視頻標簽:自由落體運動
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視頻課題:高一物理人教版必修1第二章勻變速直線運動的研究5自由落體運動-湖南
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高一物理人教版必修1第二章勻變速直線運動的研究5自由落體運動-湖南省永州
人教版物理必修一 第二章 第五節
《自由落體運動》教學設計
教學設計思想
物理學是一門以實驗為基礎的自然科學,實際教學過程中應給學生主動探究、自主學習的空間。一般說來,學習過程中學生要解決的問題大多是科學上已經解決了的問題,不過,這些問題對學生來說,卻是新的和未知的,通過這些問題分析探究,既有利于培養學生對知識進行再次發現的濃厚興趣,也有利于激勵學生探索科學知識的精神,讓學生在探究過程中獲得知識、發展技能、培養能力,獲取成功的體驗。
探究式教學著重于全面提高學生素質,尊重學生主體,培養學生的創新能力,強調學生的參與性、自主性和思維能力的創造性。使學生在學習過程中享受主動、輕松和快樂。自由落體運動是一節比較適合采用探究式教學的內容。
探究式教學的一般程序是:“設定情景,提出問題”——“分析問題,提出假設”——“設計實驗,驗證假設”——“分析結論,得出結果”。所以在本節課的教學中,教師可提出以下三個問題引導學生進行探究——①物體下落的快慢與什么因素有關?引導學生按照探究式教學的一般程序得出結論:建立起自由落體運動的模型。②不同物體自由下落的加速度是否相同?引導學生按照上述程序得出結論:在同一地點,不同物體自由下落的加速度相同,都等于自由落體(重力)加速度。③自由落體運動的規律是怎樣的?引導學生按照上述程序得出結論:自由落體運動是初速度為零的勻變速直線運動。學生解決這三個問題的過程既是科學的再發現過程,又是學生獲得知識、掌握知識、提升能力的過程。
教學內容分析
本節教材共有六個主要知識點,(1)自由落體運動模型的建立;(2)自由落體運動的定義及條件;(3)自由落體運動的性質;(4)自由落體加速度g;(5)自由落體運動的公式及推論;(6)自由落體運動規律的應用。
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自由落體運動是學生在學習了勻變速直線運動及規律后學習的內容,自由落體運動是又自然界廣泛存在的物體自由下落的一種理想模型,是一種典型的勻變速直線運動。所以,對通過這節課的學習,有利于學生進一步理解勻變速直線運動的特點和規律,更好地體會物理與生活的密切關系。同時又培養了學生探究物理問題的方法,激發了學生學習物理的興趣。
教學重點
自由落體運動的規律。
教學難點
自由落體運動規律的得出。
課時安排
1課時
三維目標 1.知識與技能
(1)了解研究自由落體運動的歷史事實和科學方法; (2)理解自由落體運動的定義、條件和性質;
(3)理解自由落體(重力)加速度,知道它的特點、大小和方向; (4)能用勻變速直線運動的規律解決自由落體的實際問題。
2.過程與方法
(1)培養學生的觀察能力和邏輯推理能力;
(2)進行科學態度和科學方法教育,引導學生了解研究自然規律的科學方法,培養學生探求知識的興趣和能力;
(3)通過對自由落體運動規律的應用,提高學生的分析能力和應用能力。
3.情感、態度與價值觀
(1)充分利用多媒體輔助教學、演示實驗和身邊小實驗,讓學生積極參與課堂活動,讓學生參與設疑、解疑、探求規律,做到師生默契配合、情理交融,使學生始終處于積極的探求知識的過程中,達到最佳的學習心理狀態。 (2)利用課后的閱讀材料,介紹伽利略上百次對落體運動本質規律的探索研究,讓學生體會到科學探索的艱辛,充分挖掘德育教育的素材。
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教學準備
10cm長的直尺、同樣大小的圓形紙片和紙板、牛頓管,抽氣機,鐵架臺、打點計時器、紙帶、重物、塑料直尺,刻度尺、自制課件。
