自由落體運動

1、自由落體運動【教學目標】知識與技能1認識自由落體運動，知道影響物體下落快慢的因素，理解自由落體運動是在理想條件下的運動，知道它是初速度為零的勻加速直線運動2能用打點計時器或其他實驗儀器得到相關(guān)的運動軌跡并能自主進行分析3知道什么是自由落體的加速度，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掌握如何從勻變速直線運動的規(guī)律推出自由落體運動規(guī)律，并能夠運用自由落體規(guī)解決實際問題5初步了解探索自然規(guī)律的科學方法培養(yǎng)學生的觀察、概括能力過程與方法：1由學生自主進行實驗探究，采用實驗室的基本實驗儀器打點計時器，記錄下運動的信息，定量地測定重物自由下落的加速度，探究運動規(guī)律的同時讓學生進一步

2、體驗科學探究方法培養(yǎng)學生利用物理語言歸納總結(jié)規(guī)律的能力2引導學生養(yǎng)成進行簡單物理研究習慣、根據(jù)現(xiàn)象進行合理假設(shè)與猜想的探究方法3引導學生學會分析數(shù)據(jù)，歸納總結(jié)自由落體的加速度g隨緯度變化的規(guī)律。4. 教師應(yīng)該在教學中盡量為學生提供制定探究計劃的機會根據(jù)學生的實際能力去引導學生進行觀察、思考、討論和交流情感態(tài)度與價值觀：1調(diào)動學生積極參與討論的興趣，培養(yǎng)邏輯思維能力及表述能力2滲透物理方法的教育，在研究物理規(guī)律的過程中抽象出一種物理模型自由落體3培養(yǎng)學生的團結(jié)合作精神和協(xié)作意識，敢于提出與別人不同的見解。教學重點、難點：教學重點：1自由落體運動的概念及探究自由由落體運動的過程2掌握自由落體運動的

3、規(guī)律，并能運用其解決實際問題教學難點1.理解并運用自由落體運動的條件及規(guī)律解決實際問題2照相機曝光時間的估算教學方法：探究、講授、討論、練習教學手段：教具準備多媒體課件、牛頓管、硬幣、天平、小紙片、打點計時器、刻度尺、鐵架臺、紙帶，重物(兩個質(zhì)量不同)等課時安排：新授課（2課時）教學過程：新課導入師：兩個輕重不同的小球同時落地的聲音，是那樣地清脆美妙!它使人們清醒地認識到，輕重不是下落快慢的原因；它動搖了2000多年來統(tǒng)治著人們頭腦的舊觀念，開創(chuàng)了實驗和科學推理之先河，將近代物理學以至今代科學推上了歷史的舞臺當樹葉從樹上飄落下來，雨滴從屋檐上落下來的時候，你們想過這種運動嗎?物體下落的過程有沒

4、有一定的規(guī)律可循呢? 今天我們將一起探究這種運動“探究自由落體運動”新課教學一、 自由落體運動在現(xiàn)實生活中，不同物體的落體運動，下落快慢在不少情況下是不同的從蘋果樹上落下的蘋果和飄下的樹葉能一起同時下落嗎?二、提出問題：1重的物體一定下落得快嗎?2你能否證明自己的觀點?三、(實驗探究)猜想：物體下落過程的運動情況與哪些因素有關(guān)，質(zhì)量大的物體下落的速度比質(zhì)量小的快嗎?四、 (實驗)：取兩枚相同的硬幣和兩張與硬幣表面面積相同的紙片，把其中一張紙片揉成紙團，在下述幾種情況下，都讓它們從同一高度自由下落，觀察下落快慢情況。五、 從同一高度同時釋放一枚硬幣和一個與硬幣面積相同的紙片，可以看到硬幣比紙片下

5、落得快，說明質(zhì)量大的下落得快六、 兩張完全相同的紙片，將其中一張卷緊后從同一高度同時釋放，觀察到卷緊的紙團比紙片下落得快，說明質(zhì)量相同時體積小的下落得快七、 將一枚硬幣與已經(jīng)粘貼了紙片的硬幣從同一高度同時釋放觀察到一樣快，說明體積相同質(zhì)量不同時下落一樣快八、 一塊面積較大的硬紙板、一個小軟木塞，分別放到已調(diào)平的托盤天平的兩個盤中，可以看出紙板比軟木塞重，從同一高度同時釋放它們，軟木塞比紙板下落得快說明在特定的條件下，質(zhì)量小的下落得會比質(zhì)量大的還快結(jié)論：物體下落過程的運動情況與物體質(zhì)量無關(guān)(實驗演示)“牛頓管”的實驗將羽毛和金屬片放入有空氣的玻璃管中，讓它們同時下落，觀察到的現(xiàn)象是金屬片下落得快

