自由落體教學(xué)設(shè)計
通過演示實(shí)驗(yàn)和學(xué)生合作實(shí)驗(yàn)，分析得出自由落體運(yùn)動的性質(zhì)，明確重力加速度的意義，不僅使學(xué)生對自由落體運(yùn)動規(guī)律有具體、深入的認(rèn)識和規(guī)律在實(shí)際問題中的應(yīng)用，下面是小編為大家整理的自由落體教學(xué)設(shè)計，歡迎參考~
【學(xué)習(xí)任務(wù)分析】
本節(jié)內(nèi)容是對前幾節(jié)運(yùn)動學(xué)的知識和研究方法的應(yīng)用和提升。通過演示實(shí)驗(yàn)和學(xué)生合作實(shí)驗(yàn)，分析得出自由落體運(yùn)動的性質(zhì)，明確重力加速度的意義，不僅使學(xué)生對自由落體運(yùn)動規(guī)律有具體、深入的認(rèn)識和規(guī)律在實(shí)際問題中的應(yīng)用，而且使學(xué)生在獨(dú)立獲取物理知識、探究物理規(guī)律、解決物理問題等方面獲得具體的成果，體驗(yàn)科學(xué)研究的方法，讓學(xué)生得到成功的體驗(yàn)，享受成功的愉悅，激發(fā)學(xué)習(xí)的熱情和責(zé)任感。
本節(jié)教學(xué)的重點(diǎn)在于引導(dǎo)學(xué)生思考研究自由落體運(yùn)動的實(shí)驗(yàn)原理和方法，特別是利用打點(diǎn)計時器記錄運(yùn)動軌跡和時間的方法及實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理、結(jié)論得出、誤差分析等實(shí)驗(yàn)方法。
本節(jié)教學(xué)的難點(diǎn)在于實(shí)驗(yàn)探究的思路、方法。
【學(xué)習(xí)者分析】
學(xué)生前面已認(rèn)識描述運(yùn)動的基本物理量──位移、路程、速度、加速度，掌握勻變速直線運(yùn)動的規(guī)律，并且通過對以上問題的研究，已體會到物理學(xué)研究問題的一些方法，如運(yùn)用理想模型和數(shù)學(xué)方法(圖象、公式)，以及測加速度、處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)等方法。
【教學(xué)目標(biāo)】
1.通過觀察演示實(shí)驗(yàn)概括出自由落體運(yùn)動的條件，滲透物理方法，從而培養(yǎng)學(xué)生的觀察、概括、科學(xué)抽象能力。
2.通過學(xué)生的合作實(shí)驗(yàn)研究自由落體運(yùn)動的規(guī)律，領(lǐng)會科學(xué)探究方法(提出問題、猜想假設(shè)、設(shè)計實(shí)驗(yàn)方案、分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)、總結(jié)交流結(jié)論成果)，理解自由落體運(yùn)動的實(shí)質(zhì)是加速度為g的勻加速直線運(yùn)動。
3.歸納出自由落體加速度的大小和方向，會判別不同地點(diǎn)重力加速度的大小。
4.運(yùn)用理想化方法，通過比較重力與空氣阻力的大小，將實(shí)際問題轉(zhuǎn)化為自由落體問題。
5.會運(yùn)用勻變速直線運(yùn)動的規(guī)律解決自由落體的問題，激發(fā)學(xué)生探究科學(xué)的熱情，增強(qiáng)學(xué)生將物理知識應(yīng)用于生活和生產(chǎn)的意識。
【教學(xué)過程設(shè)計】
讓學(xué)生利用已有的知識和方法，經(jīng)歷科學(xué)探究的過程，培養(yǎng)科學(xué)探究能力，體現(xiàn)物理學(xué)是以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)這一特點(diǎn)，具體設(shè)計思路流程如右圖。虛線框內(nèi)為探究過程。
【教學(xué)過程】
一、通過演示實(shí)驗(yàn)，引出要探究的問題
1.概括落體運(yùn)動是豎直向下的直線運(yùn)動
(1)懸掛在鐵架臺上的小球，它受到幾個力的作用?(重力、懸線拉力)
演示1：用火將懸線燒斷，引導(dǎo)學(xué)生觀察小球的運(yùn)動。
(學(xué)生觀察到：小球在重力作用下，沿豎直方向作直線運(yùn)動。)
(2)落體運(yùn)動是最常見的一種運(yùn)動
演示2：石塊、粉筆頭從手中落下
(3)結(jié)論：任何物體只在重力作用下自由下落，都是沿著豎直方向作直線運(yùn)動。
(過渡：這節(jié)課，我們就來學(xué)習(xí)一種特殊的下落運(yùn)動。)
(板書：自由落體運(yùn)動。)
2.物體下落快慢的因素分析
(1)提出問題：究竟是重的物體下落快還是輕的物體下落快呢?
