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1、物理教师教育实训案例 讲稿自由落体讲稿同学们，大家好，下面，我们开始上课：秋风瑟瑟，秋雨萧萧，美丽的秋天带给我们的，不仅仅是让人流连忘返的景色，还有许多引人思考的问题。大家请看ppt，古语有云，寒潭映白月，秋雨上青苔，凉凉的雨滴不住的落下来，总让人觉得婉转惆怅。秋风萧瑟天气凉，草木摇落露为霜，秋天到了，树叶黄了，一片一片落下来。大家想一想，在以上所描述的秋景中，蕴涵着怎样的物理现象？雨滴，树叶都在下落。其实，在我们身边，像这样的下落现象还有许多。请看屏幕，这是什么？蹦极。想象一下，万丈山崖，下面就是滔滔江水。只是借助一根绑在脚上的安全绳就敢纵身而下，这会是一种什么样的感觉！ 这幅图片，大家肯定
2、不会陌生吧。那么大家有没有想过，为什么上铺的床边上都有护栏呢？如果没有的话会怎样呢？大家桌上都有一把直尺，想想看，能不能利用这把尺,通过两人组合，接拿尺的方法，来检测你们每个人的反应时间呢？大家可以试一试 通过尝试大家觉得，是能,还是不能，为什么呢？带着以上的思考，开始我们今天的学习。（板书）自由落体运动大量的生活与实验表明，当物体被释放后，通常都会下落。在物理学中，我们就把这种物体下落的运动叫做落体运动。（板书）一、落体运动既然物体都会下落，那么，大家有没有深入思考过，它们的下落情况会有什么不同呢？ 为帮助大家的思考，我们来看一个实验。我手中有一本书，还有一张纸，如果我让这两个物体同时下落，
3、大家想想，会出现什么现象呢？ 我们来演示一下。我把白纸与书处于同一高度，然后释放它们。大家注意观察，释放后的实验现象。我们看到：书比白纸下落的快。接下来，我把白纸平铺在书上。大家再注意观察，又会出现怎样的下落现象。 我们发现，书与白纸同时落地了。 为什么同样两个物体，会出现不同的下落情况呢？是什么因素影响了物体的下落呢？如果让你来研究这个问题，你会采取怎样的途径和方法呢？我们知道，物理学在研究问题时，一般总是，先对研究对象的主要特征进行分析，在此基础上，构建出相应的物理模型，最后，再对研究对象进行更为深入的探究。也就是说，如果我们要研究落体运动，那么，就应该先分析，落体运动的主要特征，进而提炼
4、出研究落体运动的物理模型。好，下面，我们就来对落体运动现象的主要特征进行分析，以此构建出研究落体运动的物理模型。（板书）二、构建模型通过前面的观察，我们已经发现，物体的下落有快有慢，那么，是什么因素影响了物体下落的快慢呢？ 为找出影响物体下落快慢的原因，我们来分析这样一个现象：跳伞。我们知道，跳伞运动员跳出机舱后，通常，是先下落一段时间，再打开降落伞。生活的经验告诉我们，打开降落伞，会对跳伞运动员的下落速度产生影响。那么，为什么打开降落伞,会对跳伞运动员的下落速度产生影响呢？对，空气阻力在这里起到了很大的作用，也就是说，是空气阻力影响了物体的下落。那么，如果我们把空气阻力去掉，物体的下落运动又
5、会是怎样的呢？现在，屏幕上展示的实验装置，叫做牛顿管，他是一根长约一米，一端封闭，另一端有金属气嘴封固的玻璃管，通过这个气嘴可以与抽气机相连接。在牛顿管中还放有一个小球和一片羽毛。好了。在了解了牛顿管的结构特点以后，大家想一想，我们能不能利用牛顿管，去探究空气阻力对物体下落快慢的影响，进而在此基础上，构建出关于落体运动的物理模型。下面，我们一起来探究：现在屏幕上显示的是，完成实验方案通常需要把握的设计环节，（了解实验装置结构特征；梳理、分析已有探究材料；运用比较分析的方法；生成具体研究方案）。依据这样的设计思路，我们是否就可以生成这样的实验方案：请看屏幕： 通过分别观察，牛顿管处于充满空气，抽
