鲁科版 (2019)必修 第一册第5节 自由落体运动教案设计

自由落体运动

【教材分析】

本节课是鲁科版必修一第二章第五节的内容，自由落体运动是匀变速直线运动规律的具体应用。通过对自由落体运动这种常见的、特殊的运动的研究，可以更好的对前面知识复习和巩固，同时也加强了物理学习与实际生活的联系，另一方面通过实验培养学生的自主、合作、探究的科学研究方法，为学生的终身发展打下了良好的基础。

【教学目标与核心素养】

【物理观念】掌握自由落体运动的概念和规律，明确伽利略对自由落体运动的研究方法，通过设计实验得出规律。

【科学思维】伽利略利用斜面实验冲淡重力和合理的理论外推得出自由落体运动的规律，训练了学生探究物理问题的思维能力。

【科学探究】学生利用所给的实验器材自主设计、合作完成对自由落体运动规律的探究。

【科学态度与责任】能结合近代实验科学产生的背景，初步认识实验对物理学发展的推动作用；知道学习物理需要实事求是，有与他人合作的意愿。

【教学重难点】

教学重点：自由落体运动的概念及探究自由落体运动规律的过程。

教学难点：物体下落快慢影响因素的探究；自由落体运动的运动性质的分析。

【教学过程】

【导入新课】

演示实验   如何利用直尺粗略测量反应时间？

操作说明：一个人捏住尺子的上端，另一个人手指在直尺的下端零刻度处等待。前者释放，后者捏住。直尺下落的时间就是你的反应时间。

思考：直尺由静止释放之后做的什么运动？这种运动有什么样的运动特点？

【新课讲授】

一、自由落体运动的特点

（一）实验与探究

日常的生活经验使学生有“重的物体下落快，轻的物体下落慢”的观念。接下来，我们一起来看看这个观念是不是正确的。

教师播放“牛顿管实验”视频，并引导学生观察管内真空时的下落情况。（设计意图：引导学生经历科学探究、透过现象看本质。）

学生观看“实验与探究——牛顿管实验”视频后思考回答下列问题：

（1）当玻璃管内有空气时，羽毛比硬币下落___得多。

（2）抽去玻璃管内部分空气，羽毛比硬币下落得还是______，但落地时间相差_____。

（3）继续抽去玻璃管内的空气，使其逐渐接近真空，羽毛与硬币下落的快慢_________。

（4）根据这个实验，你得到的结论是：_____________________________________________。

师生共同总结归纳：由实验可知，当玻璃管内有空气时，同时释放羽毛和硬币，因受空气阻力的影响，羽毛比硬币下落慢；当玻璃管内接近真空时，羽毛与硬币几乎以相同的速度下落，且几乎同时到达玻璃管的底端。可见，在忽略空气阻力的情况下，尽管羽毛与硬币的质量不同，但下落的快慢相同。

（二）自由落体运动的概念

定义：在物理学中，将物体只在重力下从静止开始下落的运动称为自由落体运动。

[实际上，物体下落过程中总会受到除重力外的其他因素（如空气阻力）的影响。不过，当其他因素的影响可忽略时，仍可将这些物体的下落视为自由落体运动。]

【思考·讨论】

情境：如图所示，将花瓣从手中吹落。

讨论：（1）这些花瓣做的是自由落体运动吗？

（2）若不考虑空气阻力将花瓣从手中洒落，花瓣做的是自由落体运动吗？

过渡：自由落体运动是什么性质的运动：匀速？匀变速？非匀变速？

（三）探究自由落体运动的规律

给学生提供打点计时器、纸带、铁架台等试验器材，让学生分组实验：重物自由下落，用打点计时器打一纸带。

问题：通过分析纸带能否确定自由落体运动是否为匀加速直线运动？

请学生分组完成测量工作，然后据测量结果，得出结论。

△s=s2-s1=9.88cm；△s=s3-s2=9.83cm；△s=s4-s3=9.81cm；△s=s5-s4=9.86cm；△s=s6-s5=9.88cm

学生：在误差允许的范围内△s=9.8cm，所以自由落体运动是匀加速直线运动。

教师：用打点计时器来研究运动性质的方法，误差较多，为了更精确的获得实验数据，这里介绍一种新的实验方法——频闪照相法。

教师：这是小球做自由落体运动的频闪照相照片，照片的像是每隔相同时间记录的，类似纸带的分析可以较准确地求出小球的运动规律。

问题：能不能求出其加速度？

学生：由，可求a

总结：通过以上分析，我们不难得出自由落体运动是初速度为零的匀加速直线运动，而且在同一地点，一切物体在自由落体运动中的加速度都相同，这个加速度叫自由落体加速度，也叫重力加速度，通常用g表示。

