自由落體運動教案

課時教案第單元第案總第案課題：§自由落體運動201年月日目標要求學(xué)科素養(yǎng)物理觀念：知道落體運動及條件；掌握自由落體加速度?？茖W(xué)思維：能夠運用自由落體運動的規(guī)律和特點解決有關(guān)問題；科學(xué)探究：會利用打點計時器測量自由落體加速度。教學(xué)重點1．自由落體運動的規(guī)律及應(yīng)用2．伽利略研究落體運動的科學(xué)思維方法3．教學(xué)難點1．落體運動規(guī)律的熟練應(yīng)用2．伽利略巧妙的實驗構(gòu)思3．高考考點課型新授教具牛頓管、打點計時器等教法教學(xué)過程教學(xué)環(huán)節(jié)教師活動預(yù)設(shè)學(xué)生活動預(yù)設(shè)課前復(fù)習(xí)：寫出勻變速直線運動速度、位移與時間的關(guān)系及速度與位移的關(guān)系。若v0=0有：若v0=0有：若v0=0有：物體下落是日常生活中常見的現(xiàn)象，但我們觀察到的是有的物體下落快，有的物體下落慢。學(xué)生寫出公式，教師適當點評。學(xué)生閱讀課本前問題，討論什么因素影響物體下落快慢教學(xué)環(huán)節(jié)教師活動預(yù)設(shè)學(xué)生活動預(yù)設(shè)物體的下落快慢和輕重沒有關(guān)系的結(jié)論在今天看來似乎并不難以接受，但這個結(jié)論卻是伽利略在經(jīng)歷了長時間的思考和實踐后才得出的，今天讓我們一起追尋他的足跡，學(xué)習(xí)伽利略的研究過程。一、綿延兩千年的錯誤人們?nèi)粘Ｉ畹慕?jīng)驗告訴我們，重的物體下落總是比較快。所以在16世紀以前，以亞里士多德為代表的學(xué)者認為物體下落的快慢由物體的輕重決定，物體越重下落越快。由于亞里士多德是古代史上最偉大的哲學(xué)家、科學(xué)家和教育家，加上他這一論斷符合人們的常識，以至于在其后兩千年的時間里，人們將他的觀點奉為經(jīng)典，直到文藝復(fù)興時期，才由伽利略才推翻了這一觀點。思考：伽利略是怎樣的推翻亞里士多德的觀點的呢？二、伽利略對亞里士多德觀點的否認學(xué)生閱讀課本P45回答邏輯的力量：伽利略從“重物比輕物下落得快”的前提推斷出了互相矛盾的結(jié)論，使亞里士多德的理論陷入了困境。三、伽利略對自由落體運動的研究信念的力量：自然界的規(guī)律是簡潔明了的。1.猜想與假說猜想：物體下落過程中的運動情況與物體質(zhì)量無關(guān)（傳伽利略在比薩斜塔上做過落體實驗，但后來又被嚴謹?shù)目甲C否定了。盡管如此，來自世界各地的人們都要前往參觀，他們把這座古塔看做伽利略的紀念碑）假說：落體運動應(yīng)該是最簡單的變速運動困難1：概念上的困難（連速度的定義都有）解決：首先建立速度v、平均速度、瞬時速度、加速度a等概念進一步假說：速度應(yīng)該是均勻變化的。2、數(shù)學(xué)推理速度應(yīng)該是均勻變化的，其情況又可以分為兩種:一種是速度v的變化對時間t來說是均勻的，即v∝t；另一種是速度v的變化對位移s來說是均勻的，即v∝s后來發(fā)現(xiàn)，如果v與s成正比，將推導(dǎo)出十分復(fù)雜的結(jié)論．思考：為什么會有錯誤認識呢？1.時代局限性2.不注意探索事物的本質(zhì)，思考不求甚解。（沒有實驗）你能否設(shè)計實驗推翻亞里士多德的這一觀點?。教學(xué)環(huán)節(jié)教師活動預(yù)設(shè)學(xué)生活動預(yù)設(shè)伽利略開始以實驗來檢驗v與t成正比的猜想是否是真實的。伽利略并沒有就此止步，他要進一步通過實驗研究自由落體的規(guī)律。3、實驗驗證猜想畢竟是猜想，是否正確，是否具有指導(dǎo)意義，還需要驗證。伽利略之所以比他的前人更偉大，就在于他首先采用了以實驗檢驗猜想和假設(shè)的科學(xué)方法。在他之前，學(xué)者們總是通過思辨性的論戰(zhàn)來決定誰是誰非。問題：伽利略又遇到了什么困難？如何解決的？困難2：無法測量瞬時速度．解決：不測v，測s和t通過數(shù)學(xué)運算得出結(jié)論：如果初速度為零且v∝t，則s∝t2，這樣，只要測出物體通過不同位移及所用的時間,看是否滿足s∝t2就可以驗證物體的速度是否隨時間均勻變化困難3：沒有準確的計時工具，無法測定像自由落體這樣較短的時間。解決：設(shè)計了著名的“沖淡重力”的斜面實驗(妙)由于伽利略時代的實驗儀器不能精確測量快速下落所需的時間，所以他設(shè)想通過斜面落體來“沖淡重力”，并通過延伸斜面和控制斜面傾角來控制物體運動的速度和所經(jīng)歷的時間。實驗驗證的結(jié)果：經(jīng)過多次實驗發(fā)現(xiàn)，雖然不斷改變斜面的傾斜度，但得到的結(jié)果有：（1）同一傾角，小球經(jīng)過的距離與對應(yīng)所用時間間隔的平方之比為一定值，即s∝t2．即小球沿斜面滾下的運動為勻加速直線運動。