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。科學思維：能夠運用自由落體運動的規(guī)律和特點解決有關問題；科學探究：會利用打點計時器測量自由落體加速度。教學重點1．自由落體運動的規(guī)律及應用2．伽利略研究落體運動的科學思維方法3．教學難點1．落體運動規(guī)律的熟練應用2．伽利略巧妙的實驗構思3．高考考點課型新授教具牛頓管、打點計時器等教法教學過程教學環(huán)節(jié)教師活動預設學生活動預設課前復習：寫出勻變速直線運動速度、位移與時間的關系及速度與位移的關系。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。學生寫出公式，教師適當點評。學生閱讀課本前問題，討論什么因素影響物體下落快慢教學環(huán)節(jié)教師活動預設學生活動預設物體的下落快慢和輕重沒有關系的結論在今天看來似乎并不難以接受，但這個結論卻是伽利略在經(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，學習伽利略的研究過程。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家、科學家和教育家，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量無關（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：速度應該是均勻變化的。2、數(shù)學推理速度應該是均勻變化的，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，將推導出十分復雜的結論．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，思考不求甚解。（沒有實驗）你能否設計實驗推翻亞里士多德的這一觀點?。教學環(huán)節(jié)教師活動預設學生活動預設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的科學方法。在他之前，學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)學運算得出結論：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，但得到的結果有：（1）同一傾角，小球經(jīng)過的距離與對應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，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他的實驗時發(fā)現(xiàn)：銅球沿斜面學生閱讀P48上部回答問題。通過該問題的創(chuàng)設，培養(yǎng)學生自主探究的能力，體會伽利略所采用的方法的巧妙，鼓勵學生要敢于猜想，大膽發(fā)現(xiàn)，勇于創(chuàng)新。教學環(huán)節(jié)教師活動預設學生活動預設滾下，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：伽利略的科學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的發(fā)展極為有益的科學方法。請同學們總結本節(jié)內(nèi)容，歸納這種科學方法．同學討論歸納：對現(xiàn)象的一般觀察→提出假設→運用邏輯得出推論（數(shù)學推理）→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方法．2．合理的外推對得出正確結論有很大的幫助．我們從伽利略對自由落體運動的研究學到什么？有哪些體會例如：探索科學、追求真理的精神；不迷信權威，對待問題勤于思考，敢于創(chuàng)新的科學精神和實事求是的科學態(tài)度；科學思想方法；合理外推的勇氣?；蚴求w會到：物理是一門實驗科學；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無關，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。绊懣梢院雎?，物體從靜止下落可以近似看做自由落體運動。此部分內(nèi)容學生體會學生閱讀課本P45，思考問題教學環(huán)節(jié)教師活動預設學生活動預設注：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是什么？如何證明呢？3.性質；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：學生設計實驗方案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?。鹤ⅲ篻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生生練習。教學環(huán)節(jié)教師活動預設學生活動預設思考：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。教學環(huán)節(jié)教師活動預設學生活動預設解：設所用的總時間為t，Δt=4s