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1、高中物理备课资料卡 自由落体运动的规律素材高中物理备课资料卡 自由落体运动的规律素材【课标内容对照（沪科J）课程标准的要求（沪科J）*通过史实，初步了解近代实验科学产生的背景，认识实验对物理学发展的推动作用。（沪科J）*经历匀变速直线运动的实验研究过程，了解匀变速直线运动的规律，体会实验在发现自然规律中的作用。（沪科J）*能用公式和图像描述匀变速直线运动，体会数学在研究物理问题中的重要性。【版本对照（含选修）】【三维目标】自由落体运动(鲁科J)1用理想化方法比较重力与空气阻力的大小，识别自由落体运动。(鲁科J)2通过探究，知道自由落体运动是初速度为零的匀加速直线运动。(鲁科J)3知道自由落体运
2、动加速度的方向和大小，知道不同地点的重力加速度不一样。(鲁科J)4根据匀变速直线运动规律，得到自由落体的运动规律。【内容结构概述】(人教K)物体下落的运动是一种常见的运动。挂在线上的重物，如果把线剪断，它就在重力的作用下，沿着竖直方向下落。从手中释放的石块，在重力的作用下也沿着竖直方向下落。（人教J）(1)教材分析落体运动是一种常见的运动，自古以来许多人都研究过，伽利略对自由落体运动的研究意义巨大。为便于学生接受，教材的表达分为两节。本节通过演示、实验，分析得出自由落体运动的规律，明确重力加速度的意义，使学生对自由落体运动规律有具体、深入的认识。下一节介绍落体运动的研究历史，主要是介绍伽利略对
3、自由落体运动的研究过程和他的科学思维方法，使学生对自由落体运动的认识上升到更高的层次。【教学建议】(鲁科J)1本节主要是研究自由落体运动的规律，并介绍伽利略对自由落体运动的研究，让学生充分领略其精妙的研究思路和方法，学习科学家的探索精神。(鲁科J)2学生受日常经验的影响，对重物体落得快、轻物体落得慢的印象很深。为克服学生的前概念，空洞的说教是缺乏说服力的，要通过实验来说明问题。因此，教材注意创设问题情境，通过比较硬币与纸团的下落，引发学生的认知冲突，然后用牛顿管进一步探究，使学生明确认识到如果处于真空环境，物体就会同时落地。通过“方法点拨”使学生进一步认识，要消除从生活中得来的错误观念，就要学
4、会透过现象看本质。(鲁科J)3对于自由落体运动的特点，学生从生活经验、实验现象和频闪照片容易判断，自由落体运动是一种加速直线运动。但究竟是不是匀加速商线运动呢?可让学生动手测量一下频闪照片中的各段位移，然后代入s2sl=s3s2=sn-sn-l=at2，可粗略判断加速度a不变，即自由落体运动是匀加速直线运动。(鲁科J)4识别自由落体运动，关键是运用理想化方法，比较重力与空气阻力的大小。第一个“讨论与交流”通过图象描述了跳伞者的速度随时间的变化情况，教学时可结合受力分析，比较重力与阻力，分析其运动情况。跳伞者在最初的很短时间内，空气阻力远小于重力，v-t图中的图象近似为直线，可看成自由落体运动。
5、(鲁科J)5对于自由落体运动的公式，教材没有专门给出，只是把自由落体运动当做匀加速直线运动的特例来看待。教学时可要求学生推导，以培养学生自主性学习的能力。【导语引入】(人教K)不同物体，下落的快慢是否相同呢?演示 拿一个长约15m的玻璃筒，一端封闭，另一端有开关，把形状和质量都不相同的几个物体，如金属片、小羽毛、小软木塞、小玻璃球等，放到玻璃筒里。把玻璃筒倒立过来，观察这些物体下落的情况。把玻璃筒里的空气抽出去，再把玻璃筒倒立过来(“走进物理课堂之前”图4)，再次观察物体下落的情况。 （沪科K）一种科学只有成功地运用数学时，才算达到了真正完善的程度 卡尔马克思【知识点讲解】自由落体运动 (鲁科
6、K)我们来做一个简单的实验。如图324所示，一手拿小纸片，另一手拿硬币，双手举至相同高度，然后同时松手，看看纸片与硬币谁先落地。将纸片捏成纸团，结果又怎样?为什么硬币比纸片先落地?为什么纸片捏成纸团后，下落快些?你能说出原因吗?再用其他物品试试，你能由此得出什么结论?(鲁科K)下面我们通过实验来寻找原因。(鲁科K)物理学中将物体不受其他因素影响，只在重力作用下从静止开始下落的运动称为自由落体运动(motion of free-fa11ing body)。(鲁科K)自由落体运动的规律是什么呢?我们依然可以用打点计时器或者频闪照相法进行探究。图3-26为小球做自由落体运动的频闪照片，从频闪照片可得
7、知小球在自由落体运动过程中时间和位移的信息，然后通过进一步分析计算，可知自由落体运动实质上就是匀加速直线运动。你能验证吗? (鲁科K)实际上，物体在下落过程中不受其他因素影响是很难的。为了研究的方便，当其他因素的影响比较小时，人们通常会忽略这些影响，仍然将这些物体的下落看成自由落体运动。(鲁科K)方法点拨进行科学探究时，应该学会透过现象看本质，有时日常生活经验会影响我们的正确判断(如纸片与硬币的下落情形)，如果不利用真空实验环境进行验证，我们就可能会根据日常生活经验得出错误的结论。(人教K)自由落体运动 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(free-fall motion
