新教材高中物理必修一第二章 4 自由落体运动

自由落体运动教学反思
自由落体运动是匀变速直线运动的第四节内容，本节课为自由落体运动的第一课时，重点在于空气阻力的认识、自由落体运动的概念认知、自由落体加速度的探究、自由落体运动的规律推导。

自由落体运动虽然是高一的内容，但是它会影响整个高中物理的学习，例如今后要学习的平抛运动，带点粒子在电场中的类平抛运动等。

本节课主备人认为有几点成功之处：
1、体现了新课改的理念，突出学生核心素养的培养。

2、以身边的实例出发，最后又回归到实例，既能激发学生学习的兴趣，又能体现出物理是为生活服务的理念。

3、本堂课体现出学生的主观能动性，任何结论都不是由老师直接灌输，都是由学生自己探究得出的。

4、本堂课信息化技术的应用是比较恰当的，体现出了科技和知识相互促进的思想。

5、让学生自己进行演示实验，学生通过实验过程合作讨论发现问题得出正确的结论。

这样在整个教学过程中，既有发散性思维又有集中性思维，有利于培养学生的创造性思维能力，还充分发挥了集体智慧的力量。

本节课也还存在一些不足之处：
1、教者在上课过程中存在极少数的口误。

2、学生面对这种录课场面有些怯场，回答问题明显紧张。

3、虽然让学生自己测量自由落体加速度，但是没有让学生亲自处理数据，而是用Excel处理数据，没有锻炼学生的计算能力，考虑到学生计算能力较弱，本节课时间有限，所以采取计算机处理实验数据。