教學過程 一、新課導入 1、趣味小游戲:
教師用手握住一把長度為10cm的塑料直尺的上端,學生把手放在直尺下端的位置做好握尺的準備,看到教師松手,學生立即用手握尺,結果沒有握住直尺。重復做一次實驗,學生還是沒有握住直尺。師生互換角色做1次實驗,教師也沒有握住直尺。教師設疑:在剛才的游戲中,教師和學生為什么都握不住下落的直尺呢? 先把這個疑問放在這里。
2、身邊小實驗:
讓一個圓形紙板與一張跟紙板同樣大小的紙片,從同一高度由靜止開始下落,請學生仔細觀察會發生什么現象?同學們會觀察到:紙板下落較快,紙片下落較慢。教師設疑:這是否說明重的物體下落快,輕的物體下落慢呢? 學生:不能。接著,再做1個小實驗:把剛才的紙片折疊成紙團,再讓它和紙板從同一位置由靜止開始下落,請學生仔細觀察會發生什么現象?同學們觀察到:它們下落的快慢差不多。教師設疑:這說明了什么問題?這說明了物體下落的快慢與物體的質量沒有關系。教師設疑:請大家猜想一下,影響物體下落快慢的因素可能是什么呢?學生猜想:空氣阻力。
3、演示實驗-----“牛頓管”實驗:
當牛頓管內有空氣時,讓金屬片和羽毛同時由靜止開始下落,讓學生仔細觀察會發生什么現象?學生會觀察到:金屬片下落較快,紙片下落較慢。接下來,用抽氣機把牛頓管內的空氣抽出來,讓牛頓管內接近真空再重做剛才的實驗。請學生仔細觀察會發生什么現象。學生會觀察到:金屬片跟羽毛下落得幾乎一樣快。教師設疑:這個實驗說明了什么問題?這個實驗這說明了,在沒有空氣阻力的情況下,輕、重物體下落的快慢是相同的。也就是說,物體下落的快慢與物體的質量沒有關系。其實,關于物體下落的快慢與質量沒有關系這個問題,早在16世紀末,經典力學與實驗物理學的先驅者伽利略就進行了研究,據說為此,伽利略還進行了著名的比薩斜塔實驗。
通過剛才的牛頓管實驗,我們已經知道:在沒有空氣阻力的情況下,在同一地點,輕、重物體下落的快慢相同。物理學中把物體由靜止開始下落且只受重力作用的運動稱為自由落體運動。引出課題----自由落體運動。
二、新課推進
(一)自由落體運動:
1、自由落體運動的定義:物體只在重力作用下從靜止開始下落的運動,叫做
自由落體運動。 2、自由落體運動的條件: (1)從靜止開始下落; (2)只受重力作用。
自由落體運動是一種理想化的模型,在實際中并不存在。但是,在實際生活中,如果物體由靜止開始下落,在下落過程中受到的阻力非常小,可以忽略不計時,也可以把這個物體的運動看作自由落體運動。比如:水滴離開自來水管的管口在空中下落的運動。對于實心金屬球、石塊等,在它們運動的速度不大時,也可以忽略空氣阻力的影響。
(二)自由落體運的性質:
自由落體運動是從靜止開始下落的運動,它的速度是逐漸增大的,所以自由落體運動一定是初速度為0加速運動。那么,自由落體運動是勻加速直線運動還是變加速直線運動呢?下面我們一起來探究這個問題。
分析與思考:如何驗證一個運動是勻加速直線運動呢?當然,我們既可以通過勻加速直線運動的基本公式進行驗證,可以通過勻加速直線運動的推論進行驗證。引導學生復習回顧:勻變速直線運動的基本公式和推論。 1、勻變速直線運動的基本公式:
(1) (2) (3) 2、勻變速直線運動的基本推論: (1) (2) 分析與思考:我們既可以通過上述公式來驗證一個運動是否是勻加速直
線運動,也可以通過上述推論來驗證一個運動是否是勻加速直線運動。那么,
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通過哪種方式驗證更簡單呢?通過分析,不難發現,通過推論(1)驗證最方便。因為,通過推論(1)驗證時,只需要測量出物體在連續相等的時間間隔內發生的位移,再求出這些位移的差值,如果在誤差允許的范圍內,這些差值接近一個常數,就可驗證這個運動是勻加速直線運動。
實驗探究-----自由落體運的性質 探究方法1:通過實驗探究。
