2.5 自由落体运动
——何莹（2011.10.13）
【教学目标】
知识与技能
1）理解什么是自由落体运动，知道物体做自由落体运动的条件。
2）认识自由落体运动的加速度，知道它的大小和方向。
3）知道在地球的不同地方重力加速度略有不同；在同一地点，重力加速度与物体重量无关。
过程与方法
1）观察、分析演示实验，让学生学会归纳、总结问题，掌握科学研究的方法。
2）经历自由落体运动规律的探究过程，学会探究，乐于探究。
情感、态度与价值观
通过对落体问题的研究，使学生体会对问题的研究时要善于抓住事物的主要矛盾，透过现象看本质 2）体验科学探究的成功与喜悦，激发学生科学探究热情。
【教学重点】
自由落体运动的性质和重力加速度
【教学难点】
自由落体运动的速度、加速度与重量无关
【教具】
牛顿管、多媒体
【教学设计】
环节一、课堂导入
【做一做】测定反应的快慢
请一位同学与你合作，让他用两个手指捏住长尺上端，你用一只手在直尺下方做好捏住直尺的准备，但手不能碰到直尺。（见下图）。当你看到他一松手、尺子开始下落时，你立刻捏住直尺．测出直尺的下落高度，就能算出你的反应时间，你知道这样做的原理吗？
衔接：这节课下课之后你就知道为什么了。开始我们今天的学习：2.5自由落体运动，请大家把书本翻到43页。
环节二、新课教学
在生活中，物体的下落是一种非常常见的运动。挂在绳子上的胶带，剪断绳子失去拉力后，会在重力作用下沿着竖直方向下落。放开手中的粉笔，在重力的作用下也会沿着竖直方向下落。
【演示实验】粉笔、钥匙、泡沫块、纸张等的下落演示
问题1、物体的下落运动有什么共同的特点？
学生讨论：直线运动、初速度为0、速度在不断增大
（设问意图：纸张的非直线运动，是由于有空气阻力的作用，且影响比较明显）
问题2、不同物体的下落快慢是否相同？
（提示：怎样比较？）（同一高度、同时下落）
【演示实验】粉笔与钥匙、钥匙与泡沫块、泡沫块与纸张同一高度、同时下落演示
（提示：你观察到了什么现象？）
（实验现象：有的物体下落快慢不同，有的物体下落快慢相同）
问题3、造成不同物体下落快慢不同的主要原因是什么？
学生：物体受到空气阻力的影响。
追问：每个物体都受到了空气阻力，为什么下落快慢还是不一样？与物体的轻重有没有关系？
学生：物体的大小、形状不同，空气阻力的影响大小也不同，与物体的轻重无（有）关。
衔接：如果排除空气阻力的影响，轻重不同的物体下落的快慢，会是什么情况呢？我们用实验来验证一下。首先介绍一下实验仪器。
牛顿管：一端封闭，一端带有气嘴的玻璃管，形状质量不同的羽毛、金属片封闭在玻璃管中。用抽气机抽出空气后，就排除了空气阻力的影响。
【演示实验】牛顿管倒立，观察金属片与羽毛的下落快慢
（提示：你观察到了什么现象？）
（实验现象：羽毛和金属片几乎同时下落）
（提示：这个现象说明了什么？）
（在没有空气阻力的影响下，物体下落的快慢与物体的轻重无关）
结论：在只受重力的作用时，物体下落的快慢与重力大小无关。
师：在物体学中，把只在重力作用下，从静止开始下落的运动叫做自由落体运动。书本上第43页，把自由落体运动的概念划一下。
点名提问：你觉得在这个概念中，那些字词是重点？
学生：只受重力、静止
教师点评：很好，要说一个物体在做自由落体运动，要满足这两个条件，1、只受重力2、初速度为0。
【板书】一、自由落体运动：只受重力、从静止开始下落
师：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，物体的下落就可以仅是看做自由落体运动。
补充说明：空气阻力可以忽略时，物体的下落运动近似可以看成自由落体运动。
问题4：自由落体运动是什么性质的运动呢？（提示：参照之前落体运动的研究思路）
学生：初速度为0的加速直线运动。
设问：自由落体运动是一种初速度为零的加速直线运动，速度的增加有没有一定的规律？会不会是一个匀加速直线运动？
问题5、怎样来研究一个做自由落体运动的物体的运动规律？
【学生讨论】四人一组，设计实验操作方案；挑选几组派代表发言交流。最终确定合适的实验方案。
环节三、实验探究
实验方案：用打点计时器来研究。在重物上系上一条纸带，穿过打点计时器。重物自由下落后带动纸带一起运动，打点计时器记录下纸带的运动情况，就能反映出重物的运动情况。
实验装置：竖直放置打点计时器，固定在铁架台上（附图）
操作要点：先启动电源再释放纸带，打完点后立刻关闭电源
（教师实验操作，获得打好点的纸带）
问题6、拿到纸带后，怎样从纸带上获取信息来验证自由落体运动是不是匀变速直线运动？（提示：你需要怎样处理纸带？怎样设计记录数据的表格？）
