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(共27張PPT)
第4節　 自由落體運動
核心素養 物理觀念 科學思維 科學探究 科學態度與責任
1.知道自由落體運動的條件。 2.知道自由落體加速度的大小和方向。 1.通過自由落體運動模型的建構，體會伽利略對自由落體運動的研究方法，領悟伽利略的科學思想。 2.掌握自由落體運動的規律，并能解決相關實際問題。 1.通過實驗測量自由落體加速度的大小。 2.利用自由落體運動規律測量人的反應時間。 培養實事求是的態度，增強運動規律服務生產生活的意識。
第4節　 自由落體運動
探究一 伽利略斜面實驗及比薩斜塔實驗
探究二 落體運動PK自由落體運動
探究三 實驗：利用智能手機探究自由落體運動
探究四 自由落體運動規律及其應用
探究五 關于那些人和事
1、埃拉托色尼測量地球圓周長實驗
2、伽利略的加速度實驗
3、伽利略的自由落體實驗
4、牛頓的棱鏡分解太陽光實驗
5、卡文迪許扭矩實驗
6、托馬斯 楊的光干涉改進實驗
7、托馬斯 楊的光雙縫干涉實驗
8、羅伯特 密立根的油滴實驗
9、傅科鐘擺實驗
10、盧瑟福發現核子實驗
史上最美麗的十大物理實驗（按時間順序）
史上有這樣的十大實驗，他們使用最簡單的儀器和設備，發現了最根本、最單純的科學概念，就像是一座座歷史豐碑一樣，使人們長久的困惑和含糊頃刻間一掃而空，被認為是史上最美麗的十大實驗。有請他們按照時間順序粉末登場……
史上最美十大物理實驗頒獎詞
圖1 伽利略的加速度實驗
圖2 著名的比薩斜塔
猜想與假說
自然界是簡單的，自然界的規律也是簡單的。速度應該是均勻變化的。
伽利略
設計實驗
困難一：速度無法直接測量
突破： 間接驗證
若v0＝0,且
必有
困難二：落體運動時間太快，無法準確測
突破：在斜面上“沖淡”重力，使其加速度減小
探究一 伽利略斜面實驗及比薩斜塔實驗
伽利略手稿中的一組數據：
能得出什么規律？
時間 1 2 3 4 5 6 7 8
距離 32 130 298 526 824 1192 1600 2104
數據處理
比薩斜塔實驗：“落地只差兩指寬”
結論外推
教師問題引導
將一張紙和小球
從同一高度自由下落
一張紙
彈力球
提出猜想：如果沒有空氣阻力，輕重不同的物體下落快慢是一樣的
學生實驗發現
小球快速先落地，紙片飄落落地
將紙揉成團和小球
從同一高度自由下落
兩者幾乎同時落地
探究過程：
現實生活中的現象卻是這樣的……
探究二 落體運動PK自由落體運動
圖3 演示實驗
重物被輕物拖累
重物輕物
綁一起
邏輯的力量
物體下落的快慢是由物體本身的重量決定的，
物體越重，下落得越快；反之，則下落得越慢。
亞里士多德
伽利略
V12＞8
V1=8
V2=4
4
結論與假設
出現了矛盾！
老亞，你錯了。
一、自由落體運動定義：物體只在重力作用下從靜止開始下落的運動，叫做自由落體運動。
1.只受重力
2.由靜止開始下落
二、性質：
自由落體運動是一種什么性質的運動
猜想？
實驗驗證
探究二 落體運動PK自由落體運動
【沒有空氣阻力等其它力,或者空氣阻力相對重力比較小而忽略不計做近似處理】
落體運動：物體下落的運動生活中統稱落體運動，可能有空氣阻力也可能沒有空氣阻力。
【初速度為零】
站在巨人的肩膀上
現在我們不必用斜面來“沖淡重力”，可以對落體運動精確地“計時”、“定位”，直接研究落體運動的性質。
現代研究落體運動的方法 ：
1、“自由落體頻閃照片”求加速度
2 、用打點計時器研究紙帶求出加速度
3、其它方法（測速計等）
4、手機錄像逐幀截取
探究二 落體運動PK自由落體運動
根據學過的知識，現代研究落體運動的儀器有哪些呢？
A、連續相等時間的位移差Δx=aT2
B、初速度為零的勻加速直線運動從零時刻起，在連續相等時間內的位移之比等于（x1∶x2∶x3∶…=1∶3∶5∶…）
C、初速度為零的勻加速直線運動從零時刻起，在ts內、2ts內、3ts內…的位移之比等于（xⅠ∶xⅡ∶xⅢ∶…=1∶22∶32∶…）
D、位移與時間關系x= at2/2，建立x-t2圖象，看位移與時間成正比關系。
E、根據一段時間的平均速度等于這段時間中點的瞬時速度，計算各點速度大小，再由v=at,看速度與時間是否是正比的關系……
同學根據剛才提出的方案，判斷自由落體運動是否是初速度為零的勻加速直線運動。經數據驗證，假設成立。
探究二 落體運動PK自由落體運動
根據學過的知識，驗證勻變速直線運動的方法有哪些呢？
探究三 實驗：利用智能手機探究自由落體運動
圖4 傳統實驗室實驗
圖5 將創新實驗搬回家
