第 3 节匀变速直线运动的实例——自由落体运动
赵金岭教材分析本节是高中物理共同必修 1 第三章最后一节，正如本节的题目所示，自由落体运动是匀变速直线的一个实例。

本节内容就是运用本章前面所学习的匀变速直线运动的规律试着解决实际问题，并由学生根据自由落体运动的具体特点，总结出自由落体运动的规律，并试着加以应用。

本节主要是研究自由落体运动的规律，并介绍了伽利略对自由落体运动的研究，让学生充分领略其精妙的研究思路和方法，学习科学家的探索精神。

由于受日常经验的影响，学生对重物落得快、轻物落得慢的印象很深。

因此教材注意创设问题情境，通过比较硬币与纸团的下落，引发学生的认知冲突，然后用牛顿管进一步探究，使学生明确认识到如果处于真空环境，物体就会同时落地。

对于自由落体运动的公式，教材没有专门给出，只是把自由落体运动当作匀
加速直线运动的特例来看待。

教学时可要求学生推导，以培养学生自主性学习的
能力。

伽利略对自由落体运动的研究是方法教育和情感教育的好素材。

教学时可以从伽利略的悖论入手，激发学生的探究欲，逐步体会伽利略的“提出假设——数学推理——实验验证——合理外推”的研究方法，体会科学家的探索精神。

教学设计
一、教学目标1．知识与技能：
（1）掌握v t =gt 、s=gt 2/2 的应用
（2）了解伽利略对落体运动的研究2．过程与方法：（1）分清生活经验与演示实验的不同，加强感性认识，进一步上升到理性认识
（2）类比得出自由落体运动的规律3．情感态度与价值观：
（1）实践出真知，实验见规律性（2）日常生活经验不一定都是正确的，去伪存真是同学们科学态度、方法的体现
二、教学重点
1、使学生掌握自由落体的速度和位移随时间变化的规律。

2、自由落体的特征是初速度为零，只受重力作用（物体的加速度为自由落体加速度g）。

三、教学难点
1、演示实验的技巧及规律的得出
2、伽利略的实验验证及巧妙的推理。

四、教学用具1．自由落体演示仪及附件，计算器。

2．硬币（一元）两枚，薄纸袋（恰好可装下硬币），抽气机，牛顿管。

3．实物投影仪
五、教学时数：1 课时
六、教学过程
（一）新课引入
复习提问
v t= v0+ at
1.匀变速直线运动的规律
1 2
：= v o t + -at
2. 推论①# 二计+ 2話②v = V°Vt = v t ®v0= 0
2 J
s i : S2 : S3=1 : 4 : 9 s i：s n : s* 1 : 3 : 5
我们今天应用这些知识研究一种常见的运动，物体下落的运动。

（二）探究学习
［演示I ］硬币和纸袋分别从同一高度由静止开始同时下落，观察下落速度，从表面上看得到结论，“物体越重，下落得越快”。

1 .亚里斯多德（Aristotle）的认识
从公元前4世纪至公元17世纪，这种观念统治了人们两千多年之久。

2 .伽利略（Galileo）的贡献（1638年）
两个物体m> m分别由同一高度下落，重的物体比轻的物体下落的快，当把两物体捆在一起仍从同一高度下落情况会是怎样呢？
结论：①整体分析：当把两个物体捆在一起时m=m+ m,因为新组成的物体比上述两个物体中的任一个都重从而下落的应最快。

②局部分析：A物体下落的快，受到一个下落得慢的物体B的作用，结果就像一个大人拉着小孩向前跑，比单独大人跑要慢，比小孩单独跑要快一样，他们的共同速度应介于A、B两物体之间即V A>V C>V B。

伽利略用归谬法巧妙地否定了亚里斯多德的观点，从而得出结论：重物体不比轻物体下落得快。

亚里斯多德忽略了空气阻力对运动物体的影响，从而得出错误的结论：“力是维持物体运动的原因”。

（讲述伽利略的推理过程时，可拟定一个讨论的环境，让学生感受到他们正亲临现场观赏这场争论一一情景教学。

）
［演示n ］将纸袋揉成纸球和硬币从同一高度由静止开始下落，观察下落速度（相差不多），把硬币装入纸袋与另一枚硬币从同一高度由静止开始下落，观察下落速度也相差不多，若减小空气对运动物体的影响会如何呢？
［演示川］牛顿管中的物体下落，将事先抽过气的牛顿管内的硬币与轻鸡毛从静止一起下落，观察实验结果两者几乎同时落到牛顿管的下端，硬币落下有声，眼可直接观察鸡毛下落，将牛顿管放入空气再做实验情况就截然不同了。

（牛顿管的演示，要事先抽好气，一般在课前抽好。

若先演示鸡毛与硬币在空气中的落体运动，然后来抽气，会影响课堂气氛，抽气机的响声也会吸引学生的注意力。

做好了鸡毛和硬币在几乎是真空中的运动后，将空气充入牛顿管再来做前面的实验，效果更好。

牛顿管进空气时最好将鸡毛置于进气口附近，可看到进入管内的气流将鸡毛吹到另一端，让学生清楚地看到牛顿管确实在进气。

）
3. 自由落体运动
①定义：物体只在重力作用下，从静止开始下落的运动叫做自由落体运动。

自由落体运动是一种理想运动，在实际问题中有空气时，物体的密度不太小, 速度不太大（H不太高），可以近似看成是自由落体运动。

结论：不同物体做自由落体运动，它们的运动情况是相同的。

②性质：伽利略所处的年代还没有钟表，计时仪器也较差，自由落体运动又很快，伽利略为了研究落体运动，利用当时的实验条件做了在斜面上从静止开始下滑的直线运动（目的是为了“冲淡重力”），证明了在阻力很小的情况下小球在斜面上的运动是匀变速直线运动，用逻辑推理外推到斜面倾角增大到90°的情况，小球将自由下落，成为自由落体，他认为这时小球仍然会保持匀变速直线运动的性质，多么巧妙啊！
这个结论的正确与否需用实验来验证，三百多年后，我们来验证。

［演示W ］介绍自由落体仪，然后测量数据。

s(m)t(s)
10.1000.14369.70
20.4000.28669.74
30.9000.42939.77
（三组实验数据在处理时一定要灵活，可将全体学生分成三组，每一组学生
计算一组数据，让其中一两个学生用计算器验算，这样，可以节省课堂时间，又达到了总结规律的目的。

）
结论：①自由落体运动是初速度为零的匀加速直线运动。

②在同一地点一切物体在自由落体运动中的加速度都相同。

③重力加速度g（自由落体加速度）
a. 数值及单位
g=9.8m/s 2初中g=9.8N/kg（常量）粗略计算g=10m/s
b. 重力加速度g的方向总是竖直向下的。

（自由落体仪电磁铁电路中，最好设计一个电路让电磁铁正充磁一次，反充磁一次，这样可以减小剩磁对小球的初速度的影响。

）
4. 自由落体运动的规律（选竖直向下方向为正）
= 2gs
练习：
一个自由落体落至地面前最后一秒钟内通过的路程是全程的一半，求它落到地面所需的时间。