物理学与人类文明ppt课件教学实录

第四节

自由落体运动

三维目标

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．能用打点记时器或其他实验仪器得到相关的运动轨迹并能自主进行分析。

3．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．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．由学生自主进行实验探究，采取实验室的基本实验仪器—打点记时器，记录下运动的信息，定量地测定重物自由下落的加速度，探究运动规律的同时让学生进一步体验科学探究方法。

2．培养学生利用物理语言归纳总结规律的能力。

3．引导学生养成进行简单物理研究习惯、根据现象进行合理假设与猜想的探究方法。

4．引导学生学会分析数据，归纳总结自由落体的加速度g随纬度

变化的规律。

5．教师应该在教学中尽量为学生提供制定探究的机会，根据学生的实际能力去引导学生进行观察、思考、讨论和交流。

情感态度与价值观

1．调动学生积极参与讨论的兴趣，培养逻辑思维能力及表述能力/。

2．渗透物理方法的教育，在研究物理规律的过程中抽象出一种物理模型—自由落体

3．培养学生的团结合作精神和协作意识，敢于提出与别人不同的见解。

教学重点

重点是使学生掌握自由落体的速度和位移随时间变化的规律。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

是演示实验的技巧及规律的得出，介绍伽利略的实验验证及巧妙的推理。

教具

牛顿管、硬币、小纸片、打点记时器、刻度尺、铁架台、纸带、重物等

课时安排

1课时

教学内容

复习提问

1∶s2∶s3=1∶4∶9

sⅠ∶sⅡ∶sⅢ＝1∶3∶5 引入新课

演示：多种小物体的下落。我们都见过雨滴、雪片从天而降，树叶飘落，苹果坠地以及石子落入水井中，上述物体都是受到重力作用而竖直下落的。

落体运动：指出在地面附近的任何物体，脱离支持物后，竖直落向地面的运动叫做落体运动。

研究落体运动对我们的生产和生活有非常重要的意义。如：我们通过坠落的石子来测量井口到水面的深度；飞机空投人员和货物时使用降落伞以减小着地速度等都用上了自由落体运动的相关知识。引入新课

历史回顾及实验

演示１：取一枚硬币，一枚与硬币等大的纸片，让它们从同一高度同时下落，观察下落情况。

结论：“物体越重，下落得越快”。

1．亚里士多德(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：

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。

问题：到底是谁的观点对呢？我们可做个简易实验，试试看。

演示2：取一颗小石子，一张比小石子重的大纸片，让它们从同一高度同时下落，观察下落情况。。

结论：“观察出小石子先着地，得出物体越轻下落越快。”

演示3：取两张完全相同的大纸片，它们的重力是相同的，这样重力对下落的作用是相同的（采用控制变量法），再把其中的一张捏成纸团，让它们从同一高度同时下落。

结论：“观察到纸团先着地，重力相同的两个物体下落快慢可能不同。”

物体下落的快慢和物体的轻重关系比较复杂，既不能说越重越快，也不能说越轻越快，

重力相同的两个物体下落快慢可能不同。那么，除了物体的重力外，影响以上各实验物体下落快慢的因素还可能有什么呢？

学生讨论分析

分析前面各实验现象的原因得出是空气阻力的影响。影响空气阻力大小的因素太复杂（物体形状、速度大小、空气密度等），引导得出最好先研究在没有空气阻力的条件下的落体运动。

问题与假设

空气阻力是影响物体下落快慢的重要因素，若消除空气阻力，轻重物体的下落快慢会怎样呢？思维敏捷的学生对观察、实验得到的现象进行分析后会作出各种假设，学生们争论不休，期盼结论。

演示4：取一枚硬币，一枚与硬币等大的纸片，将纸片捏成团。让硬币与纸团从同一高度同时自由下落。

现象：观察到在空气阻力可忽略时，两者几乎同时着地。

演示5：通过牛顿管来演示羽毛和钱币下落的快慢

现象：没有抽气时，羽毛比钱币下落慢得多，尽量抽空管内空气后，两者几乎同步下落，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。

结论：物体下落过程的运动情况与物体的质量无关，没有空气阻力时，羽毛和钱币下落一样快。引入自由落体运动的概念。

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．说明：自由落体运动是一种理想化的运动，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)，在空气阻力远小于物体的重力，空气阻力的作用可以忽略不计时，落体运动可以近似看成是自由落体运动。

