《自由落體運動》教學設計【學習任務分析】本節內容是對前幾節運動學的知識和研究方法的應用和提升。通過演示實驗和學生合作實驗，分析得出自由落體運動的性質，明確重力加速度的意義，不僅使學生對自由落體運動規律有具體、深入的認識和規律在實際問題中的應用，而且使學生在獨立獲取物理知識、探究物理規律、解決物理問題等方面獲得具體的成果，體驗科學研究的方法，讓學生得到成功的體驗，享受成功的愉悅，激發學習的熱情和責任感。本節教學的重點在于引導學生思考研究自由落體運動的實驗原理和方法，特別是利用打點計時器記錄運動軌跡和時間的方法及實驗數據處理、結論得出、誤差分析等實驗方法。本節教學的難點在于實驗探究的思路、方法。【學習者分析】學生前面已認識描述運動的基本物理量──位移、路程、速度、加速度，掌握勻變速直線運動的規律，并且通過對以上問題的研究，已體會到物理學研究問題的一些方法，如運用理想模型和數學方法（圖象、公式），以及測加速度、處理實驗數據等方法。【教學目標】1．通過觀察演示實驗概括出自由落體運動的條件，滲透物理方法，從而培養學生的觀察、概括、科學抽象能力。2．通過學生的合作實驗研究自由落體運動的規律，領會科學探究方法（提出問題、猜想假設、設計實驗方案、分析實驗數據、總結交流結論成果），理解自由落體運動的實質是加速度為g的勻加速直線運動。3．歸納出自由落體加速度的大小和方向，會判別不同地點重力加速度的大小。4．運用理想化方法，通過比較重力與空氣阻力的大小，將實際問題轉化為自由落體問題。5．會運用勻變速直線運動的規律解決自由落體的問題，激發學生探究科學的熱情，增強學生將物理知識應用于生活和生產的意識。【教學過程設計】讓學生利用已有的知識和方法，經歷科學探究的過程，培養科學探究能力，體現物理學是以實驗為基礎這一特點，具體設計思路流程如右圖。虛線框內為探究過程。【教學過程】一、通過演示實驗，引出要探究的問題1．概括落體運動是豎直向下的直線運動(1)懸掛在鐵架臺上的小球，它受到幾個力的作用？（重力、懸線拉力）演示1：用火將懸線燒斷，引導學生觀察小球的運動。（學生觀察到：小球在重力作用下，沿豎直方向作直線運動。）(2)落體運動是最常見的一種運動演示2：石塊、粉筆頭從手中落下(3)結論：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動。（過渡：這節課，我們就來學習一種特殊的下落運動。）（板書：自由落體運動。）2．物體下落快慢的因素分析(1)提出問題：究竟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、等高、無初速下落。（學生觀察到：重的鐵片先落地。）(2)得出“物體越重下落越快”的結論。觀點是否正確呢？你能否設計實驗證明你的觀點？（激發學生思考）(3)讓學生上講臺演示其設計的實驗，并說明其觀點。學生演示：較重的鐵紙片和輕小紙團同時、等高、無初速下落，或等大的鐵片和紙片疊在一起無初速下落。（學生觀察到：輕小紙團比較重的鐵片下落快，或鐵片和紙片一樣快。）(4)引導學生得出正確結論①根據前面的實驗和分析，同學們猜想一下，物體下落的快慢跟重力的大小有什么關系呢？（生：沒有關系。）②那怎么解釋前面的實驗現象呢？（生：空氣阻力影響了物體下落的快慢。）③同學們猜想一下，如果完全沒有空氣阻力的影響，輕、重物體誰下落得快呢？演示4：科普知識：1971年美國宇航員斯科特在月球上讓一把錘子和一根羽毛同時下落，觀察到它們同時落到月球表面。演示5：錢羽管實驗（學生觀察到：在抽去空氣的錢羽管內，輕重不同的鐵片、羽毛同時落下。）結論：在沒有空氣阻力時，物體下落的快慢跟物體重力無關。我們把這樣的運動稱為自由落體運動。（板書：定義：物體只在重力作用下，由靜止開始的下落運動叫自由落體運動。）(5)在日常生活中，我們平時見到的落體運動由于大氣層的存在，自由落體運動是一種理想運動，但掌握了這種理想運動的規律，也就為研究實際運動打下了基礎。