1、2.5 自由落體運動從容說課 自由落體運動是自然界中廣泛存在的自由下落運動的理想化模型，是一種典型的勻變速直線運動.本節課通過實驗探究的方式得到自由落體運動的概念和規律.運用抽象思維提出問題，通過簡單易行的實驗進行探究，尋找論據.經歷交流實驗結果和學生的分析、討論，讓學生確定物體下落快慢與物體的質量無關的關系.通過對“牛頓管”實驗的觀察和思考，進一步驗證設想.使學生學會如何通過生活中的表面現象去探索掩蓋中的規律的方法.自由落體運動有其廣泛性和特殊性，對自由落體運動進行深入具體的研究有利于學生更深刻地理解勻變速運動的規律.在教學中，要盡可能理論聯系實際進行實驗探究式教學.教學中可以引導學生從日常

2、生活經驗出發，逐步提出問題，不斷引發矛盾，讓學生自己得出結論.自由落體運動有明確的定義：物體僅在重力作用下，從靜止開始下落的運動.教師要講清楚物體做自由落體運動的條件對學生理解這一定義有很大的幫助.準確地理解自由落體運動的定義有利于學生形成嚴謹的科學態度.還要通過對落體運動的實驗探究，測定重物自由下落的加速度.做好幾個探究實驗是本節課的關鍵.三維目標 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

3、，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律推出自由落體運動規律，并能夠運用自由落體規律解決實際問題.5.初步了解探索自然規律的科學方法.培養學生的觀察、概括能力.過程與方法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，探究運動規律的同時讓學生進一步體驗科學探究方法.1.培養學生利用物理語言歸納總結規律的能力.2.引導學生養成進行簡單物理研究習慣、根據現象進行合理假設與猜想的探究方法.3.引導學生學會分析數據，歸納總結自由落體的加速度g隨緯度變化的規律.4.教師應該在教學中盡量為學生提供制定探究

4、計劃的機會.根據學生的實際能力去引導學生進行觀察、思考、討論和交流.情感態度與價值觀1.調動學生積極參與討論的興趣，培養邏輯思維能力及表述能力.2.滲透物理方法的教育，在研究物理規律的過程中抽象出一種物理模型自由落體.3.培養學生的團結合作精神和協作意識，敢于提出與別人不同的見解.教學重點 1.自由落體運動的概念及探究自由落體運動的過程.2.掌握自由落體運動的規律，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律解決實際問題.2.照相機曝光時間的估算.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（兩個質量不同）等.課時安排 2

5、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2 000多年來統治著人們頭腦的舊觀念，開創了實驗和科學推理之先河，將近代物理學以至近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有一定的規律可循呢？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？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？【

6、實驗探究】猜想：物體下落過程的運動情況與哪些因素有關，質量大的物體下落的速度比質量小的快嗎？（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.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落得快，說明質量大的下落得快.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，說明質量相同時體積小的下落得快.將一枚硬幣與已經粘貼了紙片的硬幣從同一高度同時釋放，觀察到一樣快，說明體積相同質量不同時下落一樣快.一塊面積較大的硬紙板、一個小軟木塞，分

7、別放到已調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，質量小的下落得會比質量大的還快.結論：物體下落過程的運動情況與物體質量無關.【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，觀察到的現象是金屬片下落得快，羽毛下落得慢.將羽毛和金屬片放入抽去空氣的玻璃管中，讓它們同時下落，觀察到的現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，應先關閉錢毛管閥門，然后再停止泵的運轉.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

8、閥，讓學生注意聽到進氣的聲音，看羽毛被氣流吹起的現象，再讓學生觀察羽毛、軟木塞或金屬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，以免不抽氣時出現同時下落的現象.結論：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.【課堂訓練】圖241所示是課題研究小組進行自由落體運動實驗時，用頻閃連續拍照的方法獲得的兩張照片A和B，任選其中的一張，回答下列幾個問題：圖241（1）我選圖_；（2）我從圖中觀察到的現象是:_.（3）請對你所觀察到的現象進行解釋.參考解答1:（1）圖A（2）質量相等的紙片和紙團同時釋放，紙片比紙

9、團下落得慢.（3）如圖242，質量相等的紙片和紙團，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，所以質量相等的紙片和紙團同時放手，紙片比紙團下落得慢.圖242 紙片和紙團參考解答2:（1）圖B（2）體積相等的鉛球和木球同時釋放，幾乎是同時落地的.（3）如圖243，阻力對它們的影響很小，幾乎可以忽略，雖然G鉛大于G木，但是由于m鉛也大于m木，即鉛球的慣性比木球大，所以它們獲得了相同的加速度g.對于同種材料的大、小二球，情況也是如此，它們也有相同的加速度g，所以體積相等的鉛球和木球幾乎是同時落地

