PAGEPAGE11自由落體運(yùn)動(dòng)【學(xué)習(xí)任務(wù)分析】

本節(jié)內(nèi)容是對(duì)前幾節(jié)運(yùn)動(dòng)學(xué)的學(xué)問(wèn)和探討方法的應(yīng)用和提升。通過(guò)演示試驗(yàn)和學(xué)生合作試驗(yàn)，分析得出自由落體運(yùn)動(dòng)的性質(zhì)，明確重力加速度的意義，不僅使學(xué)生對(duì)自由落體運(yùn)動(dòng)規(guī)律有詳細(xì)、深化的相識(shí)和規(guī)律在實(shí)際問(wèn)題中的應(yīng)用，而且使學(xué)生在獨(dú)立獲得物理學(xué)問(wèn)、探究物理規(guī)律、解決物理問(wèn)題等方面獲得詳細(xì)的成果，體驗(yàn)科學(xué)探討的方法，讓學(xué)生得到成功的體驗(yàn)，享受成功的愉悅，激發(fā)學(xué)習(xí)的熱忱和責(zé)任感。

本節(jié)教學(xué)的重點(diǎn)在于引導(dǎo)學(xué)生思索探討自由落體運(yùn)動(dòng)的試驗(yàn)原理和方法，特殊是利用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器記錄運(yùn)動(dòng)軌跡和時(shí)間的方法及試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理、結(jié)論得出、誤差分析等試驗(yàn)方法。

本節(jié)教學(xué)的難點(diǎn)在于試驗(yàn)探究的思路、方法。

【學(xué)習(xí)者分析】

學(xué)生前面已相識(shí)描述運(yùn)動(dòng)的基本物理量──位移、路程、速度、加速度，駕馭勻變速直線運(yùn)動(dòng)的規(guī)律，并且通過(guò)對(duì)以上問(wèn)題的探討，已體會(huì)到物理學(xué)探討問(wèn)題的一些方法，如運(yùn)用志向模型和數(shù)學(xué)方法（圖象、公式），以及測(cè)加速度、處理試驗(yàn)數(shù)據(jù)等方法。

【教學(xué)目標(biāo)】

1．通過(guò)視察演示試驗(yàn)概括出自由落體運(yùn)動(dòng)的條件，滲透物理方法，從而培育學(xué)生的視察、概括、科學(xué)抽象實(shí)力。

2．通過(guò)學(xué)生的合作試驗(yàn)探討自由落體運(yùn)動(dòng)的規(guī)律，領(lǐng)悟科學(xué)探究方法（提出問(wèn)題、猜想假設(shè)、設(shè)計(jì)試驗(yàn)方案、分析試驗(yàn)數(shù)據(jù)、總結(jié)溝通結(jié)論成果），理解自由落體運(yùn)動(dòng)的實(shí)質(zhì)是加速度為g的勻加速直線運(yùn)動(dòng)。

3．歸納出自由落體加速度的大小和方向，會(huì)判別不同地點(diǎn)重力加速度的大小。

4．運(yùn)用志向化方法，通過(guò)比較重力與空氣阻力的大小，將實(shí)際問(wèn)題轉(zhuǎn)化為自由落體問(wèn)題。

5．會(huì)運(yùn)用勻變速直線運(yùn)動(dòng)的規(guī)律解決自由落體的問(wèn)題，激發(fā)學(xué)生探究科學(xué)的熱忱，增加學(xué)生將物理學(xué)問(wèn)應(yīng)用于生活和生產(chǎn)的意識(shí)。

【教學(xué)過(guò)程設(shè)計(jì)】

讓學(xué)生利用已有的學(xué)問(wèn)和方法，經(jīng)驗(yàn)科學(xué)探究的過(guò)程，培育科學(xué)探究實(shí)力，體現(xiàn)物理學(xué)是以試驗(yàn)為基礎(chǔ)這一特點(diǎn)，詳細(xì)設(shè)計(jì)思路流程如右圖。虛線框內(nèi)為探究過(guò)程。