演示3：等大鐵片和紙片同時、等高、無初速下落。
(學(xué)生觀察到：重的鐵片先落地。)
(2)得出“物體越重下落越快”的結(jié)論。觀點(diǎn)是否正確呢?你能否設(shè)計實(shí)驗(yàn)證明你的觀點(diǎn)?
(激發(fā)學(xué)生思考)
(3)讓學(xué)生上講臺演示其設(shè)計的實(shí)驗(yàn)，并說明其觀點(diǎn)。
學(xué)生演示：較重的鐵紙片和輕小紙團(tuán)同時、等高、無初速下落，或等大的鐵片和紙片疊在一起無初速下落。
(學(xué)生觀察到：輕小紙團(tuán)比較重的鐵片下落快，或鐵片和紙片一樣快。)
(4)引導(dǎo)學(xué)生得出正確結(jié)論
①根據(jù)前面的實(shí)驗(yàn)和分析，同學(xué)們猜想一下，物體下落的快慢跟重力的大小有什么關(guān)系呢?(生：沒有關(guān)系。)
�、谀窃趺唇忉屒懊娴膶�(shí)驗(yàn)現(xiàn)象呢?
(生：空氣阻力影響了物體下落的快慢。)
�、弁瑢W(xué)們猜想一下，如果完全沒有空氣阻力的影響，輕、重物體誰下落得快呢?
演示4：科普知識：1971年美國宇航員斯科特在月球上讓一把錘子和一根羽毛同時下落，觀察到它們同時落到月球表面。
演示5：錢羽管實(shí)驗(yàn)
(學(xué)生觀察到：在抽去空氣的錢羽管內(nèi)，輕重不同的鐵片、羽毛同時落下。)
結(jié)論：在沒有空氣阻力時，物體下落的快慢跟物體重力無關(guān)。我們把這樣的運(yùn)動稱為自由落體運(yùn)動。
(板書：定義：物體只在重力作用下，由靜止開始的下落運(yùn)動叫自由落體運(yùn)動。)
(5)在日常生活中，我們平時見到的落體運(yùn)動由于大氣層的存在，自由落體運(yùn)動是一種理想運(yùn)動，但掌握了這種理想運(yùn)動的`規(guī)律，也就為研究實(shí)際運(yùn)動打下了基礎(chǔ)。當(dāng)空氣阻力不太大，與重力相比較可以忽略時，實(shí)際的落體運(yùn)動可以近似地當(dāng)作自由落體運(yùn)動。
(讓學(xué)生體會自由落體運(yùn)動有著普遍的意義和現(xiàn)代科技的發(fā)展與人類科學(xué)探究進(jìn)程的關(guān)系。)
演示6：體積相同的小木球和小鐵球同時、同高、無初速落下。
(學(xué)生觀察到：兩球幾乎同時落地。)
結(jié)論：(板書：自由落體運(yùn)動的條件：a·從靜止開始下落，初速為零;b.只受重力，或其他力可忽略不計。)
(說明：讓學(xué)生思考、討論，明確空氣阻力使下落物體的運(yùn)動表現(xiàn)得很復(fù)雜，科學(xué)研究的第一步是先忽略空氣阻力，研究物體不受空氣阻力的運(yùn)動。在這樣的學(xué)習(xí)中，學(xué)生不僅可以提高觀察與推理的能力，而且會逐漸形成觀察與思考的習(xí)慣。)
(過渡：人們根據(jù)簡單的觀察所得到的直覺觀念和結(jié)論往往不一定都是可靠的，應(yīng)當(dāng)用科學(xué)實(shí)驗(yàn)對它們進(jìn)行檢驗(yàn)。)
二、探索研究過程
1.提出問題
(1)那么自由落體運(yùn)動是什么性質(zhì)的運(yùn)動呢?(生：(部分)是勻變速直線運(yùn)動。)如是，怎樣通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證?