8、)。这种运动只在没有空气的空间才能发生，在有空气的空间，如果空气阻力的作用比较小，可以忽略，物体的下落也可以近似看做自由落体运动。（人教J）(2)自由落体运动的教学 引导学生明确所探究的问题，演示实验的设计只写用什么器材、进行什么操作、注意观察什么，而几乎都没有把实验的现象写出来，更不写由此得出的结论。这样做的目的是让学生练习观察，并从观察中自己得出结论。 让学生观察落体的运动： 小段粉笔下落； 纸片下落； 纸片揉成小纸团下落； 演示教材的实验。 让学生思考、讨论，明确：空气阻力使下落物体的运动表现得很复杂，科学研究的第一步是先忽略空气阻力，研究物体不受空气阻力的运动。在这样的学习中，学生不仅
9、可以提高观察与推理的能力。而且会逐渐形成观察与思考的习惯。 学生做教材的重物自由下落的实验，分析纸带上的实验数据，交流、讨论后得到下述结论： 自由落体运动是初速为零的匀加速直线运动； 不同重量的物体加速度相同； 加速度的大小为：(学生由实验中测量的值)（沪科K）物理学中，把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(free-fall motion)。（沪科K）自由落体运动的规律（沪科K）分析论证 推导自由落体的位移公式 利用自由落体运动的v-t图像，可导出位移与时间关系的公式。 让我们先来看看匀速直线运动的情况。 匀速直线运动的速度是不随时间变化的物体在时间t内的位移 s=vt
10、 在平面直角坐标系中，若用纵轴表示速度，横轴表示时间，则它的。叫图像是与横轴平行的直线(图2-9)。从图2-9中可以看出直线下方矩形的面积(浅红色部分)正好对应着物体在时间，内的位移。自由落体运动的v-t图像是一条通过坐标原点的倾斜直线(图2-10)。类似地，倾斜直线下方三角形的面积也对应着物体在时间t内的位移，即 （沪科K）为什么这个三角形的面积能表示位移呢?可以这样理解：设想把落体经历的时间t分成许多很短的间隔，在每个间隔t内，速度变化很小，可以看成匀速运动。在v-t图像(图2-10)上原来倾斜的直线就被一条阶梯状的折线所取代(图2-11)。田中每一个小矩形面积，就对应着t内的位移。当时间
11、间隔无限小时，这条阶梯状折线下方的面积就等于原来倾斜直线下方的面积了。分割与逼近的方法在物理学研究中有着广泛的应用 公元前4世纪一前3世纪，我国刘徽首创了“割圆朱”圆内接正多边形的边数越多其周长和面积就越接近圆的周长和面积 他用这种方法得出了圆周率实验探究测定重力加速度的大小自由落体加速度(鲁科K)通过以上的科学探究，你是否已经确认自由落体运动是匀加速直线运动?如图3-28所示，自由落体的运动速度不断增加，但是自由落体的加速度却是恒定值。 (鲁科K)科学研究表明，物体自由下落时的加速度来自地球和物体之间的万有引力，也称为重力加速度(gravitational acceleration)，常用字
12、母g表示。既然自由落体运动是一种初速度为零的匀加速直线运动，那么在分析自由落体的运动规律时，人们通常将上节中匀变速直线运动公式中的口改写为g，请你将自由落体的运动公式写进下框： (鲁科K)实验研究发现，地球上重力加速度的方向总是竖直向下的，但不同地点重力加速度的大小却有差异。(鲁科K)一般情况下，我们进行计算时，g可取9.8m/s2，在估算时 g还可取为10m/s2。(鲁科K)表3-5 不同地点的重力加速度地点纬度重力加速度g/ms-2北极909.832莫斯科55459.816纽约40409.803北京39569.801东京35439.798上海31129.794武汉30339.794广州23
13、069.788赤道09.780（沪科K）自由落体的速度伽利略的实验告诉我们，自由落体运动是一种速度均匀增加的运动。由于物体是从静止开始下落的，因此，自由落体运动是初速度为零的匀加速直线运动，它的加速度是恒定的。 自由落体的加速度是由重力产生的，所以叫做重力加速度 (acceleration of gravity)，用g表示它的大小约为98ms2，方向竖直向下。 根据加速度的定义，,在自由落体运动中，v0=O， a=g，因此，物体下落经过时间t的速度vt=gt (人教K)自由落体加速度(人教K)使用不同物体进行的反复实验表明，在同一地点，一切物体自由下落的加速度都相同，这个加速度叫做自由落体加速
14、度 (free-fall acceleration)，也叫做重力加速度(gravitational acceleration)，通常用g表示。 重力加速度的方向竖直向下，它的大小可以通过多种方法用实验测定。 精确的实验发现，在地球上不同的地方，g的大小是不同的，在赤道g=9780ms，在北京g=9801ms。一般的计算中，通常取g=98ms；本书中，如果没有特别的要求，可以取g=10ms。下表列出了一些地点的重力加速度。一些地点的重力加速度标准值：g=9.806地点纬度重力加速度赤道09.780广州23069.788武汉30339.794上海31129.794东京35439.798北京39569.801纽约40409.803莫斯科55459.816注：你从表中发现了什么规律吗?你能尝试解释这个规律口马?尝试解释就是做出猜想。自由落体运动是初速度为0的匀加速直线运动，所以匀变速直线运动的基本公式及其推论都适用于自由落体运动，只要把这些公式中的初速度取为0、加速度取为g就可以了。（人教J）重力加速度的教学 教师明确指出：在同一地点，自由落体运动的加速度与物体重量无关而为一定值，这是一个重要的性质。g=98 m/s210 ms2，方向竖直向下，可让学生记住。 教科书列出不同地点的g值表后，提出了一个开放性的问题(g值变化的规律和解释)让学生思考，教科书并不要求
