自由落体运动教学案例设计

刘升阳

教学目标：1.知道物体做自由落体运动的条件.;2.通过实验探究自由落体运动加速度的大小，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，通常情况下g取9.8m/s2.;3.掌握自由落体运动的特点和规律。

教学重点：物体自由下落的快慢和所受重力无关及自由落体运动的特点和规律.

教学难点：自由落体运动的加速度

实验器材：牛顿管、抽气机、厚纸片、薄纸片、打点计时器、纸带、钩码、铁架台、直尺

教学过程

[实验导入]

师：同学们，物体在脱离支撑后，要落回地面，这是一种很常见的自然现象，但是你们仔细观察过这种现象吗，你们比较过轻重不同的物体它们的下落的快慢吗？我想先来听听大家的看法

生：相同

师：那么能不能够利用老师提供的器材通过实验证明你的观点

下落快慢情况相同：（如：轻重不同的两个小球几乎同时着地）

师：有没有不同的观点？（没有的话我们来看一下，形状相同的厚纸板和薄纸片，谁先着地？）

重的物体下落快：（如：重的纸板比轻的纸片先着地）

师：那么大家能不能够设计一个实验，使轻的物体先着地呢？（提示：利用手里的纸张）

轻的物体下落快：（如：轻的小纸团比纸片先着地）

师：刚才这三个现象，我们是不是得到了三个相互矛盾的结论，到此，怎样给它一个合理的解释呢？

生：我认为有空气阻力的干扰

师：很好，空气阻力，老师也来一个实验参与一下，这是一张纸片，释放，下落很慢，那如果，我把这张纸片弄成纸团，快了吗？弄成纸团之后，什么变小了？体积变小了，导致空气阻力变小了。那么我们可以下一个结论，发生在空气中的下落运动，由于空气阻力的影响，你能不能够单凭轻重来比较下落快慢？（生：不能）

小结：

由于空气阻力的影响，不同物体的下落快慢不能单凭轻重来判断。

那么，没有空气阻力，物体的下落快慢又会如何呢，这是我们这一节课要研究的主要问题

[新课教学]

一、自由落体运动的定义

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。

师：物理学中，把只在重力作用下从静止开始下落的运动，称之为自由落体运动。那么请同学们想象一下，这一个概念当中，反映出物体做自由落体运动应该满足哪些条件，谁来？

生：我觉得应该满足两个条件，一是只在重力作用下，二是物体从静止开始下落

说明：1、自由落体运动的条件：（1）只受重力作用（2）从静止开始

师：那我们生活在有空气的空间，大家想想看，物理研究我们考虑主要因素，忽略次要因素，如果，我们刚才在实验中用到的铁球，它下落过程中，空气阻力是比较大还是比较小？如果远小于重力，我们是可以把它当做自由落体运动来处理的。那么做自由落体运动的物体，它们的下落快慢是否相同呢？

继续研究：在没有空气阻力的情况下，不同物体的下落快慢是否相同呢？

师：老师这里有一根封闭的玻璃管，管内装有轻重不同的铁片和羽毛，老师已经把管内的空气抽得很稀薄，可以认为，铁片和羽毛，是在没有空气的空间下落，请大家观察，它们各自的下落快慢，看到了什么？

生：一起同时着地

师：那么我们也可以比较一下，有空气的情况，还会同时着地吗？同时着地没有

生：没有

师：也就表明，在前面那个实验，没有空气阻力的情况下，物体的下落快慢，是相同还是不同？

生：相同

不同物体的自由落体运动，它们的运动情况完全相同

师：其实，关于该问题，历史上曾有一个很有名的故事，传说伽利略，在比萨斜塔的顶层，同时释放了两个质量相差十倍的铁球，结果？（同时着地）那么传说中的比萨斜塔实验，也就彻底地否定了在此之前亚里士多德所提出的有关重的物体下落快的观点，但是这也许仅仅是传说，因为有人提出，伽利略很可能没有做过该实验，而他对亚里士多德观念的反驳，主要是靠的逻辑推理的力量。我们来看一下，伽利略是怎么样推理出亚里士多德观念的不正确性的

伽利略比萨斜塔实验：同时静止释放两个质量相差十倍的铁球

逻辑推理的力量：伽利略对亚里士多德观点的反驳

师：在伽利略两种新科学对话一书当中，记载着这么一段话，假设亚氏观点是正确的，即重的物体下落快，那么我们取大小不同的两个石块，根据该观点，显然，重的大石块下落速度要大一些，为了便于表达，我们不妨设，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，假如我们把这两个石块栓在一起，考虑到快的会被慢的拖起来减速，慢的就会被快的拖起来加速，那么你想。两者拴在一起，整体的下落速度，是大于8还是小于8？应该是小于8，发现问题了没有？

生：与假设矛盾

师：聪明的伽利略就是由此，推断出，并不是重的物体比轻的物体下落快

二、自由落体运动的性质

师：那么自由落体运动是什么性质的运动呢？我们可以用什么实验装置去研究它的运动呢？

生：用打点计时器

师：还有没有其它的仪器呢（提示：大家看一下教材封面是通过什么方式得出来的？）

生：频闪照相

师：对，频闪照相，可是我们在教室里无法做这个实验，大家看教材45页课后练习第五题，给出了一个频闪照相的示意图，我们有哪些方法可以研究这个小球的运动？

生：運用v-t图像研究物体的运动规律

师：老师今天，借助电脑软件处理实验数据，利用excel作出这个小球自由下落的位移时间图像，我们一起来看一下，小球的位移时间图像像这样，由小球的位移时间图像，电脑自动得出小球的位移时间关系式，大家说一下，小球做的是什么性质的运动啊？

生：小球是做得初速度为0的匀加速直线运动

1.自由落体运动是初速度为0的匀加速直线运动

师：根据前面的真空管实验，我请大家考虑一个问题，前面的真空管实验，我们发现，轻重不同的两个物体，从同一高度，同时下落，结果是同时着地，那么请同学们思考？这两个物体下落的加速度相同还是不同？