(2)它的加速度與哪些因素有關(guān)?與落體質(zhì)量有關(guān)嗎?
(3)你的說法有根據(jù)嗎?你研究過嗎?(反問)
2.猜想假設(shè)
(l)落體運(yùn)動既然是自然界最常見、最普遍的一種運(yùn)動，那么其中必然蘊(yùn)藏著最簡單的規(guī)律。
(2)方法教育：大物理學(xué)家們對猜想假設(shè)的理解。
一旦科學(xué)插上幻想的翅膀，它就能贏得勝利。──法拉第(英國)
沒有大膽的猜測就作不出偉大的發(fā)現(xiàn)。──牛頓(英國)
(3)讓學(xué)生大膽猜想自由落體運(yùn)動是一種最簡單的一種變速運(yùn)動──初速度為零的勻加速直線運(yùn)動。
(4)怎樣研究物體運(yùn)動的規(guī)律?
對于初速度為零的勻加速直線運(yùn)動，加速度為常量，物體運(yùn)動的位移s、時間t、速度v之間存在如下關(guān)系：
3.設(shè)計實(shí)驗(yàn)方案(教師引導(dǎo)，學(xué)生通過學(xué)生分組合作討論，提出設(shè)計方案。)
方案一：用打點(diǎn)計時器記錄的紙帶研究物體的自由落體運(yùn)動
設(shè)計原理：
設(shè)計要求：
(1)如何提高本實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確度?
(2)完成實(shí)驗(yàn)后，對紙帶進(jìn)行分析，如何判斷其是勻變速運(yùn)動?
(3)如何利用實(shí)驗(yàn)來說明不同物體的自由落體運(yùn)動規(guī)律相同?
設(shè)計思路：用打點(diǎn)計時器研究物體的運(yùn)動時，為提高實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確度，應(yīng)從減少阻力、正確安裝器材及操作步驟合理等入手。打點(diǎn)計時器最大的特點(diǎn)就是每打兩點(diǎn)的時間間隔相等，它直接記錄下的實(shí)際是物體在連續(xù)相等時間間隔內(nèi)的位移，通過研究這些位移，看連續(xù)相等時間間隔內(nèi)的位移差△s是否相等，從而得知物體的運(yùn)動性質(zhì)。
設(shè)計結(jié)果：
(1)由自由落體運(yùn)動的定義知，要提高實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確度，應(yīng)該從盡量減少阻力入手。具體辦法是：整個裝置應(yīng)豎直(如圖所示)，紙帶應(yīng)平行于打點(diǎn)計時器的限位孔，先打點(diǎn)后放手等。
(2)從相鄰兩點(diǎn)間的距離可看出，物體越往下落，相同時間間隔內(nèi)下落的距離越大，即速度越來越大。
(3)各組利用各自的紙帶選擇清晰的，并量出相鄰各點(diǎn)間的距離。
分組實(shí)驗(yàn)：按設(shè)計要求操作實(shí)驗(yàn)，進(jìn)行分組實(shí)驗(yàn)時，同組實(shí)驗(yàn)者要求相互合作。各組實(shí)驗(yàn)時所用的重物質(zhì)量、形狀各不相同。
(說明：學(xué)生可能會根據(jù)勻變速運(yùn)動的特點(diǎn)會提出多種方案，以下方案的設(shè)計老師要給予肯定，有條件的可以根據(jù)實(shí)際條件進(jìn)行教師課堂演示，沒條件的可以用光電門替代，作為學(xué)生課外研究性課題。)
方案二：利用找出落體物體的速度與時間的關(guān)系
測速度隨時間變化的關(guān)系
方案三：利用
找出落體物體的位移與時間的關(guān)系
測位移隨時間變化的關(guān)系
設(shè)計原理：v-t圖s-t圖
設(shè)計思路：利用儀器測出v、s、t各量