4、由于时间的原因本节课没有讲解例题。

4 自由落体运动[学习目标] 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特点，建立重力加速度的概念．知道重力加速度的大小、方向．(重点) 3.掌握自由落体运动的规律，并能解决相关实际问题．(难点) 4.了解伽利略对自由落体运动的研究方法，领会伽利略的科学思想．一、自由落体运动1．定义：物体只在重力作用下从静止开始下落的运动． 2．特点(1)运动性质：初速度等于零的匀加速直线运动． (2)受力特点：只受重力作用．(3)物体下落可看作自由落体运动的条件：在实际中物体下落时由于受空气阻力的作用，物体并不是做自由落体运动，只有当空气阻力比重力小得多，可以忽略时，物体的下落才可当作自由落体运动来处理．二、自由落体加速度1．定义：在同一地点，一切物体自由下落的加速度都相同．这个加速度叫自由落体加速度，也叫重力加速度，通常用g 表示．2．方向：竖直向下． 3．大小(1)在地球上的同一地点：一切物体自由下落的加速度都相同．(2)在地球上不同的地点，g 的大小一般是B(A.相同 B ．不同)的，g 值随纬度的增大而逐渐增大．(3)一般取值：g ＝9.8_m/s 2或g ＝10_m/s 2. 4．自由落体的速度、位移与时间的关系式v ＝gt . x ＝12gt 2.三、伽利略对自由落体运动的研究1．问题发现亚里士多德观点：重物下落得快，轻物下落得慢．矛盾：把重物和轻物捆在一起下落，会得出两种矛盾的结论．伽利略观点：重物与轻物下落得一样快．2．猜想与假说伽利略猜想落体运动应该是一种最简单的变速运动，并指出这种运动的速度应该是均匀变化的假说．3．理想斜面实验(1)如果速度随时间的变化是均匀的，初速度为零的匀变速直线运动的位移x与运动所用的时间t的平方成正比，即x∝t 2.(2)让小球从斜面上的不同位置由静止滚下，测出小球从不同起点滚动的位移x和所用的时间t.(3)斜面倾角一定时，判断x∝t 2是否成立．(4)改变小球的质量，判断x∝t 2是否成立．(5)将斜面倾角外推到θ＝90°情况——小球自由下落，认为小球仍会做匀加速运动，从而得到了自由落体运动的规律．4．伽利略研究自然规律的科学方法：把实验和逻辑推理(包括数学推演)和谐地结合起来．他给出了科学研究过程的基本要素：对现象的一般观察→提出假设→运用逻辑得出推论→通过实验对推论进行检验→对假设进行修正和推广．1．正误判断(正确的打“√”，错误的打“×”)(1)在空气中自由释放的物体做自由落体运动．(×)(2)物体在真空中一定做自由落体运动．(×)(3)自由释放的物体只在重力作用下一定做自由落体运动．(√)(4)在同一地点，轻重不同的物体自由落体加速度一样大．(√)(5)自由落体加速度的方向垂直于地面向下．(×)2．(多选)在忽略空气阻力的情况下，让石块和木块从同一高度同时从静止开始下落，下列说法中正确的是( )A．重的石块先着地B．轻的木块先着地C．在着地前的任一时刻，二者具有相同的速度和位移D．二者在下落这段时间内的平均速度相等CD[在忽略空气阻力的情况下，只在重力作用下由静止释放的物体的运动可以看作自由落体运动，快慢程度与质量无关，运动情况是一样的，同时落地，A、B错，C对；由平均速度的定义可知，D对．]3．下列哪位科学家首先采用了实验检验猜想和假设的科学方法，把实验和逻辑推理和谐地结合起来，从而有力地推动了人类科学的发展( )A．亚里士多德B．伽利略C．牛顿D．爱因斯坦B[在物理学发展史上，伽利略把实验和逻辑推理和谐地结合起来，有力地推动了人类科学的发展．]研究自由落体运动1.对自由落体运动的理解(1)自由落体运动的条件：①运动条件：初速度为零．②受力条件：除重力外不受其他力的作用．(2)自由落体运动是一种理想化模型．①这种模型忽略了次要因素——空气阻力，突出了主要因素——重力．实际中，物体下落时由于受空气阻力的作用，并不做自由落体运动．②当空气阻力远小于重力时，物体由静止开始的下落可看作自由落体运动．如在空气中石块的自由下落可看作自由落体运动，空气中羽毛的下落不能看作自由落体运动．(3)自由落体运动的图像：自由落体运动的v­t图像(如图所示)是一条过原点的倾斜直线，斜率k＝g.2．研究自由落体运动的方法(1)利用打点计时器进行研究．(2)利用频闪照片进行研究．3．自由落体运动的重要推论(1)整个自由落体运动的平均速度v 等于末速度v 的一半，也等于中间时刻的瞬时速度v t 2，即v ＝v 2＝v t 2.(2)在连续相等的时间(T )内位移之差为一恒定值，即Δh ＝gT 2.(3)自由落体运动是初速度为零的匀变速直线运动，因此其规律与初速度为0的匀加速直线运动相同，即：x ＝gt ，h ＝12gt 2，v 2＝2gh .【例1】 如图所示，有一根长为l ＝0.5 m 的木棍AB ，悬挂在某房顶上，它自由下落时经过一高为d ＝1.5 m 的窗口，通过窗口所用的时间为0.2 s ，求木棍B 端离窗口上沿的距离h .(不计空气阻力，取g ＝10 m/s 2)思路点拨：自由落体运动是初速度为零，加速度为g 的匀加速直线运动．木棍下端到达窗口上沿的位移为h ，根据位移公式列出h 与所用时间的关系式．木棍上端到达窗口下沿的位移为h ＋d ＋l ，列出其与所用时间的表达式，再联立求解h .[解析] 设木棍B 端下落到窗口上沿所用的时间为t ，则A 端下落到窗口下沿所用的总时间为t ＋0.2 s ，B 下落到上沿有：h ＝12gt 2①，A 下落到下沿有：h ＋d ＋l ＝12g (t ＋0.2 s)2②，①②联立得：t ＝0.9 s ，h ＝4.05 m.[答案] 4.05 m处理自由落体运动问题时，首先要善于根据题意，灵活运用公式，特别是注意如下特殊问题的求解：对于不可以看作质点的物体的运动，比如铁链自由下落，计算经过某点所用的时间时，由于它有一定的长度，经过这一点时不是一瞬间，而是一段时间，解决这类问题的关键是选准研究过程，找准与这段研究过程的起点和终点相对应的位移，解答过程中应借助示意图，搞清楚物体运动的过程，从而达到解决问题的目的.1．