2020-2021学年4 自由落体运动导学案

高一物理教案

第2章  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】

1. 理解并运用自由落体运动规律解决实际问题。
2. 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?

二、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

【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？