設(shè)計結(jié)果：通過描點(diǎn)作圖，得出圖象對應(yīng)的規(guī)律。
(說明：教師對以上幾種方案進(jìn)行評價，特別對于方案一要著重分析引導(dǎo)，有利于養(yǎng)成良好的實(shí)驗(yàn)習(xí)慣。對于方案二、三教師先給予肯定，利用大屏幕投影進(jìn)行演示。給學(xué)生介紹隨現(xiàn)代科技的發(fā)展，有一種儀器(如圖)
利用Logger Pro軟件自動識別連接在Lab-Pro上的運(yùn)動傳感器，能直接讀出自由下落物體的速度和位移，不僅會大大縮短實(shí)驗(yàn)時間，而且能解決處理數(shù)據(jù)時遇到的如何計算速度這一難題。)
4.分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)
方案一
利用量出的SAB、SBC、SCD算出△s，看是否在實(shí)驗(yàn)誤差范圍內(nèi)相等。若是相等，利用△s=aT2計算出a=?并根據(jù)紙帶判斷出A的方向。
方案二：利用Logger Pro軟件做出v-t圖象。如圖。
方案三：利用Logger Pro軟件做出s-t圖象。如圖。
5.總結(jié)交流結(jié)論成果
方案一：利用各組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析，進(jìn)行交流，判斷得出結(jié)論是否相同?算出的口是否相等?
進(jìn)行交流后，發(fā)現(xiàn)不同物體所做的試驗(yàn)結(jié)論都相差不大，都在9.5 m/s2左右，在實(shí)驗(yàn)誤差范圍內(nèi)可以認(rèn)為相同。
方案二、三：利用logger Pro軟件對圖象進(jìn)行擬合后，得出的A接近9.8m/s2。
結(jié)論：輕重物體下落快慢相同，都做初速度為零的勻變速直線運(yùn)動，A接近9.8 m/s2。方案一偏差較大且值都偏小的原因是阻力影響較大(紙帶與限位孔、空氣阻力等)。
板書：(1)運(yùn)動性質(zhì)：初速度為零的勻變速直線運(yùn)動。
·不同重量的物體加速度相同;這個加速度稱為重力加速度。
·加速度的大小為：____(學(xué)生由實(shí)驗(yàn)中測量的值)。
板書：(2)自由落體的加速度──重力加速度g
在同一地點(diǎn)，一切物體做自由落體的加速度都相同。
強(qiáng)調(diào)：“在同一地點(diǎn)”。就是說，在不同的地點(diǎn)，物體自由落體的加速度不同。(教師介紹精確實(shí)驗(yàn)測定的北極9.832 m/ s2、北京9.801m/s2、長沙9.791m/s2、赤道9.780m/s2的重力加速度值，總結(jié)出：越靠近赤道，重力加速度的值越小;越靠近兩極，重力加速度的值越大。并給出一般取值。)
板書：通常計算中，g=9.8m/s2
方向：豎直向下。
6.探究過程小結(jié)：通過觀察、思考、分析，提出所要研究的問題，然后作出假設(shè)，選擇實(shí)驗(yàn)方案，分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)、總結(jié)交流結(jié)論成果，是科學(xué)探究的重要途徑。
三、應(yīng)用
1.閃光照片
現(xiàn)代科學(xué)發(fā)展為我們研究自由落體運(yùn)動的性質(zhì)提供了更為科學(xué)的手段，請同學(xué)們看彩圖，彩圖是自由落體的小球的閃光照片按比例的縮小圖。(簡介閃光照相)照片上相鄰的球是相隔1/30秒的時間拍攝的，請大家用刻度尺測相鄰的每兩個球之間的距離S，在計算出相鄰每兩段的位移差，看是否是恒量?
(生：(測量、計算)是恒量，說明自由落體運(yùn)動是勻變速直線運(yùn)動。)
2.能否找出剛才紙帶上所打的第一個點(diǎn)嗎?