“自由落体”演示实验装置如图所示，当牛顿管被抽成真空后，将其迅速倒置，管内轻重不同的物体从顶部下落到底端的过程中，下列说法正确的是( )A ．时间相同，加速度相同B ．时间相同，加速度不同C ．时间不同，加速度相同D ．时间不同，加速度不同A [轻重不同的物体在牛顿管中不受空气阻力，做自由落体运动，所以加速度相同，都为g ；因高度相同，根据h ＝12gt 2知运动时间相同．故A 正确，B 、C 、D 错误．]重力加速度与重力加速度的测量1.(1)产生原因：由于地球上的物体受到地球的吸引力而产生． (2)大小一般计算可取g ＝9.8 m/s 2或g ＝10 m/s 2，没有特殊说明时，按g ＝9.8 m/s 2计算． 重力加速度的大小与在地球上的位置及距地面的高度有关与纬度的关系在地球表面上，重力加速度随纬度的增加而增大，即赤道处重力加速度最小，两极处重力加速度最大，但差别很小与高度的关系在地面上的同一地点，重力加速度随高度的增加而减小，但在一定的高度内，可认为重力加速度的大小不变下是指与水平面垂直．只有在赤道或两极时重力加速度才指向地心．2．重力加速度的测量 (1)打点计时器法①利用如图所示装置，让物体自由下落打出点迹清晰的纸带． ②对纸带上计数点间的距离x 进行测量，利用g ＝x n －x n －1T 2，求出重力加速度．(2)频闪照相法①频闪照相机可以间隔相等的时间拍摄一次，利用频闪照相机的这一特点可追踪记录做自由落体运动的物体在各个时刻的位置(如图所示)．②根据匀变速运动的推论Δh ＝gT 2可求出重力加速度g ＝Δh T 2.也可以根据v t 2＝v ＝x t ，求出物体在某两个时刻的速度，由g ＝v －v 0t，可求出重力加速度g . (3)滴水法如图所示，让水滴自水龙头滴下，在水龙头正下方放一个盘，调节水龙头，让水一滴一滴地滴下，并调节到使第一滴水碰到盘的瞬间，第二滴水正好从水龙头口开始下落，并且能依次持续下去．用刻度尺测出水龙头口距盘面的高度h ，再测出每滴水下落的时间T ，其方法是：当听到某一滴水滴落在盘上的同时，开启停表开始计时，之后每落下一滴水依次数1、2、3…，当数到n 时按下停表停止计时，读出停表示数t ，则每一滴水下落的时间为T ＝t n，由h ＝12gT 2得g ＝2h T 2＝2n 2ht2.由于h ＝12gT 2，则h ∝T 2.因此先画出h ­T 2图像，利用图线的斜率来求重力加速度更准确．【例2】 用滴水法可以测定重力加速度的值．方法：在自来水龙头下面固定一块挡板A ，使水一滴一滴连续地滴落到挡板上，如图所示，仔细调节水龙头，使得耳朵刚好听到前一滴水滴在挡板上的声音的同时，下一滴水刚好开始下落．首先量出水龙头口离挡板的高度h ，再用停表计时，计时方法：当听到某一滴水滴在挡板上的声音的同时，开启停表开始计时，并数“1”，以后每听到一声水滴声，依次数“2,3…”，一直数到“n ”时，按下停表按钮停止计时，读出停表的示数为t .(1)写出用上述所测量数据计算重力加速度g 的表达式： ________________.(2)为了减小误差，改变h 的数值，测出多组数据，记录在表格中(表中t ′是水滴从水龙头口到A 板所用的时间，即水滴在空中运动的时间)，请在图所示的坐标纸上作出适当的图像，并利用图像求出重力加速度g 的值：g ＝________m/s 2.(保留2位有效数字)次数 高度h /cm 空中运动时间t ′/s 1 20.10 0.20 2 25.20 0.23 3 32.43 0.26 4 38.45 0.28 5 44.00 0.30 650.120.32思路点拨：①滴水的周期与记录的水滴声次数n 的关系：t ′＝tn －1.②水滴下落高度h 与水滴下落时间t ′的关系：h ＝12gt ′2.[解析] (1)滴水的周期就是水滴下落的时间，所以t ′＝tn －1，由h ＝12gt ′2得g ＝2(n －1)2ht2. (2)描点如图所示，求出斜率k ＝ht ′2＝12g ， 解得g ＝9.8 m/s 2.[答案] (1)g ＝2(n －1)2ht2(2)图见解析 9.8根据实验求重力加速度的四种方法(1)利用相邻的、相等的时间间隔的位移差相等，且为一定值，即Δh ＝gT 2，则g ＝Δh T2.(2)可由位移公式h ＝12gt 2求得．利用刻度尺量出从初始位置到某点的位移，若已知发生这段位移的时间，则g ＝2ht2，可以找多个点，多次求g 值，再求平均值．(3)可利用速度公式v ＝gt 求得．利用平均速度求某一点的瞬时速度，并已知自由下落的物体经过该点的时间，则由g ＝v t解得，当然也可找多个点，多次求瞬时速度及g 值，再求平均值．(4)利用多次求得的瞬时速度，画出v ­t 图像，根据图线的斜率求得g .2．甲、乙两同学通过下面的实验测量人的反应时间．实验步骤如下：(1)甲用两个手指轻轻捏住量程为L 的木尺上端，让木尺自然下垂．乙把手放在尺的下端(位置恰好处于L 刻度处，但未碰到尺)，准备用手指夹住下落的尺．(2)甲在不通知乙的情况下，突然松手，尺子下落；乙看到尺子下落后快速用手指夹住尺子．若夹住尺子的位置刻度为L 1，重力加速度大小为g ，则乙的反应时间为________(用L 、L 1和g 表示)．(3)已知当地的重力加速度大小为g ＝9.80 m/s 2，L ＝30.0 cm ，L 1＝10.4 cm.乙的反应时间为________s ．(结果保留2位有效数字)(4)写出一条能提高测量结果准确程度的建议：_______________________________________________________ ______________________________________________________. [解析] (2)根据自由落体运动的规律， 得L －L 1＝12gt 2，解得t ＝2(L －L 1)g.(3)将g ＝9.80 m/s 2，L ＝30.0 cm ＝0.300 m ，L 1＝10.4 cm ＝0.104 m ，代入t ＝ 2(L －L 1)g得t ＝0.20 s.(4)建议：多次测量取平均值；初始时乙的手指尽可能接近尺子． [答案] (2) 2(L －L 1)g(3)0.20 (4)多次测量取平均值；初始时乙的手指尽可能接近尺子伽利略对自由落体运动的研究1.