10、的.圖243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

11、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.【閱讀】師：請同學們閱讀下面的小資料，體會空氣阻力的影響.（課件投影）氣體和液體都具有流動性，統稱為流體，物體在流體中運動時，要受到流體的阻力，阻力的方向與物體相對于流體運動的方向相反.汽車、火車、飛機等交通工具在空氣中運動，要受到空氣的阻力.快速騎自行車，我們就會感到空氣的阻力，輪船、潛艇在水面或水下航行，要受到水的阻力.魚在水中游動、人在水中游泳，都要受到水的阻力.流體的阻力跟物體相對于流體

12、的速度有關，速度越大，阻力越大.雨滴在空氣中下落，速度越來越大，所受空氣阻力也越來越大.當阻力增大與雨滴所受重力相等時，二力平衡，雨滴開始勻速下落.流體的阻力跟物體的橫截面積有關，橫截面積越大，阻力越大.跳傘運動員在空氣中張開降落傘，憑借著降落傘較大的橫截面積取得較大的空氣阻力，可以比較緩慢地降落.航天飛機著陸后，在飛機后面張開一面類似降落傘的裝置，加大阻力，以便較快地停下來.流體的阻力還跟物體的形狀有關系，頭圓尾尖的物體所受的流體阻力較小，這種形狀通常叫做流線型.魚的形狀就是流線型的.為了減小阻力，小轎車、賽車、飛機、潛艇以及輪船的水下部分，外形都采用流線型設計.一般來說，空氣阻力比液體阻力

13、、固體間的摩擦力要小.氣墊船靠船下噴出的氣體，懸浮在水面上航行，阻力減小，速度很大.磁懸浮列車靠電磁力使列車懸浮在軌道上行駛，速度可高達500 km/h.【實驗探究】按照教材第45頁的圖2.41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用，但實驗的準確度較難把握.因此在實驗

14、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；應選用質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，可使空氣阻力減小；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2 mm的紙帶才是有效的；（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，注意培養實事求是的科學態度；要求學生保存好記錄了自由落體運動信息的紙帶，為下節課研究運動規律作準備.師：完成

15、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，其速度有沒有發生變化？（3）有的同學從實驗結果中得出xt2，有的同學得出xt，你的結論又如何呢？（4）相鄰、相等時間間隔的位移之差有怎樣的關系？（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）連續相同時間內的位移越來越大，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

16、算其加速度，換用不同質量的重物看紙帶上點子間隔有什么不同，總結得出結論.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，通過比較得出結論.實驗探究結果：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9.8 m/s2.【課堂訓練】意大利的城市比薩有座著名的塔，建于1173年，塔高55.4 m，由于塔基問題，塔身發生傾斜，這正是理想的落體實驗場所.傳說，經典力學與實驗物理學的先驅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

17、，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.伽利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生過，然而比薩博物館至今還展覽著據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果兩個各重1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論？參考結果：（1）同時落地 （2）物體下落過程的運動情況與物體質量無關二、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據，歸納總結規律.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

18、同嗎？2.它的方向如何？生:使用不同的物體進行的反復實驗表明，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）；大小：與地點有關.一般計算中g=9.8 m/s2，粗略計算中可以取g=10 m/s2.讓學生看教材第46頁列表，嘗試從表中尋找規律，這一規律是怎樣產生的？學生猜想，但不宜過多解釋.生:越往北重力加速度越大，說明重力加速度與地理緯度有關，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

19、的初速度v0=0，a取g就可以了.自由落體運動遵從的規律：v=v0+at推出：v=gtx=v0t+at2推出：x=gt2.【討論與交流】在現實中，雨滴大約在1.5 km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？據資料顯示，落到地面的雨滴速度一般不超過8 m/s.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.那么一切物體的下落都一樣快，加速度都為g9.8 m/s2，在任意時刻物體的速度vt=gt，在任意時刻物體下落的高度：h=gt2.這樣，可以得出v

20、t2=2gh.現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，水蒸氣出現過飽和，使水蒸氣凝結而形成小水滴，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?我們先假設水滴下落是自由落體，并且還假設云的高度為2 000 m，那么這樣的水滴下落到地面的速度有多大?由vt2=2gh易計算得到vt=200 m/s.試想水滴以這樣大的速度下落到頭上會發生什么，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8 m/s的速度勻速下落.這樣的速度已經很大了

21、，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，較大的部分繼續下落，而較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，落到地面的雨滴速度一般不超過8 m/s.【實驗與探究】下面提供一組探究課題，僅供參考.1.根據漫畫討論

22、如圖244所示：他們采用了什么方法測量洞的深度？請你對該方法進行評估（指出有何優點與不足）.漫畫：洞有多深？圖244參考解答：他們采用的是自由落體運動規律，通過測量石頭下落的時間求位移的方法測量洞深.由于x=gt2，g10 m/s2，t=2 s，所以x=20 m該方法的優點：（1）所使用的儀器設備簡單；（2）測量方法方便；（3）g的取值熟悉；（4）運算簡便該方法的不足：（1）測量方法粗略，誤差較大；（2）石塊下落的初速度不為零，不是真正的自由落體運動；（3）石塊下落有空氣阻力，會造成一定的誤差；（4）未考慮聲音傳播需要的時間.2.用滴水法可以測定重力加速度的值.方法是：在自來水龍頭下面固定一塊