教材上通過44頁的實驗探究自由落體運動的規律。其實驗方法是:讓重物拖著紙帶做自由落體運動,打點計時器會在紙帶上打下一系列的點跡,用刻度尺量出各點跡間的距離,通過數據處理便可探究出自由落體運動的性質。
分析與思考:(1)此實驗中打點計時器為什么要豎直安裝?(為了減少打點計時器的限位孔與紙帶間的摩擦)。②實驗中重物為什么要用密度較大的金屬物體?(本實驗是把重物的運動看作自由落體運動,所以,實驗中應盡量減少空氣阻力對重物運動的影響,重物要用密度較大的金屬物體是為了減少空氣阻力的影響,從而減少實驗誤差)。教師設疑:除了上述兩個方面,實驗中還要注意哪些問題呢?實驗中還要注意的物體有:(3)實驗前重物應靠近打點計時器;(4)實驗中要待打點計時器打點穩定后再釋放重物。
數據處理:通過實驗打出幾張紙帶,從中選出三張較理想的紙帶進行數據處理:用刻度尺量出物體在連續相等的時間間隔內下落的位移:x1、x2、x3、x4、
x5 的值 ,再求出相鄰的位移之差: △x1、△x2、△x3、△x4的值,并比較△x1、
△x2、△x3、△x4的大小。
分析與思考:如果在誤差允許的范圍內,位移之差△x1、△x2、△x3、△x4接近同一個常數,說明自由落體運動的加速度有什么特點?
實驗結論:重物做自由落體運動的加速度是個定值。
另外,還可以通過教材45頁第⑤題小球做自由落體運動的頻閃照片中的有關數據,探究自由落體運動的性質。
探究方法二:利用自由落體運動的頻閃照片探究。
圖中照片上相鄰兩次拍照的時間間隔是相同的,圖中給出了每次拍照時小球到開始下落點的距離,單位是厘米。教師設疑:如何通過自由落體運動的頻閃照片來探究自由落體運動的性質呢?指導學生:根據圖中數據求出相鄰點跡間的距離:x1、x2、x3、x4、x5的值,并求出相鄰兩段距離的位移差值:
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△x1、△x2、△x3、△x4的值,通過比較△x1、△x2、△x3、△x4的值發現,在誤差允許的范圍內,位移之差△x1、△x2、△x3、△x4接近1.6cm這個常數,教師啟發學生思考:這說明了什么問題?教師引導學生得出結論:小球做自由落體運動的加速度是個定值。所以自由落體運動是初速度為0的勻加速直線運動。
3、自由落體運的性質:
自由落體運動是初速度為0的勻加速直線運動。
教師設疑:既然自由落體運動是初速度為0的勻加速直線運動,那么自由落體運動物體的加速度如何呢?下面我們一起來探究這個問題——自由落體加速度。
(二)自由落體加速度:
(1)在同一地點,一切物體做自由落體運動的加速度相同,這個加速度叫自由落體加速度,也叫重力加速度,用g 表示。
教師設疑:地面上不同的地方,重力加速度g的值是否相同呢?指導學生仔細閱讀教材44頁表格中的內容,引導學生通過表格中的信息,得出結論:在地球表面上,重力加速度g的數值隨緯度的增大而增大。 (2)在地球表面上,重力加速度g的數值隨緯度的增大而增大。 (3)在地球表面上,重力加速度g的值隨高度的增大而減少。
注意:一般計算中,取 或 ,若無特別說明,取 。
(4)重力加速度的方向:豎直向下。
重力加速度是矢量,不僅有大小,而且有方向,重力加速度的方向豎直向下。接下來,我們一起來分析推導自由落體運動的基本公式。教師設疑:如何推導出自由落體運動的基本公式呢?教師啟發學生:因為自由落體運動
是初速度為0的勻加速直線運動,所以只要令勻加速直線運動公式中的
等于0,把加速度a更換為自由落體加速度g,將位移x更換為高度h,就得到了自由落體運動的基本公式。
(三)自由落體運動的公式及推論:
公式:(1) (2) (3)
推論:(1) (2) gtv2
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vvthvvt(四)自由落體運動規律的應用:
應用(一):活動與探究-----測量反應時間。
指導學生認真閱讀教材45頁上方的做一做,分析思考以下幾個問題: (1)談談具體的測量方法;
(2)如何求出直尺在反應時間內下落的高度?