（四人小组讨论，请给出详细的数据处理方案，给老师一点时间来获取刚刚得到纸带信息）
（1、描点2、取位移3、测量拍照4、上传）
学生：看连续相等时间里的位移之差是否是一个常数。找出时间间隔相等的几段连续的位移，计算相邻位移之差。
标记
时间间隔T/s
距离/m
位移之差△X
m
a=△X/T2
X1
X2
X2-X1
X3
X3-X2
X4
X4-X3
X5
X5-X4
X6
X6-X5
（教师呈现照片，指导学生读数，处理数据，得出结论）
结论：在连续相等的时间内，物体自由下落时的位移之差是一个常数，说明自由落体运动是一个匀加速直线运动。
师：如何计算自由落体运动的加速度？
生：由xn-xn-1=C=aT2,可得a=C/T2
环节四、新课学习
物体做自由落体运动时的加速度叫做自由落体加速度或重力加速度，用字母g表示。经过无数次实验，可以发现，在同一个地方，无论物体的轻重如何，无论物体下落的高度如何，该地方的重力加速度总是固定的，并且是一个定值。
g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，重力加速度g的大小略有不同，见表如下。
地点
纬度
g值
北极
90°
9.832m/s2
莫斯科
55°45′
9.816m/s2
纽约
40°46′
9.803m/s2
北京
39°56′
9.801m/s2
东京
35°43′
9.798m/s2
上海
31°12′
9.794m/s2
武汉
30°33′
9.794m/s2
广州
23°06′
9.788 m/s2
赤道
0°
9.780m/s2
问题7：根据表中数据，你能猜测出地球上不同位置g值的分布规律吗？
学生：纬度越大，g值越大。
【板书】
二、自由落体加速度（重力加速度） g
1、同一地点，重力加速度相同，是一个定值。
2、纬度越大，重力加速度越大，两极g最大。
3、方向：竖直向下。
4、补充说明：①虽然不同的地方g值略有不同，但在具体解决实际问题时，一般取g=9.8 m/s2。
②在粗略计算或者题目有说明的情况下也可以取g=10 m/s2。
③题目中有字母出现时，g不用具体数据代入。
【思考】我们计算出来的重力加速度值为什么会偏小？
学生：有空气阻力、摩擦阻力的影响。
总结：自由落体运动是初速度为0，加速度为g的匀加速直线运动。
环节五、课堂小结
一、自由落体运动：
1、定义：只在重力作用下，从静止开始下落的运动。
2、条件：1）仅受重力； 2）初速度为0。
3、空气阻力作用比较小，可以忽略时，物体下落的
运动可以近似的看成一个自由落体运动。
二、自由落体加速度（重力加速度） g
1、同一地点，重力加速度相同，是一个定值。
2、纬度越大，重力加速度越大，两极g最大。
3、方向：竖直向下。
4、大小：g=9.8 m/s2，
粗略计算或题目有说明时g=10 m/s2。
题目中有字母出现时，g不用具体数据代入。
环节六、当堂反馈
反应时间的原理：反应时间等于长尺自由下落的时间。h=gt2/2
关于自由落体运动，下列说法正确的是（ BD ）
A、物体竖直向下的运动一定是自由落体运动。
B、自由落体运动是初速度为零、加速度为g的竖直向下的匀加速直线运动。
C、物体只在重力作用下的运动叫自由落体运动
D、在有空气的空间里，如果空气阻力与重力相比可以忽略不计，物体从静止开始下落的运动可以看成自由落体运动。
关于自由落体运动的加速度g，下列说法正确的是（ B ）
A、重的物体g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
4、.以下对自由落体运动的说法中正确的是（ B ）
A、物体开始下落时,速度为零,加速度也为零; B、物体下落过程中速度增加,加速度保持不变;
C、物体下落过程中,速度和加速度同时增大; D、物体下落过程中,速度的变化率是个变量.
5、为了测出井口到井里水面的深度，让一个小石块从井口落下，经过2.5s后听到石块落到水里的声音。求井口到水面的大约深度（不考虑声音传播所用的时间）19.6m
6、一位观察者测出，悬崖跳水者碰到水面前在空中下落了3.0s。如果不考虑空气阻力，悬崖有多高？44.1m
环节七、作业布置
自由落体运动是一种特殊的匀变速直线运动，所以所有匀变速直线运动的基本公式和推论也都可以应用，课后请大家推导一下化简了的自由落体运动的公式和推论。
作业本P23：1、2、3、4、5、9、10
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