3．推论：在没有空气阻力时，做自由落体运动的物体，在同一地点不同物体做自由落体运动的情况都相同。

二．自由落体运动的性质：

（探索自由落体运动的性质）（说明下一节有关于伽利略研究自由落体运动的过程，请同学们阅读）

从实验中知道，自由落体运动是一种变速直线运动，这种运动是什么性质的运动呢？是一般的变速直线运动，还是匀变速直线运动呢？

（展示重物自由下落时打点计时器打下的一条纸带）

从纸带可以看出，在相等的时间间隔里，小球下落的位移越来越大，表明小球在做加速运动。

（演示实验）

利用重物自由下落时打点计时器打下的纸带，测出有关的数据，利用结论ΔS＝SⅡ－SⅠ＝SⅢ－SⅡ＝…＝aT2，定量判断出自由落体运动是匀加速直线运动，并求出加速度的大小（在处理纸带是可以利用投影，教师测量数据，让学生自己处理并得出结果）

（教师小结）

1．结论：自由落体运动是一种初速度等于零的匀加速直线运动。

通过不同重量的物体在被抽掉空气的玻璃管内下落的情况的比较，可以得出的结论是：在没有空气阻力时，做自由落体运动的物体，在同一地点不同物体做自由落体运动的情况都相同，所以它们从静止开始在相同时间里下落的位移必定相同，根据公式S＝at2/2，得出自由落体运动的物体都具有相同的加速度。在同一地点的不同物体做自由落体运动的加速度均相同。

2．

自由落体加速度：

(1)在同一地点，不同物体作自由落体运动时的加速度相同，这个加速度叫自由落体加速度，也叫做重力加速度，通常用g表示。

物体自由下落时速度变化的快慢都一样。我们平时看到轻重不同，密度不同的物体下落时的快慢不同，加速度不同，那是因为它们受到的阻力不同的缘故。

(2)不同的地理位置，重力加速度的大小不同，其大小与物体所在地球上的位置有关，与离地面的高度也有关。在通常情况下，重力加速度取g=9.8m/s2，粗略计算时g取g=10m/s2

。

(3)重力加速度是矢量，它的方向总是竖直向下的，与重力方向相同。

由于自由落体运动是初速度为零的匀加速直线运动，所以匀变速直线运动的基本规律及其推论都适用于自由落体运动，只要把V0取零，并且用g来代替加速度a就行了。

三．自由落体运动的规律：

1．规律：速度变化规律

Vt＝gt 位移变化规律

S＝gt2/2

2．推论：Vt2＝2gs

V＝Vt/2＝Vt中

3．特点：V1

∶V2∶V3…＝1∶2∶3…

S1∶S2∶S3

…

＝12∶22∶32…

SⅠ∶SⅡ∶SⅢ…

＝1∶3∶5…

ΔS＝SⅡ－SⅠ＝SⅢ－SⅡ＝…＝gT2

例1。物体从离地h 高处下落，它在落地前的1s 内下落35m，求物体下落时的高度及下落时间。

解析：设下落时间为t ,则有：

最后1s 内的位移便是ts内的位移与(t-1)s内的位移之差：

s=121gt-g(t-1)2 22代入数据：35=5t2-t(t-1)2

得t =4s

下落时的高度h=12gt=80m 2例2：长为L的细杆AB，从静步开始竖直落下，求它全部通过距下端h处的p点所用时间是多少？

解析：由于细杆上各点运动状态完全相同，可以将整个杆转化为一个点，例如只研究A点的运动。

B下落h时，杆开始过P点，A点下落h+L时，杆完全过P点。

从A点开始下落至杆全部通过P点所用时间为

t1 =2(hL)

g2h

gA点下落h所用时间，t2 =杆通过P点所用的时间，

t=t1

– t 2 =2(hL)2h

gg通过草图分清各阶段运动，然后用自由落体运动公式求解。

巩固应用

1．做一做：测定反应时间（详见教材）

（学生对这个小实验兴趣极大，个个跃跃欲试，可多做几位，g 取10m/s2，教师必须先测算出一些数据，做好准备）

2．某人要测一座高塔的高度，从这座塔顶上静止释放一个小石块，测得石块从释放到落地时间是3.0s，问塔有多高？g取10m/s2。

3．甲物体的质量是乙物体质量的2倍，甲从H米高处自由落下，乙从2H米高处与甲同时自由下落，下面说法中正确的是：

A：两物体下落过程中，同一时刻甲的速度比乙的速度大。

B：下落过程中，下落1s末时，它们速度相同。

C：下落过程中，各自下落1m时，它们的速度相同。

D：下落过程中，甲的加速度比乙的大。

4．一个自由落体落至地面前最后一秒钟内通过的路程是全程的一半，求它落到地面所需的时间。

解析：物体做匀变速直线运动，第n秒通过的路程为sN，n秒内通过的路程为sn，则

物体在n-1秒内通过的路程为sn-1，则

根据题意，得

【课堂小结】

1．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。

2．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。

3．自由落体运动是一种简单的基本的运动形式，抛体运动可以看成是另一个运动形式与自由落体运动的合成，也就是说自由落体是研究其他抛体运动的基础，一定要抓住其产生的条件和运动规律。