自由落體運動教學案例設計

劉升陽

教學目標：1.知道物體做自由落體運動的條件.;2.通過實驗探究自由落體運動加速度的大小，建立重力加速度的概念，知道重力加速度的方向，知道在地球不同地方重力加速度的大小不同，通常情況下g取9.8m/s2.;3.掌握自由落體運動的特點和規(guī)律。

教學重點：物體自由下落的快慢和所受重力無關及自由落體運動的特點和規(guī)律.

教學難點：自由落體運動的加速度

實驗器材：牛頓管、抽氣機、厚紙片、薄紙片、打點計時器、紙帶、鉤碼、鐵架臺、直尺

教學過程

[實驗導入]

師：同學們，物體在脫離支撐后，要落回地面，這是一種很常見的自然現(xiàn)象，但是你們仔細觀察過這種現(xiàn)象嗎，你們比較過輕重不同的物體它們的下落的快慢嗎？我想先來聽聽大家的看法

生：相同

師：那么能不能夠利用老師提供的器材通過實驗證明你的觀點

下落快慢情況相同：（如：輕重不同的兩個小球幾乎同時著地）

師：有沒有不同的觀點？（沒有的話我們來看一下，形狀相同的厚紙板和薄紙片，誰先著地？）

重的物體下落快：（如：重的紙板比輕的紙片先著地）

師：那么大家能不能夠設計一個實驗，使輕的物體先著地呢？（提示：利用手里的紙張）

輕的物體下落快：（如：輕的小紙團比紙片先著地）

師：剛才這三個現(xiàn)象，我們是不是得到了三個相互矛盾的結論，到此，怎樣給它一個合理的解釋呢？

生：我認為有空氣阻力的干擾

師：很好，空氣阻力，老師也來一個實驗參與一下，這是一張紙片，釋放，下落很慢，那如果，我把這張紙片弄成紙團，快了嗎？弄成紙團之后，什么變小了？體積變小了，導致空氣阻力變小了。那么我們可以下一個結論，發(fā)生在空氣中的下落運動，由于空氣阻力的影響，你能不能夠單憑輕重來比較下落快慢？（生：不能）

小結：

由于空氣阻力的影響，不同物體的下落快慢不能單憑輕重來判斷。

那么，沒有空氣阻力，物體的下落快慢又會如何呢，這是我們這一節(jié)課要研究的主要問題

[新課教學]

一、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。

師：物理學中，把只在重力作用下從靜止開始下落的運動，稱之為自由落體運動。那么請同學們想象一下，這一個概念當中，反映出物體做自由落體運動應該滿足哪些條件，誰來？

生：我覺得應該滿足兩個條件，一是只在重力作用下，二是物體從靜止開始下落

說明：1、自由落體運動的條件：（1）只受重力作用（2）從靜止開始

師：那我們生活在有空氣的空間，大家想想看，物理研究我們考慮主要因素，忽略次要因素，如果，我們剛才在實驗中用到的鐵球，它下落過程中，空氣阻力是比較大還是比較??？如果遠小于重力，我們是可以把它當做自由落體運動來處理的。那么做自由落體運動的物體，它們的下落快慢是否相同呢？

繼續(xù)研究：在沒有空氣阻力的情況下，不同物體的下落快慢是否相同呢？

師：老師這里有一根封閉的玻璃管，管內裝有輕重不同的鐵片和羽毛，老師已經把管內的空氣抽得很稀薄，可以認為，鐵片和羽毛，是在沒有空氣的空間下落，請大家觀察，它們各自的下落快慢，看到了什么？

生：一起同時著地

師：那么我們也可以比較一下，有空氣的情況，還會同時著地嗎？同時著地沒有

生：沒有

師：也就表明，在前面那個實驗，沒有空氣阻力的情況下，物體的下落快慢，是相同還是不同？

生：相同

不同物體的自由落體運動，它們的運動情況完全相同

師：其實，關于該問題，歷史上曾有一個很有名的故事，傳說伽利略，在比薩斜塔的頂層，同時釋放了兩個質量相差十倍的鐵球，結果？（同時著地）那么傳說中的比薩斜塔實驗，也就徹底地否定了在此之前亞里士多德所提出的有關重的物體下落快的觀點，但是這也許僅僅是傳說，因為有人提出，伽利略很可能沒有做過該實驗，而他對亞里士多德觀念的反駁，主要是靠的邏輯推理的力量。我們來看一下，伽利略是怎么樣推理出亞里士多德觀念的不正確性的

伽利略比薩斜塔實驗：同時靜止釋放兩個質量相差十倍的鐵球

邏輯推理的力量：伽利略對亞里士多德觀點的反駁

師：在伽利略兩種新科學對話一書當中，記載著這么一段話，假設亞氏觀點是正確的，即重的物體下落快，那么我們取大小不同的兩個石塊，根據該觀點，顯然，重的大石塊下落速度要大一些，為了便于表達，我們不妨設，大的下落平均速度，8m/s，小的下落平均速度4m/s，大家想想看，假如我們把這兩個石塊栓在一起，考慮到快的會被慢的拖起來減速，慢的就會被快的拖起來加速，那么你想。兩者拴在一起，整體的下落速度，是大于8還是小于8？應該是小于8，發(fā)現(xiàn)問題了沒有？

生：與假設矛盾

師：聰明的伽利略就是由此，推斷出，并不是重的物體比輕的物體下落快

二、自由落體運動的性質

師：那么自由落體運動是什么性質的運動呢？我們可以用什么實驗裝置去研究它的運動呢？

生：用打點計時器

師：還有沒有其它的儀器呢（提示：大家看一下教材封面是通過什么方式得出來的？）

生：頻閃照相

師：對，頻閃照相，可是我們在教室里無法做這個實驗，大家看教材45頁課后練習第五題，給出了一個頻閃照相的示意圖，我們有哪些方法可以研究這個小球的運動？

生：運用v-t圖像研究物體的運動規(guī)律

師：老師今天，借助電腦軟件處理實驗數(shù)據，利用excel作出這個小球自由下落的位移時間圖像，我們一起來看一下，小球的位移時間圖像像這樣，由小球的位移時間圖像，電腦自動得出小球的位移時間關系式，大家說一下，小球做的是什么性質的運動啊？

生：小球是做得初速度為0的勻加速直線運動

1.自由落體運動是初速度為0的勻加速直線運動

師：根據前面的真空管實驗，我請大家考慮一個問題，前面的真空管實驗，我們發(fā)現(xiàn)，輕重不同的兩個物體，從同一高度，同時下落，結果是同時著地，那么請同學們思考？這兩個物體下落的加速度相同還是不同？