【教學(xué)過(guò)程】

一、通過(guò)演示試驗(yàn)，引出要探究的問(wèn)題

1．概括落體運(yùn)動(dòng)是豎直向下的直線運(yùn)動(dòng)

(1)懸掛在鐵架臺(tái)上的小球，它受到幾個(gè)力的作用？（重力、懸線拉力）

演示1：用火將懸線燒斷，引導(dǎo)學(xué)生視察小球的運(yùn)動(dòng)。

（學(xué)生視察到：小球在重力作用下，沿豎直方向作直線運(yùn)動(dòng)。）

(2)落體運(yùn)動(dòng)是最常見(jiàn)的一種運(yùn)動(dòng)

演示2：石塊、粉筆頭從手中落下

(3)結(jié)論：任何物體只在重力作用下自由下落，都是沿著豎直方向作直線運(yùn)動(dòng)。

（過(guò)渡：這節(jié)課，我們就來(lái)學(xué)習(xí)一種特殊的下落運(yùn)動(dòng)。）

（板書(shū)：自由落體運(yùn)動(dòng)。）

2．物體下落快慢的因素分析

(1)提出問(wèn)題：原委是重的物體下落快還是輕的物體下落快呢？

演示3：等大鐵片和紙片同時(shí)、等高、無(wú)初速下落。

（學(xué)生視察到：重的鐵片先落地。）

(2)得出“物體越重下落越快”的結(jié)論。觀點(diǎn)是否正確呢？你能否設(shè)計(jì)試驗(yàn)證明你的觀點(diǎn)？

（激發(fā)學(xué)生思索）

(3)讓學(xué)生上講臺(tái)演示其設(shè)計(jì)的試驗(yàn)，并說(shuō)明其觀點(diǎn)。

學(xué)生演示：較重的鐵紙片和輕小紙團(tuán)同時(shí)、等高、無(wú)初速下落，或等大的鐵片和紙片疊在一起無(wú)初速下落。

（學(xué)生視察到：輕小紙團(tuán)比較重的鐵片下落快，或鐵片和紙片一樣快。）

(4)引導(dǎo)學(xué)生得出正確結(jié)論

①依據(jù)前面的試驗(yàn)和分析，同學(xué)們猜想一下，物體下落的快慢跟重力的大小有什么關(guān)系呢？（生：沒(méi)有關(guān)系。）

②那怎么說(shuō)明前面的試驗(yàn)現(xiàn)象呢？

（生：空氣阻力影響了物體下落的快慢。）

③同學(xué)們猜想一下，假如完全沒(méi)有空氣阻力的影響，輕、重物體誰(shuí)下落得快呢？

演示4：科普學(xué)問(wèn)：1971年美國(guó)宇航員斯科特在月球上讓一把錘子和一根羽毛同時(shí)下落，視察到它們同時(shí)落到月球表面。

演示5：錢(qián)羽管試驗(yàn)

（學(xué)生視察到：在抽去空氣的錢(qián)羽管內(nèi)，輕重不同的鐵片、羽毛同時(shí)落下。）

結(jié)論：在沒(méi)有空氣阻力時(shí)，物體下落的快慢跟物體重力無(wú)關(guān)。我們把這樣的運(yùn)動(dòng)稱為自由落體運(yùn)動(dòng)。

（板書(shū)：定義：物體只在重力作用下，由靜止起先的下落運(yùn)動(dòng)叫自由落體運(yùn)動(dòng)。）

(5)在日常生活中，我們平常見(jiàn)到的落體運(yùn)動(dòng)由于大氣層的存在，自由落體運(yùn)動(dòng)是一種志向運(yùn)動(dòng)，但駕馭了這種志向運(yùn)動(dòng)的規(guī)律，也就為探討實(shí)際運(yùn)動(dòng)打下了基礎(chǔ)。當(dāng)空氣阻力不太大，與重力相比較可以忽視時(shí)，實(shí)際的落體運(yùn)動(dòng)可以近似地當(dāng)作自由落體運(yùn)動(dòng)。