且質(zhì)量不同的小球沿同一斜面下落,加速度相同（2）增大斜面傾角,加速度變大4、合理外推伽利略在這個基礎(chǔ)上進行合理外推，當傾角增大到90度時，小球就是自由落體運動，小球仍然保持勻加速直線運動的性質(zhì)，且所有物體下落時的加速度都是一樣的。至此，伽利略就完成了對自由落體運動的研究。(后人在用伽利略的器材重復(fù)他的實驗時發(fā)現(xiàn)：銅球沿斜面學(xué)生閱讀P48上部回答問題。通過該問題的創(chuàng)設(shè)，培養(yǎng)學(xué)生自主探究的能力，體會伽利略所采用的方法的巧妙，鼓勵學(xué)生要敢于猜想，大膽發(fā)現(xiàn)，勇于創(chuàng)新。教學(xué)環(huán)節(jié)教師活動預(yù)設(shè)學(xué)生活動預(yù)設(shè)滾下，如果斜面傾角超過5°就很難準確計時。伽利略把他的結(jié)論外推至90°是需要很大勇氣的。后來，他的外推被直接的實驗證實了)（5、小結(jié)：伽利略的科學(xué)方法伽利略對自由落體的研究，不僅確立了許多用于描述運動的基本概念，而且創(chuàng)造了一套對近代科學(xué)的發(fā)展極為有益的科學(xué)方法。請同學(xué)們總結(jié)本節(jié)內(nèi)容，歸納這種科學(xué)方法．同學(xué)討論歸納：對現(xiàn)象的一般觀察→提出假設(shè)→運用邏輯得出推論（數(shù)學(xué)推理）→通過實驗對推論進行檢驗→對假說進行修正和推廣（合理外推）→……教師點評：1．伽利略的偉大之處就在于他首先采用了實驗檢驗猜想的科學(xué)方法．2．合理的外推對得出正確結(jié)論有很大的幫助．我們從伽利略對自由落體運動的研究學(xué)到什么？有哪些體會例如：探索科學(xué)、追求真理的精神；不迷信權(quán)威，對待問題勤于思考，敢于創(chuàng)新的科學(xué)精神和實事求是的科學(xué)態(tài)度；科學(xué)思想方法；合理外推的勇氣?；蚴求w會到：物理是一門實驗科學(xué)；邏輯推理的作用；忽略次要因素同等重要……）伽利略的邏輯和實驗證實了物體下落的快慢和輕重?zé)o關(guān)，為什么我們?nèi)粘Ｉ钪谐吹捷^重的物體下落的快呢？伽利略把原因歸之于空氣阻力對不同物體的影響不同。演示實驗：牛頓管問題1：什么是自由落體運動？什么條件下做自由落體運動？四、自由落體運動1．定義：只在重力作用下，從靜止開始下落。2．條件：①只受重力②初速為零或：空氣阻力很?。ㄏ鄬χ亓苄。?，影響可以忽略，物體從靜止下落可以近似看做自由落體運動。此部分內(nèi)容學(xué)生體會學(xué)生閱讀課本P45，思考問題教學(xué)環(huán)節(jié)教師活動預(yù)設(shè)學(xué)生活動預(yù)設(shè)注：此處的“自由”也是一種理想化模型。問題2：自由落體運動的性質(zhì)是什么？如何證明呢？3.性質(zhì)；從軌跡上看是直線，初速為零，下落越來越快，加速運動：是否是勻加速，加速度是多少？⑴實驗探究：學(xué)生設(shè)計實驗方案①打點計時器②頻閃照相③光電門⑵介紹方法：①實驗步驟、器材閱讀課本P44②數(shù)據(jù)處理方法：1．求出各點的速度、描點、（平均值）2．看連續(xù)相同時間內(nèi)的位移之差是否為定值，由解得a3．從起點開始看各計數(shù)點的值與所用時間的比值，由得a⑶結(jié)論：自由落體運動是初速度為零的，加速度為g的勻加速直線運動。五、自由落體加速度（重力加速度）1．概念：不同的實驗表明：同一地點，一切物體自由下落時的加速度都相同，這個加速度稱重力加速度。2．大小：注：g隨緯度和高度的變化而變化，由赤道到兩級g增加，隨高度的增加而減小，無特殊說明（有時需根據(jù)題目情況靈活處理）3．方向：豎直向下（鉛直向下）錯誤說法：垂直地面或指向地心等六、規(guī)律：1．勻變速運動規(guī)律自由落體運動規(guī)律課本P51第5題每種方法均要讓學(xué)生生練習(xí)。教學(xué)環(huán)節(jié)教師活動預(yù)設(shè)學(xué)生活動預(yù)設(shè)思考：自由落體運動的物體下落時間由誰決定？（下落的高度）⑵課本P516、4例：從離地500m的空中自由落下一個小球，不計空氣阻力，，求：1．小球經(jīng)多長時間落到地面？（t=10s）2．從開始下落的時刻起，小球在第1s內(nèi)通過的位移。3．小球落地前最后1s的位移。解：1．2問略3．設(shè)落地前最后1s的位移為x，則前9s的位移h2，帶入上式可得：h2=405故：或解：落地時的速度落地前1s初的速度所以：落地前1s內(nèi)的位移：或者：由變式得：代入數(shù)據(jù)得：變式：物體從高為H處自由落下，經(jīng)過最后196m所用時間是4s，求物體下落的高度和所用的總時間。教學(xué)環(huán)節(jié)教師活動預(yù)設(shè)學(xué)生活動預(yù)設(shè)解：設(shè)所用的總時間為t，Δt=4s