二、自由落体运动的加速度

教师引导学生阅读课本后完成下列填空

1．重力加速度：

（1）内涵：物体自由下落时具有的加速度源于_______________________。

（2）大小。

①在地球上同一地点，一切物体自由下落的加速度都相同；

②随着纬度升高，重力加速度_____，而同一地区高度越大，重力加速度_____，但变化都不大；

③一般的计算中，通常g取9.8m/s2，在估算时，g还可以取_______。 

（3）方向：地球上重力加速度的方向总是_________。

2．自由落体运动的公式：

（1）自由落体的特点：v0=0，a=__。

（2）速度公式：vt=______。

（3）位移公式：h=______。

（4）速度位移关系式：_____________。

3．关于自由落体运动，下列说法正确的是_____。

①钢球在空中由静止开始自由下落可看成自由落体运动。

②质量大的物体下落时一定能看成自由落体运动。

③物体只在重力作用下的下落运动就是自由落体运动。

④自由落体运动是匀加速直线运动。

教师：阅读科本57页“科学书屋”内容，有什么发现？

学生：不同纬度地区的重力加速度大小不同。纬度越高，重力加速度值越大；纬度越低，重力加速度值越小。一般情况下，取g=9.8m/s2，粗略计算时可取g=10m/s2

问题：自由落体运动是，加速度为g的匀加速直线运动，你能写出自由落体运动的规律吗？

学生可推导得出

三、自由落体运动规律探索回眸

教师：请同学们阅读科本58-59页，思考在发明打点计时器、频闪照相技术之前，伽利略就已经提出“自由落体运动是一种匀变速运动”的猜想，那他是怎么证实的呢？他在证实的过程中遇到了哪些问题，又是如何克服的？

难点一：各个时刻的速度难以测得。若且，必有

难点二：落体运动时间太短，无法准确测量。“冲淡”重力，使其加速度减小。

在光滑斜面上，从不同位置由静止开始下滑做匀加速直线运动的小球，其位移与时间平方的比值是一个常数。

不断增大斜面倾角，对于每个对应的倾角，小球从斜面不同高度滑下时保持不变，合理推测，当斜面倾角增大至90度，其比值保持不变，即自由落下的小球做匀变速直线运动。

小结：

1．对自由落体运动的两种观点：

（1）亚里士多德的错误观点：物体下落的快慢是由它们的重量来决定的。

（2）伽利略的观点：（归谬法）重物与轻物应该下落得一样快。

2．伽利略的猜想和假设：

伽利略猜想自由落体是一种简单的变速运动，即速度应该均匀变化。

3．伽利略的实验验证：

伽利略采用间接的验证方法

①让小球沿阻力很小的斜面滚下。

②小球通过的位移跟所用时间的平方之比是不变的，即…。

③结论：小球沿斜面做匀加速直线运动。

④只要斜面倾角一定，小球的加速度是相同的。

4．伽利略的结论：

伽利略将上述结果合理外推到倾角为90°的情况，此情况下是自由落体运动，是加速度都一样的匀加速直线运动。

5．伽利略的科学方法：

四、随堂演练

1．（2019·福州高一检测）某科技馆中有一个展品，该展品放在较暗处。有一个不断均匀滴水的龙头（刚滴出的水滴速度为零）在平行光源的照射下，可以观察到一种奇特的现象：只要耐心地缓慢调节水滴下落的时间间隔，在适当的情况下，看到的水滴好像都静止在各自固定的位置不动（如图中A、B、C、D所示，右边数值的单位是cm）。要想出现这一现象，所用光源应满足的条件是（取g=10 m/s2）（    ）

A．普通白炽灯光源即可

B．频闪发光，间隔时间为1.4 s

C．频闪发光，间隔时间为0.14 s

D．频闪发光，间隔时间为0.20 s

2．从离地500m的空中自由落下一个小球，取，求：

（1）经过多少时间落到地面；

（2）下落一半时间的位移。

3．屋檐每隔一定时间滴下一滴水，当第5滴正欲滴下时，第1滴刚好落到地面，而第3滴与第2滴分别位于高1 m的窗子的上、下沿，如图所示（g取10 m/s2），求：

（1）此屋檐离地面多高？

（2）滴水的时间间隔是多少？