伽利略对自由落体运动的研究(1)过程：问题―→猜想―→数学推理―→实验验证―→合理外推―→得出结论 (2)思想方法：实验和逻辑推理相结合． 2．伽利略的研究方法(1)运用“归谬法”否定了亚里士多德关于重的物体下落快、轻的物体下落慢的论断． (2)提出自由落体运动是一种最简单的变速运动——匀变速直线运动的假说．【例3】 (多选)如图所示，大致地表示了伽利略探究自由落体运动的实验和思维过程，对于此过程的分析，以下说法正确的是( )A ．其中甲图是实验现象，丁图是经过合理的外推得出的结论B ．其中丁图是实验现象，甲图是经过合理的外推得出的结论C ．运用甲图的实验，可“冲淡”重力的作用，使实验现象更明显D ．运用丁图的实验，可“放大”重力的作用，使实验现象更明显 思路点拨：①理解伽利略设计“冲淡”重力的斜面实验的原因． ②明确斜面实验的过程及结论是如何获得的．AC [伽利略探究自由落体运动时，让小球从斜面上滚下，此时可以“冲淡”重力的作用，使实验现象更明显，然后合理外推到斜面竖直的状态，故正确选项为A 、C.]3．关于伽利略对自由落体运动的研究，下列说法中不正确的是( ) A ．在同一地点，重的物体和轻的物体下落一样快B ．伽利略猜想运动速度与下落时间成正比，并直接用实验进行了验证C ．伽利略通过数学推演并用小球在斜面上验证了位移与时间的平方成正比D ．伽利略思想方法的核心是把实验和逻辑推理(包括数学推演)和谐地结合起来 B [伽利略认为，在同一地点，重的物体和轻的物体应该下落得同样快，故A 正确．伽利略猜想自由落体的运动速度与下落时间成正比，并未直接进行验证，而是在斜面实验的基础上进行合理外推得到的，故B 错误．伽利略通过数学推演并用小球在斜面上验证了位移与时间的平方成正比，故C 正确．伽利略斜面实验的卓越之处不是实验本身，而是实验所使用的独特的方法在实验的基础上，进行理想化推理，伽利略思想方法的核心是把实验和逻辑推理(包括数学推演)和谐地结合起来，故D 正确．]课堂小结知识脉络1.亚里士多德认为重的物体比轻的物体下落得快．伽利略的观点：重物与轻物下落得同样快．2．物体做自由落体运动的条件：(1)只受重力作用；(2)从静止开始运动． 3．纬度越高，重力加速度越大；海拔越高，重力加速度越小．4．自由落体运动是初速度为零的匀加速直线运动，基本运动学公式为：v ＝gt ，h ＝12gt 2，v 2＝2gh .1．(多选)一个铁钉和一团棉花同时从同一高处下落，总是铁钉先落地，这是因为( )A ．铁钉比棉花团重B ．棉花团受到的空气阻力不能忽略C ．棉花团的加速度比重力加速度小D ．铁钉的重力加速度比棉花团的重力加速度大BC [铁钉受到的空气阻力与其重力相比较小，可以忽略，而棉花受到的空气阻力与其重力相比较大，不能忽略，所以铁钉的下落加速度较大，而它们的重力加速度是相同的，故只有B 、C 正确．]2．伽利略在著名的斜面实验中，让小球分别沿倾角不同、阻力很小的斜面从静止开始滚下，他通过实验观察和逻辑推理，得到的正确结论是( )A ．倾角一定时，小球在斜面上的位移与时间成正比B ．倾角一定时，小球在斜面上的速度与时间成正比C ．斜面长度一定时，小球从顶端滚到底端时的速度与倾角无关D ．斜面长度一定时，小球从顶端滚到底端所需的时间与倾角无关B [伽利略在著名的斜面实验中得出倾角一定时，xt2的比值保持不变，推出小球在斜面上的速度与时间成正比，选项A 错误，选项B 正确；倾角不同，x t2的比值不同，即斜面长度一定时，小球从顶端滚到底端时的速度与倾角有关，且倾角越大，速度越大，所用时间越短，选项C 、D 错误．]3．一个小石块从空中a 点开始做自由落体运动，先后经过b 点和c 点．已知石块经过b 点时的速度为v ，经过c 点时的速度为3v ，则ab 段与bc 段的位移之比为( )A ．1∶3B ．1∶5C ．1∶8D ．1∶9 C [ab 段的位移为x ab ＝v 22g ，bc 段的位移为x bc ＝(3v )2－v 22g ＝8v 22g，所以x ab ∶x bc ＝1∶8，选项C 正确．]4．伽利略在《两种新科学的对话》一书中，提出猜想：物体沿斜面下滑是一种匀变速直线运动，同时他还实验验证了该猜想．某小组依据伽利略描述的实验方案，设计了如图所示的装置，探究物体沿斜面下滑是否做匀变速直线运动．实验操作步骤如下：①让滑块从离挡板某一距离s处由静止沿某一倾角θ的斜面下滑，并同时打开装置中的阀门，使水箱中的水流到量筒中；②当滑块碰到挡板的同时关闭阀门(假设水流出均匀稳定)；③记录下量筒收集的水量V；④改变滑块起始位置离挡板的距离，重复以上操作；⑤测得的数据见表格．次数12345 6s(m) 4.5 3.9 3.0 2.1 1.50.9V(mL)9084625240(1)A．水箱中水的体积B．水从水箱中流出的速度C．滑块下滑的时间D．滑块下滑的位移(2)小组同学漏填了第3组数据，实验正常，你估计这组水量V＝________mL；若保持倾角θ不变，增大滑块质量，则相同的s，水量V将________(填“增大”“不变”或“减小”)；若保持滑块质量不变，增大倾角θ，则相同的s，水量V将________(填“增大”“不变”或“减小”)．(3)下面说法中不属于该实验误差来源的是________．A．水从水箱中流出不够稳定B．滑块开始下滑和开始流水不同步C．选用的斜面不够光滑D．选用了内径较大的量筒[解析](1)关于初速度为零的匀变速运动，位移与时间的二次方成正比，由于水是均匀稳定地流出，水的体积和时间成正比，所以量筒中收集的水量可以间接测量时间，选项C正确．(2)该运动是匀变速直线运动，位移与时间的二次方是成正比，即位移与体积的二次方是成正比．小组同学漏填了第3组数据，实验正常，这组水量V＝73 mL；若保持倾角θ不变，增大滑块质量，滑块的加速度不变，则相同的s，水量V将不变；若保持滑块质量不变，增大倾角θ，加速度将增大，则相同的s，时间减小，水量V将减少．(3)本实验误差的主要来源有：水从水箱中流出不够稳定，还可能来源于距离测量的不准确，滑块开始下滑和开始流水不同步．[答案](1)C (2)73 不变减小(3)C。