(利用只要距第二個點(diǎn)約為2 mm的點(diǎn))
3.為了測出井口到井里水面的深度，身邊沒有尺子，但有一秒表，如何粗略測量其深度。可讓一個小石塊從井口下落，若測得經(jīng)2s鐘聽到石塊落到水面的聲音，求井口到水面的大約深。(不計聲音傳播的時間)(19.6米)
小結(jié)：從這題中可以看到應(yīng)用自由落體運(yùn)動規(guī)律，我們可以把長度測量問題轉(zhuǎn)換為時間測量問題。這是物理學(xué)研究中常用的測量轉(zhuǎn)換方法。
4.(參見教科書44頁做一做)測定反應(yīng)時間：測人的反應(yīng)時間，一個人從發(fā)現(xiàn)情況到采取相應(yīng)行動經(jīng)過的時間叫反應(yīng)時間。
可以用下面方法測定：請一位同學(xué)用兩個手指捏住木尺頂端，請你拳起一只手的手指在木尺的下部，作握尺的準(zhǔn)備，但手的任何部位都不要碰到木尺，當(dāng)看到那位同學(xué)放手時，你立即握木尺，測出木尺下降的高度，就可以用自由落體規(guī)律求出反應(yīng)時間。假設(shè)測得某人握住木尺時，木尺下降了20 cm，求該人的反應(yīng)時間。
5.測量“傻瓜”照相機(jī)曝光時間(參見書44頁做一做)
總結(jié)：運(yùn)動規(guī)律：公式：
【板書設(shè)計】
【教學(xué)后記】
1.通過演示實(shí)驗(yàn)，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)了學(xué)生的觀察、概括、科學(xué)抽象能力。教學(xué)時，教學(xué)過程的第一部分(通過演示實(shí)驗(yàn)，引出要探究的問題)可以適當(dāng)緊湊些，盡量縮短教學(xué)時間。研究物體下落快慢的因素分析時，盡量激發(fā)學(xué)生思考，利用已有的實(shí)驗(yàn)器材(紙片、鐵片)，放手讓學(xué)生上講臺來演示，這不僅激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，而且活躍了課堂氛圍。
2.通過探索研究過程，得出重要的結(jié)論：自由落體是勻加速運(yùn)動、加速度為g;同時“讓學(xué)生經(jīng)歷科學(xué)探究的過程，培養(yǎng)科學(xué)探究能力”的精神。最后，自由落體運(yùn)動規(guī)律的得出及應(yīng)用等知識也就水到渠成。因此，對課本知識的適當(dāng)延伸、拓展，讓學(xué)生經(jīng)歷設(shè)計實(shí)驗(yàn)、合作完成實(shí)驗(yàn)、交流實(shí)驗(yàn)成果、得出結(jié)論，再理論聯(lián)系實(shí)際，有利于培養(yǎng)學(xué)生探究能力，觀察、分析、解決實(shí)際問題的能力，這正是當(dāng)今素質(zhì)教育所要求的。
3.在探究過程中，學(xué)生會提出很多方案。用打點(diǎn)計時器記錄的紙帶研究物體的自由落體運(yùn)動時，學(xué)生可能會提出按學(xué)生實(shí)驗(yàn)“研究小車速度隨時間變化的規(guī)律”那樣測出加速度，或不用小車，用鉤碼直接鉤住紙帶跨過滑輪水平拉紙帶等，教師要利用自由落體運(yùn)動的定義出發(fā)，引導(dǎo)學(xué)生對實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行完善。分組實(shí)驗(yàn)時，可以兩個或三個同學(xué)為一組，數(shù)據(jù)的處理時一定要靈活，同組實(shí)驗(yàn)者分別用計算器計算，這樣，可以節(jié)省課堂時間，又達(dá)到了總結(jié)規(guī)律的目的。學(xué)生也可能會提出用方案二、三，利用圖象來研究運(yùn)動規(guī)律，教師要給予肯定，由于實(shí)驗(yàn)條件的限制，可以根據(jù)實(shí)際條件進(jìn)行演示。通過演示不僅拓展學(xué)生的思維，而且鞏固了利用圖象研究運(yùn)動的方法。
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