打點計時器 PK 手機錄像逐幀截取
（一）實驗目的：利用智能手機研究自由落體運動
（二）實驗器材：
智能手機（本實驗以三年前購買榮耀9為例），手機支架，電腦（里面裝qq影音、WPS等軟件），刻度尺，小球
（三）實驗原理:
智能手機錄像技術是利用電子快門通過智能曝光每秒形成30幀或60幀圖象，圖象逐幀播放，人的視覺就形成連續畫面。以本人所用華為榮耀9為例，錄像視頻分辨率設置中可以達到（16:9）1080P，60fps和（16:9）4K、30fps標準，即最快可以每秒提取60幀靜止圖象，相鄰兩幀圖像的間隔是1/60s，理論上比打點計時器的0.02s還要精確，相當于頻閃照相功能。
實驗 利用智能手機研究自由落體運動
探究三 實驗：利用智能手機探究自由落體運動
電磁鐵
（吸住小球）
小球
（染成紅色）
刻度尺
（0.5cm）
緩沖裝置
（內置多層餐巾紙）
鐵架臺
手機支架
智能手機
【錄像能滿足1080P 60fps】
絕大多數手機都能滿足
（四）實驗過程
1.錄像
（1）將小球吸在電磁鐵下端，小球中心位置放在所造刻度板零刻線平行處，等待穩定。
（2)將手機錄像設置成（16:9）1080P,60fps模式，調焦對準刻度尺，點擊開始錄像，等待手機在支架上完全穩定，打開電磁鐵開關釋放小球，小球下滑完畢后停止錄像
(3)利用qq將錄像文件原圖傳到電腦。
探究三 實驗：利用智能手機探究自由落體運動
圖7 實驗器材
2.逐幀截取
⑶用qq影音在小球下滑過程逐幀播放（按住F鍵即逐幀播放）并逐幀截圖（同時按下Alt+A）全部截取完畢后進行截圖編號，未動前速度為零瞬間編號為0，以此類推，若編號為x，則下落x/60s。
圖8 使用qq影音進行逐幀播放、截屏、逐幀編輯序號
圖9 點擊二維碼看實驗過程
探究三 實驗：利用智能手機探究自由落體運動
【特別注意】小球第一幀圖象因為下落不到2mm，截圖是否看到請注意，有可能看到的已經為第2幀。
1.小球所在位置的坐標讀數方法
靜止時小球中間位置在零刻線處，后續因為運動而出現重影，則讀重影中間位置的坐標即可。例如：下圖是對小球某幀圖片（未動的圖片計數為0）的處理
通過圖片放大找到中間位置估讀為4.0cm。 若讀陰影下面位置為4.5cm
（五）數據處理
圖10 研究小球自由落體時某幀圖片
圖11 圖片放大后估讀數據
探究三 實驗：利用智能手機探究自由落體運動
2.在Excel表格輸入如下圖所示數據表格
3.利用Ecel插入（x，y）散點圖，并用漸近線進行擬合
數據分析結果：通過軟件數據輸入進行線性擬合，能得到
數據編號 幀序號 t(s) t2 h
0 0 0 0
1 2 0.033333333 0.001111111
2 4 0.066666667 0.004444444
3 6 0.1 0.01
4 8 0.133333333 0.017777778
5 10 0.166666667 0.027777778
6 12 0.2 0.04
結論：自由落體運動是初速度為0的勻加速直線運動。
探究三 實驗：利用智能手機探究自由落體運動
數 據 組 號 幀 序 號 t2 傾角 約 20度s1 傾角 約 40度 s2 傾角 約 60度 s3 傾角 約 80度 s4 自由
落體
h
0 0 0 0 0 0 0 0
1 6 0.01 0.03 0.025 0.037 0.033 0.05
2 12 0.04 0.06 0.075 0.12 0.13 0.19
3 18 0.09 0.12 0.155 0.255 0.285 0.44
4 24 0.16 0.20 0.27 0.44 0.50 0.78
5 30 0.25 0.30 0.405 0.66 0.78 1.23
6 36 0.36 0.42 0.58 0.93 1.125 1.79
7 42 0.49 0.56 0.78 1.26 1.525
8 48 0.64 0.72 1.01 1.64
9 54 0.81 0.91 1.28
10 60 1 1.11 1.575
11 66 1.21 1.34
12 72 1.44 1.58
表1 五組斜面不同傾角下小球運動相關數據表格
圖13 利用Ecel插入散點圖，
用漸近線擬合
我疫情期間在家用手機錄像逐幀截取斜面實驗
圖12 模仿伽利略斜面實驗裝置圖
a=g【定值】
勻變速直線運動
初速度為零勻變速直線運動
自由落體運動
探究四 自由落體運動規律及其應用
初速度加速度知道
知一推多
1.在同一地點，一切物體自由下落的加速度都相同，叫做自由落體加速度，也叫重力加速度，用g表示.
2.g是矢量，方向豎直向下.