6、，羽毛下落得慢將羽毛和金屬片放人抽去空氣的玻璃管中，讓它們同時下落，觀察到的現(xiàn)象是金屬片和羽毛下落的快慢相同做牛頓管對比實驗要注意： 抽氣達到一定的真空度時，應(yīng)先關(guān)閉錢毛管閥門，然后再停止泵的運轉(zhuǎn) 先讓學生觀察羽毛、軟木塞或金屬片在已抽真空的牛頓管中同時下落，它們幾乎同時落到管底 打開進氣閥，讓學生注意聽到進氣的聲音，看羽毛被氣流吹起的現(xiàn)象，再讓學生觀察羽毛、軟木塞或金屑在有空氣的牛頓管中同時下落，它們的下落快慢差別很大 實驗時，勿使金屬片壓在羽毛上，以免不抽氣時出現(xiàn)同時下落的現(xiàn)象結(jié)論：影響落體運動快慢的因素是空氣阻力的作用，沒有空氣阻力時，只在重力作用下輕重不同的物體下落快慢相同相等的紙片和

7、紙團，它們的重力相等由于空氣的阻力對紙片的影、響較大，不能忽略，所以紙片下落加速度較小如果把紙片揉成紙團，空氣阻力對紙團的影響較小，紙團下落加速度較大，所以質(zhì)量相等的紙片和紙團同時放手，紙片比紙團下落得慢師：閱讀課本并回答：(1)什么叫自由落體運動?(2)自由落體運動的特點是怎樣的?生：物體僅在重力作用下，從靜止開始下落的運動，叫自由落體運動特點是：(1)初速度為零；(2)只受重力作用，沒有空氣阻力或空氣阻力可以忽略不計師：在地球表面附近從高處下落的物體，事實上都受到空氣阻力的作用，因此，嚴格地說，實際生活中并不存在只受重力作用的自由落體運動但若物體在下落過程中所受空氣阻力遠小于重力，則物體的

8、下落也可看作自由落體運動例如，對于實心金屬球、石塊等，在它們運動速度不大的情況下，可以忽略空氣阻力的影響，把它們的自由下落看成自由落體運動，若它們從非常高的地方自由下落，當它們的速度增大到一定程度，空氣阻力不能忽略，它們運動的全過程就不能看成自由落體運動而對于另外一些物體如一團棉花或紙片從空中靜止下落時，與重力相比，空氣阻力的影響太大不能忽略，它們的運動就不能看作自由落體運動處理實驗探究按照教材第45頁的圖241裝置做實驗，將一系有紙帶的重物從一定的高度自由下落，利用打點計時器記錄重物的下落過程說明：落體運動物體的位置往往變化得比較快，憑目測難以觀察和記錄，用打點計時器或頻閃照相就可以記錄下運

9、動物體每隔相等時間所在的位置(運動信息)，這樣得到的紙帶(或照片)可以用來對運動過程進行分析教材中用打點計時器較好地將重物下落過程記錄下來，這樣做既簡便易行，又拓寬了對基本儀器的應(yīng)用，但實驗的準確度較難把握因此在實驗中要注意：按教材圖示和實驗要求連接好線路，并用手托重物將紙帶拉到最上端；打點計時器的安裝要使兩限位孔在同一豎直線上，以減少摩擦阻力；應(yīng)選用質(zhì)量和密度較大的重物，增大重力可使阻力的影響相對減小，增大密度可以減小體積，可使空氣阻力減??；先接通電路再放開紙帶；手捏紙帶松手之前，不要晃動，保證打出的第一個點清晰重復(fù)上述步驟多次，直到選取只有打出的第一點與第二點之間間隔約為2mm的紙帶才是有

