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高中物理必修一素養提升學案
第二章 勻變速直線運動的研究
第4節 自由落體運動
【課標解讀】
1．了解亞里士多德關于運動和力的主要觀點；
2. 了解伽利略研究自由落體運動的實驗和推理方法。認識伽利略對物體運動的研究在科學發展和人類進步上的重大意義；
3．通過實驗探究自由落體運動，體會基于事實證據和科學推理對不同觀點和結論進行質疑、分析和判斷的科學研究方法；
4. 歷經抽象概括和推理過程，知道物體做自由落體運動的條件；
5. 通過實驗探究自由落體運動規律，了解重力加速度的概念，掌握其大小和方向，知道地球上不同地點的重力加速度可能會不同。
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【核心素養】
物理觀念：理解自由落體運動，形成運動和力的觀念。
科學思維：歷經抽象概括和推理過程，知道物體做自由落體運動的條件。
科學探究：通過探究的過程，讓學生體會體會基于事實證據和科學推理對不同觀點和結論進行質疑、分析和判斷的科學研究方法。
科學態度與責任：體會坐標軸表示的時間和時刻，滲透辯證唯物主義世界觀。
【新課講解】
一.自由落體運動
矛盾推出：伽利略認為，根據亞里士多德“重的物體下落得快”的論斷，會推出相互矛盾的結論。假定：假定一塊大石頭的下落速度為8，一塊小石頭的下落速度為4，當把兩塊石頭捆在一起時，大石頭會被小石頭拖著而變慢，整個物體的下落速度應該小于8。但是，把兩塊石頭綁在一起后，整個物體比大石頭要重，這說明了什么問題呢？
學生回答（預設）：兩種相互矛盾的結論，說明亞里士多德“重的物體下落得快”的看法是錯誤的。
問題再現：究竟輕重不同的物體下落情況如何呢？實驗出分之，請同學們們仔細觀察實驗現象。
實驗一：輕重不同的物體下落快慢的研究
一個兩端封閉的玻璃管(也稱牛頓管)，其中一端有一個開關，玻璃管可以與外界相通。
甲：把質量不相同的鐵片和羽毛放到玻璃管中，玻璃管豎直放置，讓鐵片和羽毛從玻璃管上方同時開始下落，觀察物體下落的情況。
學生觀察現象：鐵片下落得快。
乙：把玻璃管里的空氣抽出去，再次觀察物體下落的情況。
學生觀察現象：將玻璃管的空氣抽出去后，在沒有空氣阻力的影響下，輕的物體和重的物體下落得同樣快。
聯系生活：生活中人們之所以看到物體下落的快慢不同，是因為什么呢？
分析回答（預設）：是因為空氣阻力的影響。
規律分析：上述實驗乙中的條件是什么呢？
總結思考（預設）：只受重力、初速度為零（靜止）。
教師總結：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。
問題再現：我們之前學習了勻速直線運動和勻變速直線運動，在探究物體是在做什么樣的運動時我們用了什么樣的方法進行測試呢？
學生回答（預設）：用打點計時器得出的紙帶進行探究。
教師設疑：自由落體運動在下落過程中是加速下落的，它的運動規律是怎么樣的呢？
學生分組進行實驗——研究自由落體運動的規律：
聯系對小車的運動研究引導學生設計實驗：在對小車的運動進行研究時，我們讓打點計時器固定在帶有滑輪的長木板另一端，把小車停靠在打點計時器的位置，經平衡摩擦后，放開小車讓它拖著紙帶運動，對紙帶進行研究。我們要想研究自由落體運動的規律可以怎樣來進行實驗呢？
師生共同設計實驗：固定打點計時器，紙帶一端系著重物，另一端穿過計時器。用手捏住紙帶上端，啟動打點計時器，松手后重物自由下落，計時器在紙帶上留下一串小點。改變重物的質量，重復上述實驗。
各點到0點的距離x0n（cm） 相鄰計數點間的位移xn（cm） 相鄰相等時間內的位移之差Δx（cm）
教師引導：在對小車的運動進行研究時，我們用到了一個方法計算加速度的大小，哪位同學還知道具體的運算嘛？
學生回答（預設）：用到了逐差法，在紙帶上取相鄰的7個計數點，間距依次為x1、x2、……x6，則，，。有。
指導實驗：同學們利用逐差法計算加速度看看得到什么樣結果？看到大部分同學以及完成實驗，分析完數據。哪個小組可以和我們一起分享你們的實驗結果呢？
學生展示（預設）：經過計算與分析可以知道自由落體運動是初速度為零的勻加速直線運動，且兩次實驗結果均為a≈9.790m/s2。
二.自由落體加速度
教師活動：講解自由落體加速度。
在同一地點，一切物體自由下落的加速度都相同，這個加速度叫作自由落體加速度，也叫作重力加速度，通常用g表示。
教師活動：展示世界上不同城市的重力加速度。
設計思路：讓學生知道地球上不同地點的重力加速度不一定相同即可，此處不必深究重力加速度的大小與緯度的關系。
教師活動：講解重力加速度的大小。
一般說來，不同地點的重力加速度的大小是不同的。一般情況下取g = 9.8 m/s2即可。
教師口述：經過前面的分析，我們可以得出，自由落體運動是勻變速直線運動的特例。勻變速直線運動中，只要將自由落體運動的特點初速度v0=0、a=g代入就可得自由落體運動的規律。
教師設問：請大家將自由落體運動的特點代入勻變速直線運動的相關公式中，求出速度與時間的關系、位移與時間的關系、速度與位移的關系。
學生活動：計算老師所提問題。
自由落體運動中，速度與時間的關系
v=gt
自由落體運動中，位移與時間的關系
自由落體運動中，速度與位移的關系
v2=2gh
21世紀教育網 www.21cnjy.com 精品試卷·第 2 頁 （共 2 頁）
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