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自由落体运动
教材名称:普通高中课程标准实验教科书 物理 必修1,第二章 第5节 42-44页
出版社:人民教育出版社
教材分析
本节内容选自人教版高中物理必修1第二章《匀变速直线运动的研究》的第5节《自由落体运动》。就本章而言,自由落体运动作为匀变速直线运动的特例,有前三节对于匀变速直线运动的学习作为基础,而本节也为后一节学习伽利略对自由落体运动的研究打下基础,因此就全章而言本节内容起着承上启下的作用。
具体分析本节的知识结构,自由落体运动作为一节典型的规律课,将其知识结构分为定义,性质,规律和应用。从定义入手,通过探究看清其物理本质,类比匀加速直线运动,归纳得出自由落体运动的运动规律。应用规律,学以致用,全面透彻地掌握自由落体运动。同时结合课程标准,可以看出,这一部分内容注重让学生经历探究的过程,体会实验在发现自然规律中的作用。
学情分析
1.知识层面 首先,我假定授课对象是某高一普通班的学生。
通过前面的学习,学生已经认具备较为完整的直线运动知识,且对自由落体运动有一定了解,但对具体概念和物理规律较为模糊。
2. 能力层面
高一的学生已经具备初步的逻辑思维能力,但对规律的迁移应用能力不够,对自由落体的物理本质的认识需教师多加引导。
3.情感层面
高一学生思维较为活跃,对实验法探究物理规律感兴趣。
4.思维层面
最突出的特点就是学生的前概念较多,如重的物体下落快,从高处下落即为自由落体等,需教师进行纠正与转变。
教学目标
(一) 知识与技能
1、知道什么是自由落体运动,理解自由落体运动的本质;
2、知道什么是自由落体加速度,自由落体加速度的大小与方向以及地球上不同地点的自由落体加速度大小不同
3、掌握自由落体运动的运动学规律;
(二)过程与方法
1、通过实验培养学生对生活和实验的观察能力和动手探究的能力;
2、通过类比培养学生对事物规律迁移及应用能力;
(三)情感态度与价值观
1、渗透规律的普遍性与特殊性的关系;
2、培养学生抓住主要因素,忽略次要因素的思想。
教学重点
探究自由落体运动的性质和规律。
教学难点
1、物体自由下落的快慢与所受重力无关;
2、自由落体运动的加速度。
教学过程
*创设情境 【图片引入】
教师活动 | 学生活动 | 设计意图 |
【提问】同学们能不能举出生活中常见的物体下落的例子? 【继续提问】这些下落现象中物体下落的快慢是一样的吗? 以树叶和板栗同时从树上落下来为例,谁下落的快?为什么呢? 【进入探究】是否物体越重,下落的就越快? |
【回答】如:树叶飘落,下雨时雨滴降落,苹果成熟以后掉下来等等。 【回答】不一样。 1:板栗下落的快,因为板栗比树叶重。 2:板栗下落的快,因为板栗受到阻力小。 |
通过生活中的实例引入,调动学生学习的积极性,也便于学生进入落体运动的学习,为接下来探究物体下落快慢的探究。 |
*探究1 物体下落快慢与轻重的关系
教师活动 | 学生活动 | 设计意图 |
【演示实验1】准备轻重不同,大小相同的两张纸片。 将轻重不同的纸片同时从高处释放,观察下落的快慢。 【提问】谁下落的快? 【演示实验2】将轻纸片揉成纸团,从同一高度释放,观察下落的快慢。 【提问】谁下落的快? 【得出结论】空气阻力可以影响物体下落的快慢。 |
【回答】重纸片下落的快。(符合物体越重下落越快的猜想)
【回答】轻纸团下落的快。 |
测量纸片的重量原因为:定量的称量更为准确直观。
与学生惯有的认知相冲突,使用认知冲突策略,用纸片和纸作为“桥”,引导学生更容易地想到空气阻力对下落快慢的影响。 |
* 探究2 牛顿管实验
教师活动 | 学生活动 | 设计意图 |