10、效的；(學生的疑問暫且不要解釋)教師一定要提醒學生思考討論，影響實驗準確度的因素有哪些?并給予具體引導，注意培養(yǎng)實事求是的科學態(tài)度；要求學生保存好記錄了自由落體運動信息的紙帶，為下節(jié)課研究運動規(guī)律作準備師：完成實驗后，分析紙帶上記錄的運動信息，請思考下列問題：(1)自由落體運動的軌跡是怎樣的?(2)重物做自由落體運動的過程中，其速度有沒有發(fā)生變化?(3)有的同學從實驗結(jié)果中得出xCCt2，有的同學得出工x，你的結(jié)論又如何呢?(4)相鄰、相等時間間隔的位移之差有怎樣的關(guān)系?(5)影響實驗精確程度的因素有哪些?參考：分析紙帶可獲取信息：(1)自由落體運動的軌跡是一條直線，速度方向不變；(2)連續(xù)相

11、同時間內(nèi)的位移越來越大，說明速度越來越大，即速度大小改變，具有加速度；(3)位移x與時間t的平方成正比；(4)相鄰、相等時間間隔的位移之差相等；(5)影響實驗精確度的因素主要是阻力用打點計時器研究自由落體運動，計算其加速度，換用不同質(zhì)量的重物看紙帶上點子間隔有什么不同，總結(jié)得出結(jié)論教師點評：將兩條紙帶對比，只要兩條紙帶上的點子間隔相同就說明它們的加速度是相同的學生運用自己所學知識計算重力加速度，通過比較得出結(jié)論實驗探究結(jié)果：自由落體運動是初速度為零的勻加速直線運動，加速度大約是9.8ms2(課堂訓練)一、意大利的城市比薩有座著名的塔，建于1173年，塔高55.4m，由于塔基問題，塔身發(fā)生傾斜，

12、這正是理想的落體實驗場所傳說，經(jīng)典力學與實驗物理學的先驅(qū)者伽利略為了證明他的論斷，曾于1590年的某天邀請了許多支持者和反對者到斜塔旁觀看他的實驗只見伽利略一步一步登上塔頂，一手拿著一只1磅重的小球，另一手拿著一只10磅重的大球，在提醒觀眾注意后一松手，兩只球同時開始筆直下落伽略令人信服地勝利了這段描述今天已無從落實是否真實地發(fā)生過，然而比薩博物館至今還展覽著據(jù)說是當年伽利略用來做實驗的木球，比薩斜塔也由于這個傳說而更加聞名于天下了(1)請同學們補充上述實驗的結(jié)果兩個各重l磅與10磅的球落地的先后情況是怎樣的？(2)這個實驗證明了什么結(jié)論?參考結(jié)果：(1)同時落地(2)物體下落過程的運動情況與

13、物體質(zhì)量無關(guān)二、自由落體加速度通過算g值理解自由落體運動的加速度是一個定值(在同一地點)，引導學生學會分析數(shù)據(jù)，歸納總結(jié)規(guī)律教師引導學生思考兩個問題：1自由落體運動的加速度在各個地方相同嗎?2它的方向如何?生：使用不同的物體進行的反復(fù)實驗表明，在同一地點，一切物體自由下落的加速度都相同，方向總是豎直向下的，師：這個加速度叫做自由落體加速度，也叫重力加速度符號：g；方向：豎直向下(與重力方向一致)；大?。号c地點有關(guān)一般計算中g(shù)9ms2，粗略計算中可以取g10ms2讓學生看教材第46頁列表，嘗試從表中尋找規(guī)律，這一規(guī)律是怎樣產(chǎn)生的?學生猜想，但不宜過多解釋生：越往北重力加速度越大，說明重力加速度與

14、地理緯度有關(guān)，緯度越高，重力加速度越大師：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公式及其推論都適用于自由落體運動，只要這些公式中的初速度v00，a取g就可以了自由落體運動遵從的規(guī)律:v=vo+at推出：vgt，xvot+at2/2推出：xgt2/2討論與交流在現(xiàn)實中，雨滴大約在15km左右的高空形成并開始下落，計算一下，若該雨滴做自由落體運動，到達地面時的速度是多大?遇到過這樣快速的雨滴嗎?據(jù)資料顯示，落到地面的雨滴速度一般不超過8ms為什么它們的差別會這么大?參考：意大利物理學家伽利略得出了物體在只受重力的情況下(即不受阻力)由靜止開始的運動，叫自由落體運動那么一