（讓學(xué)生體會(huì)自由落體運(yùn)動(dòng)有著普遍的意義和現(xiàn)代科技的發(fā)展與人類科學(xué)探究進(jìn)程的關(guān)系。）

演示6：體積相同的小木球和小鐵球同時(shí)、同高、無(wú)初速落下。

（學(xué)生視察到：兩球幾乎同時(shí)落地。）

結(jié)論：（板書(shū)：自由落體運(yùn)動(dòng)的條件：a·從靜止起先下落，初速為零；b．只受重力，或其他力可忽視不計(jì)。）

（說(shuō)明：讓學(xué)生思索、探討，明確空氣阻力使下落物體的運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)得很困難，科學(xué)探討的第一步是先忽視空氣阻力，探討物體不受空氣阻力的運(yùn)動(dòng)。在這樣的學(xué)習(xí)中，學(xué)生不僅可以提高視察與推理的實(shí)力，而且會(huì)漸漸形成視察與思索的習(xí)慣。）

（過(guò)渡：人們依據(jù)簡(jiǎn)潔的視察所得到的直覺(jué)觀念和結(jié)論往往不確定都是牢靠的，應(yīng)當(dāng)用科學(xué)試驗(yàn)對(duì)它們進(jìn)行檢驗(yàn)。）

二、探究探討過(guò)程

1．提出問(wèn)題

(1)那么自由落體運(yùn)動(dòng)是什么性質(zhì)的運(yùn)動(dòng)呢？（生：（部分）是勻變速直線運(yùn)動(dòng)。）如是，怎樣通過(guò)試驗(yàn)驗(yàn)證？

(2)它的加速度與哪些因素有關(guān)？與落體質(zhì)量有關(guān)嗎？

(3)你的說(shuō)法有依據(jù)嗎？你探討過(guò)嗎？（反問(wèn)）

2．猜想假設(shè)

(l)落體運(yùn)動(dòng)既然是自然界最常見(jiàn)、最普遍的一種運(yùn)動(dòng)，那么其中必定隱藏著最簡(jiǎn)潔的規(guī)律。

(2)方法教化：大物理學(xué)家們對(duì)猜想假設(shè)的理解。

一旦科學(xué)插上幻想的翅膀，它就能贏得成功。──法拉第（英國(guó)）

沒(méi)有大膽的揣測(cè)就作不出宏大的發(fā)覺(jué)。──牛頓（英國(guó)）

(3)讓學(xué)生大膽猜想自由落體運(yùn)動(dòng)是一種最簡(jiǎn)潔的一種變速運(yùn)動(dòng)──初速度為零的勻加速直線運(yùn)動(dòng)。

(4)怎樣探討物體運(yùn)動(dòng)的規(guī)律？

對(duì)于初速度為零的勻加速直線運(yùn)動(dòng)，加速度為常量，物體運(yùn)動(dòng)的位移s、時(shí)間t、速度v之間存在如下關(guān)系：

3．設(shè)計(jì)試驗(yàn)方案（老師引導(dǎo)，學(xué)生通過(guò)學(xué)生分組合作探討，提出設(shè)計(jì)方案。）

方案一：用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器記錄的紙帶探討物體的自由落體運(yùn)動(dòng)