23、擋板A，使水一滴一滴斷續地滴落到擋板上，仔細調節水龍頭，使得耳朵剛好聽到前一水滴滴在擋板上的聲音的同時，下一水滴剛好開始下落.首先量出水龍頭口離擋板的高度h，再用秒表計時，計時方法是：當聽到某一水滴滴在擋板上的聲音的同時，開啟秒表開始計時，并數“1”，以后每聽到一聲水滴聲，依次數“2、3、4”，一直數到“n”時，按下秒表按鈕停止計時，讀出秒表的示數為t.（1）寫出用上述測量計算重力加速度g的表達式.（2）為了減小誤差，改變h的數據，測出多組數據.次數高度h/cm空中運動時間t/s120.100.20225.200.23332.430.26438.450.28544.000.30650.120.

24、32記錄在表格中（表中t是水滴從水龍頭口到A板所用的時間，即水滴在空中運動的時間），請在圖245中所示的坐標紙上作出適當的圖象，并利用圖象求出重力加速度g的值.（要求兩位有效數字）圖245參考解答：（1）每滴水下落h所用的時間為t=，根據自由落體運動規律h=gt2可得g=.（2）由于=，故下落高度h為縱坐標，以時間的平方t2為橫坐標畫ht2圖象，應為直線，其斜率k=，g=2k.認真描點作圖，求出斜率k，即可求得g.解得g=9.78 m/s2.【課堂訓練】一位同學進行“用打點計時器測量自由落體的加速度”實驗.（1）現有下列器材可供選擇：鐵架臺、電火花計時器及碳粉紙、電磁打點計時器及復寫紙、紙帶若

25、干、220 V交流電源、低壓直流電源、天平、秒表、導線、電鍵.其中不必要的器材是：_；缺少的器材是_.（2）這位同學從打出的幾條紙帶中，挑出較為理想的一條紙帶.把開始打的第一個點標為A，隨后連續的幾個點依次標記為點B、C、D、E和F，測量出各點間的距離，如圖246所示.圖246請你在這位同學工作的基礎上，思考求紙帶加速度的方法，寫出你所依據的公式：_（3）根據你的計算公式，設計表格記錄需要的數據，計算紙帶下落的加速度.（結果保留兩位有效數字）（4）估計你的計算結果的誤差有多大？試分析誤差的來源及其減小誤差的方法.參考解答：（1）要根據各校具體使用的儀器作答，例如：其中不必要的器材是：電火花打點

26、計時器及碳粉紙、220 V交流電源、低壓直流電源、天平、秒表；缺少的器材是：低壓交流電源、毫米刻度尺、重錘.（2）依據的公式：.（3）數據處理方法不限，要體現取平均值消除誤差的思想，表格記錄的數據要與所使用的公式匹配.平均x/m（EF）0.017 3（DE）0.013 4（CD）0.009 6（BC）0.005 8（AB）0.001 9/x/m/0.003 90.003 80.003 80.003 90.003 85a/（m·s2）/9.63（4）實驗結果紙帶的加速度9.63 m/s2與重力加速度的標準值9.8 m/s2有偏差，誤差大小為a=|9.89.63| m/s2=0.17 m

27、/s2.誤差的來源主要是空氣的阻力和紙帶的摩擦，可以用增大重錘重力的方法，減少摩擦的影響.【做一做】1.閱讀教材第46頁“測定反應時間”，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10 cm，那么這位同學的反應時間是多少？參考：根據自由落體運動規律h=gt2可得反應時間t=0.14 s.問題2:在上課時，教師用這種方法測量同學們的反應時間，但同學剛把尺子捏住，教師馬上就說出該同學的反應時間，也沒見他怎樣計算，你知道老師是怎樣做的嗎？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

28、必準確解答，同時強調“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1/30 s或1/60 s，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.故在這樣短的時間內，這種誤差允許的范圍內，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.小結這節課我們學習了對自由落體運動概念和規律的認識及理解.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，學好本節可更好地認識勻變速直線運動的規律和特點，是

29、對上節內容的有益補充.要突破此重點內容，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v0=0，a=g.我們在以前章節中所掌握的所有勻變速直線運動的規律及推論，在自由落體運動中均可使用.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入計算.自由落體運動是一種非常重要的運動形式，在現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、最基本的情況入手，抓住影響運動的主要因素，去掉次要的非本質因素的干擾，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律，理想化是研

30、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.布置作業教材第47頁“問題與練習”.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入地球大氣層中，但當它們進入大氣層后，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被燒毀.現在人類向天空發射的飛行器、衛星等當超過一定使用年限后，也讓它們進入大氣層燒毀，那么小隕石等進入大氣層后的運動是自由落體運動嗎？2.甲、乙兩物體的質量之比為14，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1 s先后釋放兩個相同材料制成的小球，假設小球做自由落體運動，則它們在空