當空氣阻力不太大，與重力相比較可以忽略時，實際的落體運動可以近似地當作自由落體運動。（讓學生體會自由落體運動有著普遍的意義和現代科技的發展與人類科學探究進程的關系。）演示6：體積相同的小木球和小鐵球同時、同高、無初速落下。（學生觀察到：兩球幾乎同時落地。）結論：（板書：自由落體運動的條件：a·從靜止開始下落，初速為零；b．只受重力，或其他力可忽略不計。）（說明：讓學生思考、討論，明確空氣阻力使下落物體的運動表現得很復雜，科學研究的第一步是先忽略空氣阻力，研究物體不受空氣阻力的運動。在這樣的學習中，學生不僅可以提高觀察與推理的能力，而且會逐漸形成觀察與思考的習慣。）（過渡：人們根據簡單的觀察所得到的直覺觀念和結論往往不一定都是可靠的，應當用科學實驗對它們進行檢驗。）二、探索研究過程1．提出問題(1)那么自由落體運動是什么性質的運動呢？（生：（部分）是勻變速直線運動。）如是，怎樣通過實驗驗證？(2)它的加速度與哪些因素有關？與落體質量有關嗎？(3)你的說法有根據嗎？你研究過嗎？（反問）2．猜想假設(l)落體運動既然是自然界最常見、最普遍的一種運動，那么其中必然蘊藏著最簡單的規律。(2)方法教育：大物理學家們對猜想假設的理解。一旦科學插上幻想的翅膀，它就能贏得勝利。──法拉第（英國）沒有大膽的猜測就作不出偉大的發現。──牛頓（英國）(3)讓學生大膽猜想自由落體運動是一種最簡單的一種變速運動──初速度為零的勻加速直線運動。(4)怎樣研究物體運動的規律？對于初速度為零的勻加速直線運動，加速度為常量，物體運動的位移s、時間t、速度v之間存在如下關系：3．設計實驗方案（教師引導，學生通過學生分組合作討論，提出設計方案。）方案一：用打點計時器記錄的紙帶研究物體的自由落體運動設計原理：設計要求：(1)如何提高本實驗的準確度？(2)完成實驗后，對紙帶進行分析，如何判斷其是勻變速運動？(3)如何利用實驗來說明不同物體的自由落體運動規律相同？設計思路：用打點計時器研究物體的運動時，為提高實驗的準確度，應從減少阻力、正確安裝器材及操作步驟合理等入手。打點計時器最大的特點就是每打兩點的時間間隔相等，它直接記錄下的實際是物體在連續相等時間間隔內的位移，通過研究這些位移，看連續相等時間間隔內的位移差△s是否相等，從而得知物體的運動性質。設計結果：(1)由自由落體運動的定義知，要提高實驗的準確度，應該從盡量減少阻力入手。具體辦法是：整個裝置應豎直（如圖所示），紙帶應平行于打點計時器的限位孔，先打點后放手等。(2)從相鄰兩點間的距離可看出，物體越往下落，相同時間間隔內下落的距離越大，即速度越來越大。(3)各組利用各自的紙帶選擇清晰的，并量出相鄰各點間的距離。分組實驗：按設計要求操作實驗，進行分組實驗時，同組實驗者要求相互合作。各組實驗時所用的重物質量、形狀各不相同。（說明：學生可能會根據勻變速運動的特點會提出多種方案，以下方案的設計老師要給予肯定，有條件的可以根據實際條件進行教師課堂演示，沒條件的可以用光電門替代，作為學生課外研究性課題。）方案二：利用找出落體物體的速度與時間的關系測速度隨時間變化的關系方案三：利用找出落體物體的位移與時間的關系測位移隨時間變化的關系設計原理：v-t圖s-t圖設計思路：利用儀器測出v、s、t各量設計結果：通過描點作圖，得出圖象對應的規律。（說明：教師對以上幾種方案進行評價，特別對于方案一要著重分析引導，有利于養成良好的實驗習慣。對于方案二、三教師先給予肯定，利用大屏幕投影進行演示。給學生介紹隨現代科技的發展，有一種儀器(如圖)利用LoggerPro軟件自動識別連接在Lab-Pro上的運動傳感器，能直接讀出自由下落物體的速度和位移，不僅會大大縮短實驗時間，而且能解決處理數據時遇到的如何計算速度這一難題。）4．分析實驗數據方案一：利用量出的SAB、SBC、SCD算出△s，看是否在實驗誤差范圍內相等。若是相等，利用△s=aT2計算出a=？