15、切物體的下落都一快，加速度都為g98ms2，在任意時刻物體的速度vtgt，在任意時刻物體下落的高度：hgt2/2這樣，可以得出（vt）22gh現(xiàn)在說說雨滴的下落是否是自由落體吧首先說說雨滴的形成：由于大量濕空氣的上升，隨著高度增加壓強逐漸減小，水蒸氣出現(xiàn)過飽和，使水蒸氣凝結(jié)而形成小水滴，大量小水滴聚集起來形成云小水滴吸收水汽，形成大水滴，受重力開始下落，又與上升的熱水汽形成更大的水珠，這樣形成的水滴的下落是自由落體嗎?我們先假設(shè)水滴下落是自由落體，并且還假設(shè)云的高度為2000m，那么這樣的水滴下落到地面的速度有多大?由（vt）22gh ，易計算得到vt200ms試想水滴以這樣大的速度下落到頭上

16、會發(fā)生什么，那是可想而知的那么水滴下落到地面上的速度到底有多大?大約為8ms的速度勻速下落這樣的速度已經(jīng)很大了，如果雨滴的半徑比較大的話，人們必會感到痛要真是自由落體的話，那還了得嗎?那么水滴在下落時的速度為什么會這么小?原因是水滴在下落時要與它正下方的小水滴(上升的水汽)相碰并吸收，由于小水滴的阻礙作用，減慢了它下落的速度，水滴下落的速度越大，這種阻礙作用越強，當水滴的重力與阻礙的力相等時，雨滴就會勻速下落當雨滴的半徑大到某一程度時，受到氣流的影響而會分裂，較大的部分繼續(xù)下落，而小的又會隨上升的氣流上升，又起到阻礙大水滴下落的作用，所以我們看到的雨滴不會太大，就是這個道理，而且雨滴速度也不大

17、，落到地面的雨滴速度一般不超過8ms 做一做1.閱讀教材第46頁“測定反應(yīng)時間”，回答下列問題：問題1：若測出某同學捏住直尺時，直尺下落的高度為10cm，那么這位同學的反應(yīng)時間是多少?參考：根據(jù)自由落體運參考：教師事先算好時間并寫在直尺上，這樣就可以直接給出學生的反應(yīng)時間2教師引導學生閱讀教材第47頁“做一做”讓學生提出自己解決問題的思路，不必準確解答，同時強調(diào)“估算”學生獨立思考，并提出解決辦法，比較各種不同方法，并討論其合理性及可行性師：由于照相機的曝光時間極短，一般為130s或160s，曝光量相差10對照片不會有明顯影響，所以相機快門的速度都有比較大的誤差，“傻瓜”相機更是這樣故在這樣短

18、的時間內(nèi)，這種誤差允許的范圍內(nèi)，物體運動的速度可以認為是不變的，可以看作勻速運動來處理建議學生利用課下時間解出其準確值，比較兩種情況下的時間差異小結(jié)這節(jié)課我們學習了對自由落體運動概念和規(guī)律的認識及理解自由落體運動是物體從靜止開始的只受重力作用的勻加速直線運動，加速度為g，學好本節(jié)可更好地認識勻變速直線運動的規(guī)律和特點，是對上節(jié)內(nèi)容的有益補充要突破此重點內(nèi)容，一定要把握住一點，即自由落體運動只是勻變速直線運動的一個特例voo，ag我們在以前章節(jié)中所掌握的所有勻變速直線運動動規(guī)律hgt2/2可得反應(yīng)時間t014s問題2：在上課時，教師用這種方法測量同學們的反應(yīng)時間，但同學剛把尺子捏住，教師馬上就說

19、出該同學的反應(yīng)時間，也沒見他怎樣計算，你知道老師是怎樣做的使用在使用時要注意自由落體運動的特點，判斷是自由落體運動之后方可代人計算自由落體運動是一種非常重要的運動形式，在現(xiàn)實生活中有許多落體運動可以看成是自由落體運動，研究自由落體運動有著普遍的意義為了研究自由落體運動，我們運用了物理學中的理想化方法，從最簡單、最基本的情況人手，抓住影響運動的主要因素，去掉次要的非本質(zhì)因素的干擾，建立了理想化的物理模型自由落體運動，并且研究了自由落體的運動規(guī)律，理想化是研究物理問題常用的方法之一，在后面的學習中我們還要用到課外訓練1大氣層是我們地球生命賴以生存的屏障，每天都有很多小隕石落人地球大氣層中，但當它們

