第二章勻變速直線運動的研究

　　教學目標

　　（一）知識與技能

　　1、認識自由落體運動，知道影響物體下落快慢的因素，理解自由落體運動是初速度為零的勻加速直線運動。

　　2、能用打點計時器或其他實驗儀器得到相關的運動軌跡並能自主進行分析。

　　3、知道什麼是自由落體的加速度，知道它的方向，瞭解在地球上的不同地方，重力加速度大小不同。

　　4、掌握如何從勻變速直線運動的規律推出自由落體運動規律，並能夠運用自由落體規律解決實際問題。

　　5、初步瞭解探索自然規律的科學方法，重點培養學生的實驗能力和推理能力。

　　（二）過程與方法

　　6、會根據現象進行合理假設與猜想的探究方法。

　　7、會利用實驗資料分析並能歸納總結出物理規律的方法。

　　8、善於進行觀察，並能獨立思考或與別人進行討論、交流。

　　（三）情感態度與價值觀

　　9、透過指導學生探究，調動學生積極參與討論，培養學生學習物理的濃厚興趣。

　　10、滲透物理方法的教育，在研究物理規律的過程中抽象出一種物理模型──自由落體。

　　11、培養學生的團結合作精神和協作意識，敢於積極探索並能提出與別人不同的見解。

　　教學重點

　　1、自由落體運動的概念及探究自由落體運動的過程。

　　2、掌握自由落體運動的規律，並能運用其解決實際問題。

　　教學難點

　　1、理解並運用自由落體運動的條件及規律解決實際問題。

　　教學過程設計思想：

　　1、先用遊戲激發學生學習興趣，順理成章地研究落體運動；

　　2、透過演示實驗讓學生自己總結出物體下落快慢不同的主要原因是空氣阻力，從而猜想若沒有空氣阻力會怎樣；

　　3、用牛頓管實驗驗證猜想，引入了新的理想運動模型：自由落體運動。講述1971年宇航員做的實驗，加深印象；

　　4、瞭解地球表面物體下落運動近似成自由落體運動的條件；

　　5、著手研究自由落體運動的規律，利用打點計時器進行研究，得到結論；

　　6、總結自由落體運動特點及重力加速度；

　　7、應用訓練。

　　一、引入：教師在課前需要設計製作好“測反應時間尺”（在一約50cm長的尺有刻度的一面標上自由下落對應長度所用的時間）遊戲。

　　師：一般情況下，刻度尺是用來測量什麼物理量的？

　　生：測量物體長度的！

　　師：大家看到我手裡的這把尺子了沒有？我這把尺子跟普通尺子是不一樣，有特殊的功能，它可以測量出你的反應時間。不信？我請幾位同學上來試試。找幾名同學上來做這個實驗。可透過比比誰的反應時間短來調動學生的積極性。

　　師：相信大家一定非常想知道這把尺為什麼能測出人的反應時間呢？是根據什麼原理呢？我可以告訴大家，尺子測時間的原理就是利用尺子下落過程中的運動特點製成的。而我們今天要研究的就是尺子下落這樣的運動。

　　師：像尺子下落這樣的運動是一種常見的運動。掛在線上的重物，如果把線剪斷，它就在重力的作用下，沿著豎直方向下落。從手中釋放的石塊，在重力的作用下也沿著豎直方向下落。

　　師：不同的物體下落快慢是否一樣呢？物體下落的快慢由哪些量決定？請大家結合日常生活經驗回答問題。

　　生：不同物體下落快慢應該是不一樣的，下落快慢應該是由質量決定，質量大的下落快，質量小的下落快慢。

　　師：這位同學回答得對不對呢？大家看我來做幾個實驗。

　　演示實驗

　　1、將一張紙和一張金屬片在同一高度同時釋放，結果金屬片先著地。教師不發表意見，繼續做實驗。分別將實驗內容和實驗結果板書在黑板上。

　　2、將剛才的紙片緊緊捏成一團，再次與硬幣同時釋放，結果兩者幾乎同時落地。

　　3、將兩個完全一樣的紙片，一個捏成團，一個平展，則紙團下落快。

　　師：物體下落快慢是由質量決定嗎？

　　生：不是的！

　　師：為什麼這樣說？

　　生：第2個實驗和第三實驗都說明了這個問題，特別是第3個問題，質量一樣卻下落有快慢之分。

　　師：那你現在覺得物體下落快慢由什麼因素決定呢？

　　生：我想應該是空氣阻力。

　　猜想

　　師：如果影響物體下落快慢的因素是空氣阻力，那麼在沒有空氣阻力，物體的下落快慢應該是一樣的，這種猜想是不是正確呢？我們來做一個實驗驗證一下。

　　驗證牛頓管實驗：

　　師：剛才的實驗現象驗證了我們的猜想，在沒有空氣阻力即物體只受重力的情況下，所有物體由靜止下落的'快慢是一樣的。

　　師：1971年美國阿波羅15號宇航員在月球表面將錘子和羽毛同時釋放，它們同時落在月球表面，這是透過電視轉播過的。

　　二、自由落體運動

　　師：物體若在沒有空氣阻力的情況下由靜止下落，它的受力情況有什麼特點？

　　生：沒有空氣阻力，則物體只受重力。

　　師：很好！物理學中把這種只受重力作用，由靜止開始下落的運動叫做自由落體運動。自由落體運動：在只受重力的情況下，由靜止開始下落的運動。

　　師：我們日常生活中見到的落體運動是自由落體運動嗎？比如開始測反應時間的尺子的下落運動是自由落體運動嗎？

　　生：肯定不是，因為在地球表面大氣層內，沒有空氣的情況是不存在的。

　　師：說得很好！在我們的日常生活環境下，自由落體運動是不存在的，只是一種理想運動模型。但利用忽略次要因素，抓住主要因素的物理研究方法，我們可以把日常生活中一些空氣阻力影響不大的落體運動近似看作自由落體運動。什麼樣才叫做阻力影響不大，就是阻力跟重力相比可以忽略。近似條件：一般情況下，密度較大實心物體的下落都可以近似看成自由落體運動。

　　三、自由落體運動的運動規律

　　師：做自由落體運動的物體的運動規律是什麼呢？速度隨時間是如何變化的？位移隨時間又是如何變化的，我們該如何來研究它的運動規律呢？

　　生：利用打點計時器。先選擇一個物體，這個物體必須密度大，實心，體積不要太大，這樣的話就可以把這個物體由靜止開始下落的運動近似看成自由落體運動。接著用打點計時器來研究物體的運動規律。

　　師：請同學們自己設計並進行實驗，將紙帶的處理結果告訴我。

　　學生設計、操作並處理實驗結果總結分析運動規律

　　師：實驗結論是什麼？

　　生：自由落體運動是初速度為零的勻加速直線運動。

　　師：如何得出這個結論？

　　生：根據實驗得到的紙帶，我猜想它是勻加速運動。於是我用勻變速直線運動的運動規律

　　來驗證紙帶，結果證明自由落體運動是勻變速直線運動。

　　師：回答得非常正確！自由落體運動是初速度為零的勻加速直線運動，這個結論我們要牢記。師：那再計算一下自由落體的加速度大小是多少？方向如何？

　　生：我所算得的結果在9.4左右，方向是豎直向下，因為物體是豎直向下勻加速的，所以加速度方向應該與速度方向相同，豎直向下。