第4节自由落体运动核心素养物理观念科学思维科学探究科学态度与责任1.知道自由落体运动的条件。

2.知道自由落体加速度的大小和方向。

1.通过自由落体运动模型的建构，体会伽利略对自由落体运动的研究方法，领悟伽利略的科学思想。

2.掌握自由落体运动的规律，并能解决相关实际问题。

1.通过实验测量自由落体加速度的大小。

2.利用自由落体运动规律测量人的反应时间。

培养实事求是的态度，增强运动规律服务生产生活的意识。

知识点一自由落体运动[观图助学]1.定义：物体只在重力作用下从静止开始下落的运动。

（1）运动性质：初速度等于零的匀加速直线运动。

（2）受力特点：只受重力作用。

不受其他力在实际中物体下落时由于受空气阻力的作用，物体并不是做自由落体运动，在有空气的空间，如果空气阻力的作用比较小，可以忽略，物体的下落可以近似看作自由落体运动。

[思考判断]（1）物体从静止下落的运动是自由落体运动。

（×）（2）只在重力作用下的运动是自由落体运动。

（×）（3）空气中从静止释放的铁球的运动可以看作自由落体运动。

（√）,亚里士多德的观点：重的物体比轻的物体下落的快运动员打开降落伞下落时，受到的空气阻力不能忽略，不能看作自由落体运动。

知识点二自由落体加速度[观图助学]同一地点重力加速度g的大小是相同的，在地球的不同地方，g的值略有不同。

如果没有特别说明一般按9.8 m/s2计算。

1.定义：在同一地点，一切物体自由下落的加速度都相同。

这个加速度叫作自由落体加速度，也叫作重力加速度，通常用g表示。

2.方向：竖直向下。

（1）一般g＝9.8 m/s2，粗略计算g＝10 m/s2。

（2）g值随纬度升高而增大，随高度升高而减小。

[思考判断]（1）重力加速度的方向总是垂直向下的。

（×）（2）赤道上的重力加速度比两极点的大。

（×）（3）重力加速度的大小与物体的质量无关。

（√）,（1）重力加速度大小并不是恒定的。

重力加速度大小与物体的质量、运动状态、受力情况无关，与物体在地球上的纬度以及高度有关。

2.4自由落体运动〖教材分析〗自由落体运动是匀变速直线运动的一个具体的实例，又是一个特殊的实例。

自由落体运动是一种理想的物理模型，在实际生活由于空气阻力的存在，使得一些重的物体下落得非常快。

所以我们要让学生知道，在空气阻力较小的情况下也是可以看做自由落体运动的，这样我们这节课的实验就很重要。

通过概括自由落体运动的特点和前面学习的运动公式推导出自由落体运动的运动学公式，培养学生的独立思考和推导能力，进而认识到运动的本质。

课后有伽利略的研究思路和研究方法以及他人生轨迹，这都将会是学生们重要的精神粮食。

〖教学目标与核心素养〗物理观念：认识自由落体运动的特点和规律；会运用自由落体运动的特点和规律解答相关问题。

科学思维：通过分析，归纳出自由落体运动的速度，位移公式，培养分析、推理、综合的能力。

科学探究：通过观察演示实验，概括出自由落体运动的特点；通过实验探究自由落体运动加速度的大小。

科学态度与责任：培养学生仔细观察、认真思考、积极参与、勇于探索的精神。

〖教学重点与难点〗重点：1、自由落体运动的概念及探究自由落体运动的过程。

2、掌握自由落体运动的规律，并能运用其解决实际问题。

难点：1、理解并运用自由落体运动的条件及规律解决实际问题。

2、自由落体运动逐差法求加速度。

〖教学方法〗演示法、探究法、讲解法、多媒体教学等。

〖教学准备〗牛顿管、金属片、石头、纸片、打点计时器、纸带、重物、刻度尺、多媒体课件。

〖教学过程〗一、新课引入站在高层建筑物上，让轻重不同的两个物体从同一高度同时落下，你认为哪个物体下落得快？(课件展示比萨斜塔动图）比较难以看得出来。

在教室内拿两张同样大小的纸，将其中一张揉成一个团。

让纸团和另一张纸在同样的高度落下，看看哪一个下落得快？很明显是揉成团的比较快。

结合实验及生活中的经验，讨论：什么因素影响物体下落的快慢？影响落体运动快慢的因素可能是空气阻力的作用。

物体下落的运动是司空见惯的，但人类对它的认识却经历了差不多两千年的时间。

第4节自由落体运动课程内容要求核心素养提炼1.了解亚里士多德关于力与运动的主要观点．2.了解伽利略研究自由落体运动的实验和推理方法．认识伽利略对物体运动的研究在科学发展和人类进步上的重大意义．3.通过实验探究自由落体运动，体会基于事实证据和科学推理对不同观点和结论进行质疑、分析和判断的科学研究方法．4.经历抽象概括和推理的过程，知道物体做自由落体运动的条件．5.通过实验，探究自由落体运动的规律，了解重力加速度的概念，掌握其大小、方向，知道地球上不同地点的重力加速度可能会不同. 1.物理观念：理解自由落体运动的特点和规律；并会运用自由落体运动的特点和规律解答相关问题．2.科学思维：通过观察演示实验，概括出自由落体运动的特点，培养观察、分析能力．3.科学探究：培养仔细观察、认真思考、积极参与、勇于探索的精神．4.科学态度与责任：培养严谨的科学态度和实事求是的科学作风.一、自由落体运动1．定义物体只在重力作用下从静止开始下落的运动．2．特点(1)运动特点：初速度等于零的匀加速直线运动．(2)受力特点：只受重力作用．[思考]在月球上，宇航员将铁球与羽毛在同一高度由静止同时释放，它们同时落地．为什么会出现这种情况？提示月球表面没有空气，铁球与羽毛都做自由落体运动．二、自由落体加速度 1．