【演示实验1】介绍牛顿管的结构,在管中充满空气的情况下,先将管倒立,使物体同时处于管封闭的一端,然后将管直立,使羽毛和铁片同时从管的一端下落,观察下落的快慢情况。 【提问】羽毛和铁片谁下落的快? 【播放视频】考虑到玻璃管会反光和铁片较小的因素,播放上课前录制的视频和将其慢放处理的视频,使学生观察得更为透彻到位。 【演示实验2】连接抽气泵,抽气约1分钟左右,管内近似成为真空状态。和演示实验1相同的操作,观察物体下落的快慢情况。 【提问】抽气后羽毛和铁片谁下落的快? 【播放视频】播放上课前录制的视频和将其慢放处理的视频,可以清楚明显地观察到两个物体下落的快慢都是一样的。 【得出结论】物体在真空中的下落快慢都是一样的。 【建立定义】—自由落体运动 物体只在重力作用下,从静止开始下落的运动定义为自由落体运动。 阐述引入该定义的必要性,因为一般情况下不考虑空气阻力的作用,因此物体从高处开始下落的运动快慢都是一样的,因此把这种具有普遍性和代表性的运动定义为自由落体运动,研究清楚这种运动对于所有物体都适用。
板书: 一、定义:物体只在重力作用下,从静止开始下落的运动。
【提问】一种运动要成为自由落体运动的条件是什么呢? 【条件】1.只受重力 2.初速度为0 板书:条件:只受重力作用;初速度为0 |
【回答】铁片比羽毛下落快。 【回答】几乎一样快。 【回答】只受重力,从静止开始运动。 |
通过一系列的观察实验活跃课堂气氛,较好地训练学生的观察能力。
忽略空气阻力的影响,渗透给学生抓住主要因素,忽略次要因素的思想。
实际的演示实验加视频慢放的处理,既具有真实性,又能较好地呈现物理现象最真实的状态,避免学生因为客观因素建立模糊不清或者错误的概念。 从实验现象中归纳,锻炼学生的归纳能力。同时,自由落体运动作为一个理想模型,加深对理想模型的理解。 |
*探究3 用打点计时器研究自由落体
教师活动 | 学生活动 | 设计意图 |
【提问】我们已经知道了怎样的运动叫做自由落体运动,那么它具有怎样的运动规律呢? 前面我们已经学习了匀变速直线运动,在物体下落的过程中,我们看到物体下落的越来越快,如果我们猜测它是匀加速直线运动的话,我们就可以用打点计时器来测量它的速度和加速度,因此就让我们来验证一下它是否做匀加速直线运动,如果是,加速度大小是多少呢? 在第一章中已经学习了用打点计时器测量瞬时速度,在本章第一节的学习中也学习了用打点计时器测量加速度,结合这两部分内容的学习,同学们进行四人小组自主探究。 【实验装置】 释放重锤,得到如下图所示的纸带: 计算出各点的瞬时速度,做出速度-时间图像,如上图所示,为一条过原点的直线,计算斜率得到加速度,即为g值。大概在g=10m/s2左右。 【建立定义】-重力加速度 大小g=9.8m/s2。 粗略计算时可取g=10m/s2。 方向为竖直向下。地球上不同地方重力加速度的值大小不一样,一般随着纬度的增大而增大,赤道处重力加速度g值较小,两极g值较大。 |
【猜想】加速运动,匀加速直线运动,变加速直线运动…… 【实验】 用打点计时器进行实验,连接好小车和纸带,并将纸带穿过限位孔,打点稳定后放手,得到一条打点的纸带,描点并测量相邻点的距离,计算各点的速度并作出速度-时间图像。 学生在教师的引导下,与教师积极互动,共同完成理论的归纳类比,得到自由落体运动的物理本质,并推导出其具体的运动规律。 学生进行紧张激烈的小组讨论。并在老师的引导下,得到测量方案。 学生运用所学的规律,灵活使用公式,通过已知量求出未知量。 |
提出猜想是进行科学探究的第一步,也是关键的一步,因为它决定着我们探究的方向。
通过简单复习前面所学知识,用所学知解决未知的问题,学以致用,才能激励学生学习更多的知识。 学生自主探究,教师进行简要的引导,真正体现了“学生为主体,教师为主导”的教学理念。
图像法是物理学中非常重要的一种数据处理方法,多练习,多应用。
对物理知识进行简单的扩充,将物理知识和地理知识结合起来,实现学科的交叉共赢,也增加了课堂的趣味性。 |
*归纳性质
教师活动 | 学生活动 | 设计意图 |
经过学生的自主探究,测得加速度g,再结合自由落体运动的定义,不难归纳出自由落体运动的物理本质,为初速度为0,加速度为g的匀加速直线运动,即为匀加速直线运动的特例。
板书:二、性质:初速度为0,加速度为g的匀加速直线运动。 |
学生在教师的引导下,与教师积极互动,共同完成理论的归纳类比,得到自由落体运动的物理本质,并推导出其具体的运动规律。 |
自由落体运动作为匀加速直线运动的特例,渗透给学生规律的普遍性和特殊性的关系。 |
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