并根據紙帶判斷出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．總結交流結論成果方案一：利用各組實驗數據分析，進行交流，判斷得出結論是否相同？算出的口是否相等？進行交流后，發現不同物體所做的試驗結論都相差不大，都在9．5m/s2左右，在實驗誤差范圍內可以認為相同。方案二、三：利用loggerPro軟件對圖象進行擬合后，得出的A接近9．8m/s2。結論：輕重物體下落快慢相同，都做初速度為零的勻變速直線運動，A接近9．8m/s2。方案一偏差較大且值都偏小的原因是阻力影響較大（紙帶與限位孔、空氣阻力等）。板書：(1)運動性質：初速度為零的勻變速直線運動。·不同重量的物體加速度相同；這個加速度稱為重力加速度。·加速度的大小為：____（學生由實驗中測量的值）。板書：(2)自由落體的加速度──重力加速度g在同一地點，一切物體做自由落體的加速度都相同。強調：“在同一地點”。就是說，在不同的地點，物體自由落體的加速度不同。（教師介紹精確實驗測定的北極9．832m/s2、北京9．801m/s2、長沙9．791m/s2、赤道9．780m/s2的重力加速度值，總結出：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：通常計算中，g=9．8m/s2方向：豎直向下。6．探究過程小結：通過觀察、思考、分析，提出所要研究的問題，然后作出假設，選擇實驗方案，分析實驗數據、總結交流結論成果，是科學探究的重要途徑。三、應用1．閃光照片現代科學發展為我們研究自由落體運動的性質提供了更為科學的手段，請同學們看彩圖，彩圖是自由落體的小球的閃光照片按比例的縮小圖。（簡介閃光照相）照片上相鄰的球是相隔1/30秒的時間拍攝的，請大家用刻度尺測相鄰的每兩個球之間的距離S，在計算出相鄰每兩段的位移差，看是否是恒量？（生：（測量、計算）是恒量，說明自由落體運動是勻變速直線運動。）2．能否找出剛才紙帶上所打的第一個點嗎？（利用只要距第二個點約為2mm的點）3．為了測出井口到井里水面的深度，身邊沒有尺子，但有一秒表，如何粗略測量其深度。可讓一個小石塊從井口下落，若測得經2s鐘聽到石塊落到水面的聲音，求井口到水面的大約深。（不計聲音傳播的時間）(19．6米)小結：從這題中可以看到應用自由落體運動規律，我們可以把長度測量問題轉換為時間測量問題。這是物理學研究中常用的測量轉換方法。4．（參見教科書44頁做一做）測定反應時間：測人的反應時間，一個人從發現情況到采取相應行動經過的時間叫反應時間。可以用下面方法測定：請一位同學用兩個手指捏住木尺頂端，請你拳起一只手的手指在木尺的下部，作握尺的準備，但手的任何部位都不要碰到木尺，當看到那位同學放手時，你立即握木尺，測出木尺下降的高度，就可以用自由落體規律求出反應時間。假設測得某人握住木尺時，木尺下降了20cm，求該人的反應時間。5．測量“傻瓜”照相機曝光時間（參見書44頁做一做）總結：運動規律：公式：【板書設計】【教學后記】1．通過演示實驗，激發了學生的學習興趣，培養了學生的觀察、概括、科學抽象能力。教學時，教學過程的第一部分（通過演示實驗，引出要探究的問題）可以適當緊湊些，盡量縮短教學時間。研究物體下落快慢的因素分析時，盡量激發學生思考，利用已有的實驗器材（紙片、鐵片），放手讓學生上講臺來演示，這不僅激發學生學習興趣，而且活躍了課堂氛圍。2．通過探索研究過程，得出重要的結論：自由落體是勻加速運動、加速度為g；同時“讓學生經歷科學探究的過程，培養科學探究能力”的精神。最后，自由落體運動規律的得出及應用等知識也就水到渠成。因此，對課本知識的適當延伸、拓展，讓學生經歷設計實驗、合作完成實驗、交流實驗成果、得出結論，再理論聯系實際，有利于培養學生探究能力，觀察、分析、解決實際問題的能力，這正是當今素質教育所要求的。3．在探究過程中，學生會提出很多方案。用打點計時器記錄的紙帶研究物體