定义在同一地点，一切物体自由下落的加速度都相同，这个加速度叫作自由落体加速度，也叫重力加速度.2．方向 竖直向下． 3．大小在地球上同一个地点，重力加速度的值固定不变，但是在地球上不同的地点，重力加速度的值略有不同.在粗略计算中，可以取g ＝10 m/s 2，如果没有特殊说明，就按g ＝9.8 m/s 2进行计算．[判断](1)重力加速度的方向总是垂直向下．(×) (2)月球上的重力加速度也是9.8 m/s 2.(×) 4．自由落体运动的规律自由落体运动是初速度为0的匀加速直线运动，且加速度为重力加速度g .自由落体的速度、位移与时间的关系式为：v ＝gt ，x ＝12gt 2.[判断](1)自由落体运动的速度大小与时间成正比．(√) (2)自由落体运动的位移大小与时间成正比．(×)探究点一 对自由落体运动及自由落体加速度的理解做下面的小实验并认真观察物体的下落情况．①将一张纸片和一个金属球同时在同一高度释放，如图甲． ②将纸片揉成团和金属球同时在同一高度释放，如图乙． (1)纸片和金属球哪个先落地？为什么？ (2)纸团和金属球哪个先落地？为什么？提示(1)金属球先落地，因为空气阻力对纸片下落快慢的影响比对金属球下落快慢的影响大．(2)纸团和金属球几乎同时落地，因为空气阻力对二者下落快慢的影响差别不是很大．1．自由落体运动的理解(1)条件：①初速度为零；②只受重力．(2)运动性质：是初速度v0＝0、加速度a＝g的匀加速直线运动．(3)v－t图像：是一条过原点的倾斜直线(如图所示)，斜率k＝g.[特别提醒]自由落体运动是一种理想化模型：只有当空气阻力比重力小得多，可以忽略时，且物体由静止下落的运动才可以当作自由落体运动．2．自由落体加速度(重力加速度)的理解(1)方向：总是竖直向下．(2)大小：①在同一地点，重力加速度都相同．②大小与在地球上的纬度、距地面的高度有关：与纬度的关系在地球表面上，重力加速度随纬度的增加而增大，即赤道处重力加速度最小，南、北两极处重力加速度最大，但差别不大与高度的关系在地面上的同一地点，重力加速度随高度的增加而减小．但在不太高的高度内，可认为重力加速度的大小不变[特别提醒](1)重力加速度的方向既不能说是“垂直向下”，也不能说是“指向地心”，只有在赤道或两极时重力加速度的方向才指向地心．(2)物体在其他星球上也可以做自由落体运动，但不同天体表面的重力加速度不同．关于自由落体运动的加速度g，下列说法正确的是()A．重的物体g值大B．同一地点，轻、重物体的g值一样大C．g值在地球上任何地方都一样大D．g值在赤道处大于北极处B[g值与物体的轻重无关，A错误、B正确；g值在地球上不同地方不同，在赤道处小于北极处，C、D错误．][训练1] 关于自由落体运动，下列说法正确的是( ) A ．质量大的物体自由落体时的加速度大B ．从水平飞行着的飞机上释放的物体将做自由落体运动C ．雨滴下落的过程是自由落体运动D ．从水龙头上滴落的水滴的下落过程，可近似看作自由落体运动D [所有物体在同一地点的重力加速度相等，与物体的质量大小无关，故A 错误；从水平飞行着的飞机上释放的物体，由于惯性具有水平初速度，不是做自由落体运动，故B 错误；雨滴下落过程所受空气阻力与速度大小有关，速度增大时阻力增大，雨滴速度增大到一定值时，阻力与重力相比不可忽略，不能认为是自由落体运动，故C 错误；从水龙头上滴落的水滴所受空气阻力与重力相比可忽略不计，可认为只受重力作用，故D 正确．][训练2] (多选)对于从苹果树上同一高度同时落下的苹果和树叶，下列说法正确的是( )A ．苹果和树叶都可以看成自由落体运动B ．苹果可以近似地看成自由落体运动，树叶不能看成自由落体运动C ．假如地球上没有空气，则苹果和树叶将同时落地D ．苹果先落地是因为其受到的重力加速度比树叶的大BC [从树上落下的苹果所受阻力相对重力很小，可看成自由落体运动，而从树上落下的树叶所受阻力相对重力较大，不能看成自由落体运动，A 、D 错误，B 正确；假如地球上没有空气，则苹果和树叶不受空气阻力，都做自由落体运动，下落快慢相同，同时落地，C 正确．]探究点二 自由落体运动的规律1．匀变速直线运动的基本公式和自由落体运动的基本公式的比较：匀变速直线运动 自由落体运动速度公式 v ＝v 0＋at v ＝gt 位移公式 x ＝v 0t ＋12at 2h ＝12gt 2 速度—位移关系式v 2－v 20＝2axv 2＝2gh[(1)自由落体运动的运动时间由下落的高度决定．(2)自由落体运动中下落的位移与离地高度是两个不同的概念，处理问题时要注意区分．2．匀变速直线运动的一切推论公式，如平均速度公式、逐差相等公式、初速度为零的匀变速直线运动的比例式，都适用于自由落体运动．一物体做自由落体运动，落地时速度是30 m/s(g 取10 m/s 2)．求： (1)物体下落到地面所需时间； (2)物体开始下落时的高度； (3)物体在最后1 s 内下落的高度． 解析 (1)由v ＝gt 得：t ＝v g ＝3010 s ＝3 s(2)方法一 根据v 2＝2gh ，则下落的高度为： h 1＝v 22g ＝90020m ＝45 m.方法二 h 1＝0＋v 2·t ＝0＋302×3 m ＝45 m.方法三 h 1＝12gt 2＝12×10×32 m ＝45 m.方法四 作出如图的v －t 图像．h 1＝12×3×30 m ＝45 m.(3)物体在前2 s 内的位移为： h 2＝12gt 22＝12×10×4 m ＝20 m ， 所以最后1 s 内的位移为 h 3＝h 1－h 2＝45 m －20 m ＝25 m. 