20、進入大氣層后，由于空氣的摩擦生熱，絕大部分小隕石還沒有到達地面便已經(jīng)被燒毀現(xiàn)在人類向天空發(fā)射的飛行器、衛(wèi)星等當超過一定使用年限后，也讓它們進入大氣層燒毀，那么小隕石等進人大氣層后的運動是自由落體運動嗎?2甲、乙兩物體的質(zhì)量之比為1：4，不考慮空氣的阻力作用，它們在同一高度處同時下落，則下面說法正確的是( ) A.甲比乙先著地 B乙比甲先著地 C甲和乙同時落地 D甲比乙的加速度大3如果從高樓相隔ls先后釋放兩個相同材料制成的小球，假設(shè)小球做自由落體運動，則它們在空中各個時刻( )A.兩球的距離始終保持不變 B兩球的距離越來越小C兩球的距離先越來越小，后越來越大D兩球的距離越來越大4我們在電影或電

21、視中經(jīng)?？煽吹竭@樣的驚險場面：一輛汽車從山頂直跌入山谷，為了拍攝重力為15000N的汽車從山崖上墜落的情景，電影導演通常用一輛模型汽車代替實際汽車設(shè)模型汽車與實際汽車的大小比例為1/25，那么山崖也必須用1/25的比例來代替真實的山崖設(shè)電影每1min放映的膠片張數(shù)是一定的為了能把模型汽車墜落的情景放映的恰似拍攝實景一樣，以達到以假亂真的視覺效果，問：在實際拍攝的過程中，電影攝影機第1s拍攝的膠片數(shù)應(yīng)是實景拍攝的幾倍?參考解答1解答：因為自由落體運動的條件之一是只受重力作用，而小隕石進入大氣層后的運動速度很大，受空氣阻力很大，故不能看作自由落2.答案：C解析：物體自由下落過程中的運動情況與物體的

22、質(zhì)量無關(guān)，加速度相同，故甲、乙兩物體同時開始下落，也同時著地，故C正確3.答案：D解析：因物體做自由落體運動，兩物體具有相同的加速度，先釋放的小球的速度總是比后釋放的小球的速度大，故兩球的距離越來越大4答案：5倍解析：可將汽車墜落山崖的運動看作自由落體運動即模型汽車墜落和實際汽車墜落的加速度相同，根據(jù)h=gt2/2由h模h/25解得t模t實/5為了使模型汽車的墜落效果逼真，拍攝模型下落的膠片張數(shù)應(yīng)與拍攝實際汽車下落的膠片張數(shù)相同，故拍攝模型時每1s拍攝的膠片張數(shù)是實景拍攝每1s拍攝膠片張數(shù)的5倍物體往下落的原因是什么?1自由落體運動的研究(1)物體自由下落快慢的決定因素提問2重力大小不同的物體

23、，下落快慢是否相同?演示1先在同一高度同時釋放金屬片和紙片，金屬片先落地，再把上述紙片揉成一小團，仍在同一高度同時釋放，發(fā)現(xiàn)兩者幾乎同時落地演示2牛頓管中的物體下落，將事先抽過氣的牛頓管內(nèi)的金屬片與輕雞毛從靜止一起下落，觀察結(jié)果兩者幾乎同時落到牛頓管的下端；將牛頓管內(nèi)放人空氣再做實驗，情況截然不同了，金屬片比雞毛落得快指出亞里士多德的觀點重的物體下落快，輕的物體下落慢及伽利略的分析和研究結(jié)論在沒有空氣阻力的情況下，物體下落的快慢與重力的大小無關(guān)(2)自由落體運動的定義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 說明在重力比空氣阻力大得多的情況下，物體從靜止開始下落的運可近似看成為自由落體運動。(3)自由落體運動的特點伽利略為了研究落體運動，利用當時的實驗條件做了在斜面上從靜止開始下滑的直線運動(目的是為了“沖淡重力”)，證明了在阻力很小的情況下小球在斜面上的運動是勻變速直線運動，用邏輯推理外推到斜面傾角增大到90°的情況，小球?qū)⒆杂上侣?，成為自由落體，他認為這時小球仍然會保持勻變速直線運動的性質(zhì)，這種推理多么巧妙啊!這個結(jié)論的正確與否需用實驗來驗證， 結(jié)論自由落體運動是初速度為零的勻