3.g在赤道最小，在兩極最大。一般的計算中可以取 9.8 m/s2或10m/s2。
自由落體加速度
探究四 自由落體運動規律及其應用
1.小球自由落體過程中的空氣阻力（造成實驗結果偏小）
2.讀小球做在位置時采用模糊圖像估讀（對實驗結果偏大偏小不確定）
3.智能手機和軟件處理的系統誤差分析（實驗結果偏大的可能原因）
⑴錄像技術中是否存在每秒錄制達不到60幀，造成實驗結果偏大
⑵手機錄像運行過程中可能有延遲現象，造成實驗結果偏大
⑶在qq影音逐幀截取過程中的第一幀和物體自由釋放的瞬間有時間差
⑷qq影音逐幀截取技術每秒達不到60幀，造成實驗結果偏大
（六）誤差分析
易犯錯誤：第一幀沒注意！！！！
探究三 實驗：利用智能手機探究自由落體運動
C
探究四 自由落體運動規律應用
【例1】踢毽子是我國民間的一項體育游戲，
被人們譽為“生命的蝴蝶”。近年來，踢毽
子成為全民健身活動之一。毽子由羽毛和銅
錢組成，在下落時總是銅錢在下羽毛在上，
如圖所示，對此分析正確的是（ ）
A．銅錢重，所以總是銅錢在下羽毛在上
B．如果沒有空氣阻力，也總是出現銅錢
在下羽毛在上的現象
C．因為空氣阻力的存在，所以總是銅錢
在下羽毛在上
D．毽子的自由下落是自由落體運動
C
C
探究四 自由落體運動規律應用
【例2】從六層樓上自由落下一個果殼，已知每層樓高2.89米，求果殼落到地面的速度？若一輛汽車的速度為60km/h，則果殼和汽車的速度那個大？這樣的果殼對樓下的行人有無危害？
解：六層樓距地面實際高度應該為：
h=5×2.89m=14.45m
根據自由落體運動規律
果核的速度比汽車的速度大，對行人有害。
小結
性質
規律
應用
初速度為零
的勻加速直線運動
條件
V0=0
只受重力
自由落體運動
1．下列說法正確的是（ ）
A．物體豎直向下的運動是自由落體運動
B．自由落體運動是初速度為零，加速度為g的豎直向下的勻加速運動
C．物體只在重力作用下從靜止開始的下落運動叫自由落體運動
D．當空氣阻力作用比較小，可忽略不計時，物體自由下落可視為自由落體運動
2．關于重力加速度下面四種說法正確的是（ ）
A．重力加速度表示自由下落的物體運動的快慢
B．重力加速度表示自由下落物體運動速度變化的大小
C．重力加速度表示自由下落物體運動速度變化的快慢
D．輕、重物體的重力加速度不同
3．一物體從樓上自由下落，經過高為2m的窗戶所用的時
間為0.2s，物體是從距離窗頂多高處自由落下的？
當堂檢測
BCD
C
作 業：
1.課后 《問題與練習》
2.手機錄像逐幀截取實驗條件課下具備，利用放假時間按照本次實驗過程多做幾次，自己做圖象分析驗證自由落體規律
3.注意后續學習過程中利用手機錄像逐幀截取進行物理實驗的推廣。
圖3 <<加油向未來>>“大牛頓管”
圖2 實驗室“牛頓管”實驗
圖1 伽利略比薩斜塔實驗
“落地只差兩指寬”
探究五 關于那些人和事
伽利略創立近代科學時用了三個方法：實驗方法、數學方法和思想實驗方法。在其后的200中，自然科學迅猛發展，涌現出了許許多多物理學巨匠，當人類進入20世紀時，思想實驗的方法突然被頻繁的運用起來。愛因斯坦創立了相對論，當人們離開伽利略的船艙來到愛因斯坦的火車上時，關于尺縮效應、關于同時的相對性、關于只有在高速世界里才可能發生的奇妙景象，被愛因斯坦用思想實驗論述得合情合理。波爾和愛因斯坦關于量子的概率進行爭論時，他們用思想實驗進行辯論，讓人類看到世界上第一流的科學巨匠是怎樣暢游在理念的世界里。當今人們建立了大爆炸宇宙模型，當代理論物理學家霍金站在人們面前演講的時候，談到世界是十維的，并說了一句意味深長的話：我們看到的世界就是火光照在洞壁上的影子啊！
為了紀念伽利略的偉大貢獻，1993年4月8日，來自世界各地的科學家把木球、鋁球、塑料球等不同材料制成的小球從比薩斜塔上44 m高處同時靜止釋放，用精密電子儀器和攝像機記錄，結果發現所有小球 落地 。
幾乎同時以同一速度
探究五 關于那些人和事
他是誰？
他的全部作品有47部留存。
他的著作包括天文學、
動物學、地理學、地質學、
物理學、解剖學、生理學、
倫理學、心理學、經濟學、
政治學、修辭學、美學。
恩格斯稱他是“最博學的人”。
名言：“吾愛吾師，吾更愛真理”
Aristotle
前384～前322
關于伽亞里士多德
探究五 關于那些人和事

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