答案 (1)3 s (2)45 m (3)25 m[训练3] 某探险者在野外攀岩时，踩落一小石块，约5 s 后听到石块直接落到崖底的声音．探险者离崖底的高度最接近的是( )A ．25 mB ．50 mC ．110 mD ．150 mC [小石块下落过程可以看作自由落体运动，即x ＝12gt 2，代入数据得x ＝12×9.8×52 m＝122.5 m ，考虑声音传回来大约需122.5340 s ＝0.3 s ，即下落距离应略小于122.5 m ，即选项C正确．][训练4] 宇航员在月球上离月球表面高10 m 处由静止释放一片羽毛，羽毛落到月球表面上的时间大约是(月球表面的重力加速度约为地球的16)( )A ．1.0 sB ．1.4 sC ．3.5 sD ．12 sC [月球周围是真空，羽毛不受阻力做自由落体运动，月球表面的重力加速度约为地球的16，由h ＝12×⎝⎛⎭⎫16g t 2知，t ＝ 12hg≈3.5 s ．] 探究点三 自由落体加速度的测定测定重力加速度的方法 1．打点计时器法(1)利用如图所示装置，让物体自由下落打出点迹清晰的纸带．(2)对纸带上计数点间的距离x 进行测量，利用g ＝x n －x n －1T 2，求出重力加速度．[特别提醒] (1)为尽量减小空气阻力的影响，重物应选密度大的物体． (2)打点计时器应竖直固定好．(3)重物应靠近打点计时器释放，且要先打开打点计时器的电源再放开重物． (4)改变重物的质量，重复打出几条纸带．(5)选点迹清晰且1、2两起始计数点间距离小于或接近2 mm 的纸带分析探究． 2．频闪照相法：频闪照相机可以间隔相等的时间拍摄一次，利用频闪照相机可追踪记录做自由落体运动的物体在各个时刻的位置，根据Δx 是否为恒量，可判断自由落体运动是否为匀变速直线运动．并且可以根据匀变速运动的推论Δx ＝gT 2求出重力加速度g ，也可以根据v t 2＝v － ＝xt，求出物体在某一时刻的速度，再由v ＝v 0＋gt 求出重力加速度g .利用如图甲所示的装置测量重物做自由落体运动的加速度．(1)对该实验装置及操作的要求，下列说法正确的是________(填写字母序号)． A ．电磁打点计时器应接220 V 交流电源 B ．打点计时器的两个限位孔应在同一条竖直线上 C ．开始时应使重物靠近打点计时器并保持静止 D ．操作时，应先放开纸带后接通电源E ．为了便于测量，一定要找到打点计时器打下的第一个点，并选取其以后各连续的点作为计数点(2)图乙是某同学在实验中得到的一条较为理想的纸带．把开头几个模糊不清的点去掉，以较清晰的某一个点作为计数点1，随后连续的几个点依次标记为点2、3、4.测量出各点间的距离已标在纸带上，已知打点计时器的打点周期为0.02 s ．打点计时器打出点2时重物的瞬时速度为____m/s ，重物做自由落体运动的加速度的大小约为______m/s 2.(结果保留3位有效数字)解析 (1)电磁打点计时器应接8 V 交流电源，故A 错误；打点计时器的两个限位孔应在同一条竖直线上，故B 正确；开始时应使重物靠近打点计时器并保持静止，故C 正确；操作时，应先接通电源，再释放纸带，故D 错误；为了便于测量，不一定找打出的第一个点，可以从比较清晰的点开始，故E 错误．(2)打出点2时的瞬时速度等于1、3两点间的平均速度，则v 2＝x 132T ＝5.8＋9.62×0.02×10－3 m/s＝0.385 m/s.根据Δx ＝aT 2得a ＝Δx T 2＝(9.6－5.8)×10－30.022 m/s 2＝9.50 m/s 2.答案 (1)BC (2)0.385 9.50[题后总结] 应用纸带计算重力加速度的三种方法(1)计算出纸带上一个点或几个点的速度，根据速度公式v ＝gt 求重力加速度． (2)计算出纸带上各点的速度，画出v －t 图像，由图像的斜率可求得重物下落的加速度(即重力加速度)．(3)根据Δh ＝gt 2用逐差法求重力加速度．(注意要尽可能多地选用数据)[训练5] 一名同学在研究小球自由落体运动时，用频闪照相连续记录下小球的位置如图所示．已知闪光周期为130s，测得x1＝7.68 cm，x3＝12.00 cm，用上述数据通过计算可得小球运动的加速度约为________ m/s2，图中x2约为________cm.(结果保留三位有效数字)解析由x3－x1＝4at2得a＝x3－x14t2，代入数据解得a≈9.72 m/s2，由x2－x1＝2at2解得x2≈9.84 cm.答案9.729.84[训练6]利用如图所示的装置可以研究自由落体运动．实验中需要调整好仪器，接通打点计时器的电源，松开纸带，使重物下落，打点计时器会在纸带上打出一系列的小点．(1)为了测得重物下落的加速度，还需要的实验器材有________.(填字母序号)A．天平B．秒表C．刻度尺(2)若实验中所得到的重物下落的加速度值小于当地的重力加速度值，而实验操作与数据处理均无错误，写出一个你认为可能引起此误差的原因．解析(1)根据纸带求加速度，一定要知道长度和时间．时间由打点计时器直接测量，故不需要秒表；重力加速度的值和物体的质量无关，因此不需要天平．需要用刻度尺量出纸带上打点间的距离，故选项C正确．(2)自由落体运动是只在重力作用下从静止开始下落的运动，如果物体运动过程中受到阻力(如纸带与限位孔有摩擦等)，物体下落的加速度就会变小．答案(1)C(2)打点计时器与纸带之间存在摩擦．。