(記錄直尺下落前手指所對的刻度值,再記錄握住直尺時手指所對的刻度值,
兩次刻度的差值就是直尺下落高度)。
(3)說說測量反應時間的原理;( ) (4)測量中需要注意哪些問題?(保持直尺豎直并由靜止開始釋放直尺。) 分組實驗:要求兩個學生一組,測出各自的反應時間,計算時g取10m/s2。讓各組同學呈現自己所測出的反應時間。
應用(二):估測井深或懸崖的高度:
思考與探究:給你一個小石塊,為了估算出井口到井中水面的高度,
(1)還需要什么器材? (2)如何進行估算? (1)需要的器材:鐘表或計時器。
(2)估算方法:從井口將石塊由靜止釋放,同時開始計時,記錄石塊從
釋放到擊水所經歷的時間t,將石塊的運動看做自由落體運動,根據2
2
1gt便
可求出井口到井中水面的高度。
(五)課堂練習
1.下列說法正確的是 ( D )
A.不受空氣阻力的運動就是自由落體運動 B.從靜止開始下落的運動就是自由落體運動 C.物體的質量越大,自由下落的加速度越大 D.自由落體運動是初速度為零的勻加速直線運動 2、下列說法不正確的是 ( B ) A.緯度越高,自由落體加速度越大 B.離地面越高,自由落體加速度越大 C.自由落體加速度的方向豎直向下
D.做自由落體運動的物體在相同的時間內速度改變量相同。
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h
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8
3、一個可視為質點的物體從空中20m高處由靜止開始下落,不計空氣阻力的
影響,取 ,則物體在空中下落的時間是 2 s,物體落地前瞬
間的速度大小是 20 m/s。
4、一位觀察者測出,某懸崖跳水者碰到水面前在空中下落了3.0s,若不考慮
空氣阻力,取
,懸崖的高度是 45 m ,實際上是存在空氣阻力的,因此,計算出來的懸崖高度比懸崖的實際高度 _偏大 (填“偏大”、“相等”或“偏小”)。
釋疑解惑:
上課前做游戲時,教師和學生為什么都握不住下落的直尺呢?
據有關資料顯示,目前世界上反應最快的人的反應時間約為
ss143.07
1
,在這個反應時間內,物體自由下落的高度約為cm102
1h2
gt。而常人的反應時間要比s71大,所以在直尺下落10cm的時
間內,一般的人是反應不過來的,所以握不住下落的直尺。
(六)課堂小結
1、自由落體運動的定義;
2、自由落體運動的性質; 3、自由落體加速度;
4、自由落體運動的公式及推論; 5、自由落體運動規律的應用。
(七)作業布置:
1.課堂作業:教材第45頁“問題與練習”的第3、4題; 2.課后作業:
(1)課后自由組織合作小組,試測自己所在教學樓層的高度。要求:選擇最簡便的測量工具,設計好活動思路,記錄活動報告,活動過程中要注意安全。 (2)探究思考:雨滴在空中的下落是否是自由落體運動。
視頻來源:優質課網 www.jjlqy.cn