設(shè)計(jì)原理：

設(shè)計(jì)要求：

(1)如何提高本試驗(yàn)的精確度？

(2)完成試驗(yàn)后，對(duì)紙帶進(jìn)行分析，如何推斷其是勻變速運(yùn)動(dòng)？

(3)如何利用試驗(yàn)來(lái)說(shuō)明不同物體的自由落體運(yùn)動(dòng)規(guī)律相同？

設(shè)計(jì)思路：用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器探討物體的運(yùn)動(dòng)時(shí)，為提高試驗(yàn)的精確度，應(yīng)從削減阻力、正確安裝器材及操作步驟合理等入手。打點(diǎn)計(jì)時(shí)器最大的特點(diǎn)就是每打兩點(diǎn)的時(shí)間間隔相等，它干脆記錄下的實(shí)際是物體在連續(xù)相等時(shí)間間隔內(nèi)的位移，通過(guò)探討這些位移，看連續(xù)相等時(shí)間間隔內(nèi)的位移差△s是否相等，從而得知物體的運(yùn)動(dòng)性質(zhì)。

設(shè)計(jì)結(jié)果：

(1)由自由落體運(yùn)動(dòng)的定義知，要提高試驗(yàn)的精確度，應(yīng)當(dāng)從盡量削減阻力入手。詳細(xì)方法是：整個(gè)裝置應(yīng)豎直（如圖所示），紙帶應(yīng)平行于打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的限位孔，先打點(diǎn)后放手等。

(2)從相鄰兩點(diǎn)間的距離可看出，物體越往下落，相同時(shí)間間隔內(nèi)下落的距離越大，即速度越來(lái)越大。

(3)各組利用各自的紙帶選擇清楚的，并量出相鄰各點(diǎn)間的距離。

分組試驗(yàn)：按設(shè)計(jì)要求操作試驗(yàn)，進(jìn)行分組試驗(yàn)時(shí)，同組試驗(yàn)者要求相互合作。各組試驗(yàn)時(shí)所用的重物質(zhì)量、形態(tài)各不相同。

（說(shuō)明：學(xué)生可能會(huì)依據(jù)勻變速運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)會(huì)提出多種方案，以下方案的設(shè)計(jì)老師要賜予確定，有條件的可以依據(jù)實(shí)際條件進(jìn)行老師課堂演示，沒(méi)條件的可以用光電門(mén)替代，作為學(xué)生課外探討性課題。）

方案二：利用找出落體物體的速度與時(shí)間的關(guān)系

測(cè)速度隨時(shí)間改變的關(guān)系

方案三：利用找出落體物體的位移與時(shí)間的關(guān)系

測(cè)位移隨時(shí)間改變的關(guān)系

設(shè)計(jì)原理：v-t圖s-t圖

設(shè)計(jì)思路：利用儀器測(cè)出v、s、t各量

設(shè)計(jì)結(jié)果：通過(guò)描點(diǎn)作圖，得出圖象對(duì)應(yīng)的規(guī)律。

（說(shuō)明：老師對(duì)以上幾種方案進(jìn)行評(píng)價(jià)，特殊對(duì)于方案一要著重分析引導(dǎo)，有利于養(yǎng)成良好的試驗(yàn)習(xí)慣。對(duì)于方案二、三老師先賜予確定，利用大屏幕投影進(jìn)行演示。給學(xué)生介紹隨現(xiàn)代科技的發(fā)展，有一種儀器(如圖)

利用LoggerPro軟件自動(dòng)識(shí)別連接在Lab-Pro上的運(yùn)動(dòng)傳感器，能干脆讀出自由下落物體的速度和位移，不僅會(huì)大大縮短試驗(yàn)時(shí)間，而且能解決處理數(shù)據(jù)時(shí)遇到的如何計(jì)算速度這一難題。）

4．分析試驗(yàn)數(shù)據(jù)

方案一：

利用量出的SAB、SBC、SCD算出△s，看是否在試驗(yàn)誤差范圍內(nèi)相等。若是相等，利用△s=aT2計(jì)算出a=？并依據(jù)紙帶推斷出A的方向。

方案二：利用LoggerPro軟件做出v-t圖象。如圖。

方案三：利用LoggerPro軟件做出s-t圖象。如圖。

5．總結(jié)溝通結(jié)論成果

方案一：利用各組試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析，進(jìn)行溝通，推斷得出結(jié)論是否相同？算出的口是否相等？