《自由落体运动》人教版普通高中课程标准实验教科书必修一第二章第四节教学设计姓名：班级：学号：【教材】人教版必修一第二章第四节【教学对象】高中生【教学形式】片段一、教学内容分析1、课标要求高中物理课程标准2017版对《自由落体运动》这一节课的课标要求是：通过实验认识自由落体运动的规律。

2、本节课在物理知识体系中的地位本节位于第二章《匀变速直线运动》的第四节，是物理规律探究课，即通过实验，探究自由落体运动的规律。

本节课程结合了物理学史，并且综合运用了本章前几节的知识，同时为必修二中验证机械能守恒定律打下基础，起到了承前启后的作用。

3、教材内容与体系安排教材首先由一个纸片和纸团同时下落的例子引出什么因素影响物体下落快慢的问题，再结合物理学史上亚里士多德和伽利略的对“谁下落更快”的不同看法从而引出本节内容的关键，接着由一个实验导入本节课的研究对象“自由落体运动”并给出其概念，然后由一个实验来探究自由落体运动的规律，最后根据实验的结果，引出自由落体加速的的物理单位。

二、学情分析1、认知层面学生对物体下落的运动已经有了基本的概念，在生活中也见过树叶凋零、等下落现象，但对于重的物体下落得更快还存在着错误的认知，还需更深入的了解和学习。

2、知识层面掌握了位移、速度、加速度等物理概念、基本的受力分析。

3、能力层面学生具备了一定的观察分析、类比推理以及基本的实验设计能力，少数有自己的一套科学探究的思路，但仍需在实践中加强。

三、教学目标1、科学思维（1）学生掌握自由落体运动的概念，知道自由落体运动的规律。

（2）学生理解并掌握自由落体加速度的概念，推导出自由落体的公式并熟练掌握。

2、科学素养（1）学生通过实验探究，在过程中体验理想实验法，得到实验探究能力的培养。

（2）学生在自主实验的过程中，体验实验的基本流程，同时加深对实验仪器的使用方法和注意事项的记忆，提升科学素养。

3、科学探究（1）学生设计探究自由落体运动规律的实验方案，得到方案设计、动手操作能力的培养（2）学生能够通过生活现象发现问题和建立猜想，小组设计实验并能够总结和反思实验过程。