6、出一部分空气，近似真空，这三种状态下，物体的下落情况，然后，再分析空气阻力对物体下落快慢的影响，最后，来完成关于落体现象的物理模型的构建。对于这样的实验方案，大家能认同吗？能好，明确了实验方案，我们就可以进行实验探究了。现在大家看到的是，当你依据以上实验方案进行操作后，将会出现的实验现象：也就是，在牛顿管充满空气时，若同时释放小球和羽毛，我们会看到，小球落得快。当抽出一部分空气时，我们会看到，还是小球落得快，但是,羽毛与小球的差距变小了，如果使牛顿管处于近似真空的状态，我们将看到，小球和羽毛是同时落地的。面对以上的实验现象，你会作出怎样的推论呢？在没有空气阻力的情况下，物体下落的快慢是相同的。
7、其实，很早以前，伽利略就通过逻辑推理的方法也得出了这一结论。研究表明：这种排出了空气阻力的影响、从静止开始下落的运动是最简洁的落体运动。在物理学中，我们就把这种运动，提炼成能用于研究落体现象的物理模型。并把它称之为自由落体运动。 需要大家注意的是，只受重力、从静止开始下落是自由落体运动的两个重要元素。在实际生活中, 如果空气阻力比重力小得多，那么，物体的下落，也可以看成是自由落体运动.好了，物理模型我们已经构建完了，那么，这个物理模型，遵循什么样的规律呢？我们应该如何去探究它的规律呢？（板书）三、探究规律通过前面的观察分析，我们知道，自由落体运动是一种变速直线运动。而在先前的学习中，我们已经掌
8、握了两种研究变速直线运动的方法，频闪照相和数字化实验技术。下面，我们就选择数字化实验技术，来探究自由落体的运动规律。这里就是数字化技术的实验装置，他主要由电磁控制开关、位移传感器、数据采集器、数据处理系统组成。接下来，请大家思考一下，如何利用这套实验装置，来研究自由落体的运动规律呢？我们是否可以这样来做：释放一个位移传感器，让它做落体运动，然后，用系统记录它的位移与时间的关系，再通过曲线拟合，去发现他的运动规律。好，下面，我们来具体做一下：先使一个位移传感器与电磁控制装置相连接。这主要是为了保证位移传感器能做初速度为零的落体运动。接下来，再打开系统的数据采集界面，根据实验要求，我们分别选择X轴
9、为时间轴，Y轴为记录下落物体的位移轴。并选择蓝颜色为运动图线的颜色。在完成以上实验前的准备工作以后，系统就开始采集数据了。我们点击调零按钮，把物体释放时的位置，确定为零点。接下来，切断电磁控制开关，让物体自由下落。现在大家看到的图线，就是下落物体的位置随时间变化的图线。为更清晰的展现它的特征，我们使用X方向的缩放按钮，把图线适当展开。针对这样的图线，大家想想，它具有怎样的函数特性呢？ 我们来具体研究一下。先启用数据选择按钮，选择出有效的数据区域，再选择拟合的函数。我们试着选择二次方的函数拟合。我们发现，这条拟合函数与实验数据具有很好的拟合度。进一步函数分析表明，自由落体运动的位移与时间的平方是
10、成正比的。经过以上的实验研究，结合前面所学的知识，我们就可以推断出:自由落体运动是初速度为零的匀加速直线运动。它的加速度大致是9.8 m/s2，我们称它为重力加速度，用g来表示。进一步实验表明，重力加速度的方向是，竖直向下的，它的大小具有地域特性:（就是说）同一地点一切物体的重力加速度都相同，不同的地方，g的大小一般不同。好了，既然我们已经得出，自由落体运动是初速度为零的匀加速直线运动，那么，匀加速运动的一切规律是不是都可以运用到自由落体运动上来啊？大家请看，左边是我们已经学过的匀加速直线运动的规律，右边给出的就是自由落体运动的规律。大家想一想，这种转换是通过怎样的途径来实现的。请大家课后仔细
11、思考。好,以上就是我们本节课所学的内容。下面，让我们一起来梳理一下今天这节课所讨论的问题：首先，我们通过对生活中落体现象的观察，引发了思考，提出了“落体运动遵循怎样规律”的研究问题。接下来，我们依据物理学研究问题的方法，从影响物体下落快慢的因素着手，通过观察、实验等分析方法，构建出了研究落体运动的物理模型，自由落体运动模型。在此基础上，通过认知迁移，我们选择了数字化实验技术来探究自由落体运动规律, 得出了自由落体运动遵循匀加速直线运动规律；以后我们就可以利用已探究的运动规律，去解析实际中的落体现象了。这里就是我们本节课所要掌握的学习内容。需要大家课后研究的有三个问题，希望同学们能查阅资料，仔细思考。这节课就上到这里，下课。14
