重下落越快，也不能說物體越輕下落越快，重力相同的兩個物體下落快慢可能不同。這說明影響物體下落快慢的還有別的因素，那么別的因素是什么呢？
〔演示4〕①將前面的薄紙片揉成團仍與金屬片，從同一高度同時下落。
�、趯⑶懊娴某錃鈿馇�，放氣后與另一個同樣的氣球，從同一高度同時下落。
觀察到它們均同時著地。引導分析演示實驗，得出是空氣阻力的作用使問題變得復雜。
4．提出假設，實驗驗證，引出課題
研究問題往往從最簡單的入手，我們設想，如果在沒有空氣阻力的情況下，輕重不同的物體下落快慢會怎樣？
〔演示5〕牛頓管實驗 （先介紹儀器，并演示抽去空氣時的情況，再將閥門打開，讓空氣進入，進行對比實驗）。在抽去空氣的牛頓管內，其空氣很稀薄，空氣阻力的影響非常小，可以忽略不計，金屬片、羽毛只受重力作用，下落的快慢相同。放入空氣以后，由于受空氣阻力的作用，金屬片比羽毛下落得快。
把物體只在重力作用下從靜止開始下落的運動叫自由落體運動。引出課題。
〔板書〕自由落體運動
〔板書〕1. 自由落體運動：物體只在重力作用下從靜止開始下落的運動，叫做自由落體運動。
自由落體運動只發(fā)生在沒有空氣的空間里，是一種理想化的運動模型。在有空氣的空間里，物體的下落不是自由落體運動，如果空氣阻力的作用很�。ㄅc重力相比較 ）可以忽略不計時，物體的下落也可以看作自由落體運動。例如演示實驗中的重錘從靜止開始下落的
運動可以看作是自由落體運動。
�。ǘ┨剿髯杂陕潴w運動的性質
問題二：自由落體運動是什么性質的直線運動？怎樣來研究？
〔板書〕 2.自由落體運動的性質
引導學生完成下面內容：
第一步：確定研究自由落體運動性質的實驗方案。
今天我們實驗的研究對象是重錘，它從靜止開始下落的運動可以看作自由落體運動。這節(jié)課我們要解決的問題是 “自由落體運動是不是勻變速直線運動”，下面同學們根據(jù)現(xiàn)有的器材來設計自己的實驗，并根據(jù)你的實驗作出結論。引導學生用打點計時器打出紙帶來研究。
第二步：學生實驗
請同學們兩人組成一個小組，根據(jù)實驗目的設計自己的實驗方案，利用打點計時器在紙帶上記錄的點來確定重錘的運動情況。指導學生在實驗中要盡量減少摩擦，以提高實驗的準確程度。
第三步：學生對實驗進行總結
抽出幾組學生介紹實驗的整個過程和數(shù)據(jù)的處理方法，并總結它們從實驗數(shù)據(jù)中得出的結論。
1.分析紙帶，定性判斷。
從紙帶中可以看出，在相等的時間間隔里(0.02)秒 小球下落的位移越來越大，表明小球在做加速運動。是變加速直線運動還是勻加速直線運動呢?
根據(jù)勻變速直線運動的規(guī)律，做勻變速直線運動的物體，它在任意兩個連續(xù)相等的時間里的位移之差相等。
2.進一步測量，定量判斷。
引導學生講出具體方法：利用重錘自由下落對打點計時器打下的紙帶，在紙帶上舍掉開頭較密集的點，確定好計數(shù)起點0，再每五個點取一個計數(shù)點，依次標明1、2、3、4，正確地用刻度尺測出每點到起始點的距離S01、S 02、S 03、S04 ，求出相鄰計數(shù)點間的距離S1、S 2、S 3、S4。進而求出各相鄰間的距離差△S1、△S 2、△S 3 ，在實驗誤差范圍內各△S相等，從而定量判斷出自由落體運動是勻加速直線運動。
〔板書〕（1） 運動性質：是一種初速度等于零的勻加速直線運動。
其實偉大的科學家伽利略不但用簡單明了的科學推理，巧妙地揭示了亞里士多德學說內部的矛盾，他還做了許多研究工作推斷自由落體運動是一種勻加速直線運動。他研究了物體沿不同角度的光滑斜面運動的情況，進行了上百次的定量研究，發(fā)現(xiàn)從斜面上滾下的小球都做勻加速直線運動。傾角越大，小球的加速度越大。由此他推想，當斜面增大到90° ，小球做自由落體運動時，仍然會做勻加速直線運動。后來，伽利略的這個推論得到了證實。
〔板書〕（2） 加速度：在同一地點，不同物體作自由落體運動時的加速度相同，用g表示。
自由落體的加速度是多少? 利用上面的數(shù)據(jù)，根據(jù)△S=aT2，求得加速度的數(shù)值。
不同地理位置的重力加速度不同，用實驗的方法可測出不同地方的重力加速度課本第 44頁的表格中列出一些地方的重力加速度數(shù)值。
引導觀察不同的地理位置，重力加速度的大小不同，而且隨著地理緯度的增加重力加速度增大。但是變化不大，大多在9.8m/s 2左右，所以通常情況下，g的大小一般取9.8m/s 2，在粗略的計算中還可以把g取作10 m/s 2。
〔板書〕大�。阂话闳�9.8m/s 2(指出這個值其實就是重力計算式中的常數(shù)g)
方向：總是豎直向下
(三 )自由落體運動的規(guī)律
〔板書〕3. 自由落體運動的規(guī)律(設問、探索、歸納自由落體運動的規(guī)律)
問題三：自由落體運動的規(guī)律是什么?
從前面的演示實驗我們知道，不同物體在同一地點自由下落都做初速度為零的勻加速直線運動，而且下落相同高度所需時間相同，由公式x=1/2at2 ，可知自由落體運動的物體都具有相同的加速度。
由于自由落體運動是初速度為零的勻加速直線運動，所以勻變速直線運動的基本規(guī)律及其推論都適用于自由落體運動，只要把v0 取零，并且用 g來代替加速度就行了。
〔板書〕速度： 位移：
〔板書〕推導出（位移和速度）：
鞏固應用
1.做一做：測定反應時間
日�；顒又�，有時需要人的反應靈敏度，對戰(zhàn)士、司機、飛行員、運動員等尤其如此，當發(fā)現(xiàn)某種情況時，能及時采取相應行動，戰(zhàn)勝對手，或避免危險。人從發(fā)現(xiàn)情況
到采取相應行動經過的時間叫反應時間。下面是一種測定反應時間的方法。請一位同學甲用兩個手指捏住木尺頂端，另一位同學乙用一只手在木尺下部做欲握住木尺的動作，但手的任何部位都不要碰到木尺。當看到甲同學放開手時，乙同學立即握住木尺。測出木尺降落的高度，根據(jù)自由落體運動的知識，算出乙同學的反應時間。
2.為了測出井口到井里水面的深度，讓一個小石塊從井口下落。測得經25秒聽到石塊落到水面的聲音，求井口到水面的大約深度。 (不計聲音傳播的時間)
本節(jié)課對自由落體運動進行了實驗、推理、探索，請同學們思考并回答下面的問題：
1.做自由落體運動的條件是什么?( 理論和實踐兩方面上回答)
2.自由落體運動是什么性質的運動? 敘述它的規(guī)律。
3.你對 “科學實驗和科學推理是揭示自然規(guī)律的重要方法和手段”這句話是怎樣理解的?
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