進(jìn)行溝通后，發(fā)覺(jué)不同物體所做的試驗(yàn)結(jié)論都相差不大，都在9．5m/s2左右，在試驗(yàn)誤差范圍內(nèi)可以認(rèn)為相同。

方案二、三：利用loggerPro軟件對(duì)圖象進(jìn)行擬合后，得出的A接近9．8m/s2。

結(jié)論：輕重物體下落快慢相同，都做初速度為零的勻變速直線運(yùn)動(dòng)，A接近9．8m/s2。方案一偏差較大且值都偏小的緣由是阻力影響較大（紙帶與限位孔、空氣阻力等）。

板書(shū)：(1)運(yùn)動(dòng)性質(zhì)：初速度為零的勻變速直線運(yùn)動(dòng)。

·不同重量的物體加速度相同；這個(gè)加速度稱為重力加速度。

·加速度的大小為：____（學(xué)生由試驗(yàn)中測(cè)量的值）。

板書(shū)：(2)自由落體的加速度──重力加速度g

在同一地點(diǎn)，一切物體做自由落體的加速度都相同。

強(qiáng)調(diào)：“在同一地點(diǎn)”。就是說(shuō)，在不同的地點(diǎn)，物體自由落體的加速度不同。（老師介紹精確試驗(yàn)測(cè)定的北極9．832m/s2、北京9．801m/s2、長(zhǎng)沙9．791m/s2、赤道9．780m/s2的重力加速度值，總結(jié)出：越靠近赤道，重力加速度的值越小；越靠近兩極，重力加速度的值越大。并給出一般取值。）

板書(shū)：通常計(jì)算中，g=9．8m/s2

方向：豎直向下。

6．探究過(guò)程小結(jié)：通過(guò)視察、思索、分析，提出所要探討的問(wèn)題，然后作出假設(shè)，選擇試驗(yàn)方案，分析試驗(yàn)數(shù)據(jù)、總結(jié)溝通結(jié)論成果，是科學(xué)探究的重要途徑。

三、應(yīng)用

1．閃光照片

現(xiàn)代科學(xué)發(fā)展為我們探討自由落體運(yùn)動(dòng)的性質(zhì)供應(yīng)了更為科學(xué)的手段，請(qǐng)同學(xué)們看彩圖，彩圖是自由落體的小球的閃光照片按比例的縮小圖。（簡(jiǎn)介閃光照相）照片上相鄰的球是相隔1/30秒的時(shí)間拍攝的，請(qǐng)大家用刻度尺測(cè)相鄰的每?jī)蓚€(gè)球之間的距離S，在計(jì)算出相鄰每?jī)啥蔚奈灰撇?，看是否是恒量?/p>

（生：（測(cè)量、計(jì)算）是恒量，說(shuō)明自由落體運(yùn)動(dòng)是勻變速直線運(yùn)動(dòng)。）

2．能否找出剛才紙帶上所打的第一個(gè)點(diǎn)嗎？

（利用只要距其次個(gè)點(diǎn)約為2mm的點(diǎn)）

3．為了測(cè)出井口到井里水面的深度，身邊沒(méi)有尺子，但有一秒表，如何粗略測(cè)量其深度?？勺屢粋€(gè)小石塊從井口下落，若測(cè)得經(jīng)2s鐘聽(tīng)到石塊落到水面的聲音，求井口到水面的大約深。（不計(jì)聲音傳播的時(shí)間）(19．6米)

小結(jié)：從這題中可以看到應(yīng)用自由落體運(yùn)動(dòng)規(guī)律，我們可以把長(zhǎng)度測(cè)量問(wèn)題轉(zhuǎn)換為時(shí)間測(cè)量問(wèn)題。這是物理學(xué)探討中常用的測(cè)量轉(zhuǎn)換方法。

4．（參見(jiàn)教科書(shū)44頁(yè)做一做）