勻變速直線運(yùn)動實(shí)例

編輯: 逍遙路 關(guān)鍵詞: 高一 來源: 高中學(xué)習(xí)網(wǎng)
3.3 勻變速直線運(yùn)動實(shí)例——自由落體運(yùn)動

★目標(biāo)
(一)知識與技能
1.認(rèn)識自由落體運(yùn)動,知道影響物體下落快慢的因素,理解自由落體運(yùn)動是初速度為零的勻加速直線運(yùn)動。
2.能用打點(diǎn)計(jì)時器或其他實(shí)驗(yàn)儀器得到相關(guān)的運(yùn)動軌跡并能自主進(jìn)行分析。
3.知道什么是自由落體的加速度,知道它的方向,了解在地球上的不同地方,重力加速度大小不同。
4.掌握如何從勻變速直線運(yùn)動的規(guī)律推出自由落體運(yùn)動規(guī)律,并能夠運(yùn)用自由落體規(guī)律解決實(shí)際問題。
5.初步了解探索自然規(guī)律的科學(xué)方法,重點(diǎn)培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰屯评砟芰Α?br />(二)過程與方法
6.會根據(jù)現(xiàn)象進(jìn)行合理假設(shè)與猜想的探究方法。
7.會利用實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析并能歸納總結(jié)出物理規(guī)律的方法。
8.善于進(jìn)行觀察,并能獨(dú)立思考或與別人進(jìn)行討論、交流。
(三)情感態(tài)度與價值觀
9.通過指導(dǎo)學(xué)生探究,調(diào)動學(xué)生積極參與討論,培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)物理的濃厚興趣。
10.滲透物理方法的教育,在研究物理規(guī)律的過程中抽象出一種物理模型──自由落體。
11.培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)結(jié)合作精神和協(xié)作意識,敢于積極探索并能提出與別人不同的見解。
★重點(diǎn)
1.自由落體運(yùn)動的概念及探究自由落體運(yùn)動的過程。
2.掌握自由落體運(yùn)動的規(guī)律,并能運(yùn)用其解決實(shí)際問題。
★教學(xué)難點(diǎn)
1.理解并運(yùn)用自由落體運(yùn)動的條件及規(guī)律解決實(shí)際問題。
★教學(xué)過程
設(shè)計(jì)思想:
1、先用游戲激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣,順理成章地研究落體運(yùn)動;
2、通過演示實(shí)驗(yàn)讓學(xué)生自己總結(jié)出物體下落快慢不同的主要原因是空氣阻力,從而猜想若沒有空氣阻力會怎樣;
3、用牛頓管實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證猜想,引入了新的理想運(yùn)動模型:自由落體運(yùn)動。講述1971年宇航員做的實(shí)驗(yàn),加深印象;
4、了解地球表面物體下落運(yùn)動近似成自由落體運(yùn)動的條件;
5、著手研究自由落體運(yùn)動的規(guī)律,利用打點(diǎn)計(jì)時器進(jìn)行研究,得到結(jié)論;
6、總結(jié)自由落體運(yùn)動特點(diǎn)及重力加速度;
7、應(yīng)用訓(xùn)練
一、引入 :
教師在課前需要設(shè)計(jì)制作好“測反應(yīng)時間尺”(在一約50cm長的尺有刻度的一面標(biāo)上自由下落對應(yīng)長度所用的時間)
游戲
師:一般情況下,刻度尺是用來測量什么物理量的?
生:測量物體長度的!
師:大家看到我手里的這把尺子了沒有?我這把尺子跟普通尺子是不一樣,有特殊的功能,它可以測量出你的反應(yīng)時間。不信?我請幾位同學(xué)上來試試。
找?guī)酌瑢W(xué)上來做這個實(shí)驗(yàn)?赏ㄟ^比比誰的反應(yīng)時間短來調(diào)動學(xué)生的積極性。
師:相信大家一定非常想知道這把尺為什么能測出人的反應(yīng)時間呢?是根據(jù)什么原理呢?我可以告訴大家,尺子測時間的原理就是利用尺子下落過程中的運(yùn)動特點(diǎn)制成的。而我們今天要研究的就是尺子下落這樣的運(yùn)動。
師:像尺子下落這樣的運(yùn)動是一種常見的運(yùn)動。掛在線上的重物,如果把線剪斷,它就在重力的作用下,沿著豎直方向下落。從手中釋放的石塊,在重力的作用下也沿著豎直方向下落。
師:不同的物體下落快慢是否一樣呢?物體下落的快慢由哪些量決定?請大家結(jié)合日常生活經(jīng)驗(yàn)回答問題。
生:不同物體下落快慢應(yīng)該是不一樣的,下落快慢應(yīng)該是由質(zhì)量決定,質(zhì)量大的下落快,質(zhì)量小的下落快慢。
師:這位同學(xué)回答得對不對呢?大家看我來做幾個實(shí)驗(yàn)。
演示實(shí)驗(yàn)
1、將一張紙和一張金屬片在同一高度同時釋放,結(jié)果金屬片先著地。
教師不發(fā)表意見,繼續(xù)做實(shí)驗(yàn)。分別將實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和實(shí)驗(yàn)結(jié)果板書在黑板上。
2、將剛才的紙片緊緊捏成一團(tuán),再次與硬幣同時釋放,結(jié)果兩者幾乎同時落地。
3、將兩個完全一樣的紙片,一個捏成團(tuán),一個平展,則紙團(tuán)下落快。
師:物體下落快慢是由質(zhì)量決定嗎?
生:不是的!
師:為什么這樣說?
生:第2個實(shí)驗(yàn)和第三實(shí)驗(yàn)都說明了這個問題,特別是第3個問題,質(zhì)量一樣卻下落有快慢之分。
師:那你現(xiàn)在覺得物體下落快慢由什么因素決定呢?
生:我想應(yīng)該是空氣阻力。
猜想
師:如果影響物體下落快慢的因素是空氣阻力,那么在沒有空氣阻力,物體的下落快慢應(yīng)該是一樣的,這種猜想是不是正確呢?我們來做一個實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證一下。
驗(yàn)證
牛頓管實(shí)驗(yàn):
師:剛才的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象驗(yàn)證了我們的猜想,在沒有空氣阻力即物體只受重力的情況下,所有物體由靜止下落的快慢是一樣的。
師: 1971年美國阿波羅15號宇航員在月球表面將錘子和羽毛同時釋放,它們同時落在月球表面,這是通過電視轉(zhuǎn)播過的。
二、自由落體運(yùn)動
師:物體若在沒有空氣阻力的情況下由靜止下落,它的受力情況有什么特點(diǎn)?
生:沒有空氣阻力,則物體只受重力。
師:很好!物理學(xué)中把這種只受重力作用,由靜止開始下落的運(yùn)動叫做自由落體運(yùn)動。
自由落體運(yùn)動:在只受重力的情況下,由靜止開始下落的運(yùn)動。
師:我們?nèi)粘I钪幸姷降穆潴w運(yùn)動是自由落體運(yùn)動嗎?比如開始測反應(yīng)時間的尺子的下落運(yùn)動是自由落體運(yùn)動嗎?
生:肯定不是,因?yàn)樵诘厍虮砻娲髿鈱觾?nèi),沒有空氣的情況是不存在的。
師:說得很好!在我們的日常生活環(huán)境下,自由落體運(yùn)動是不存在的,只是一種理想運(yùn)動模型。但利用忽略次要因素,抓住主要因素的物理研究方法,我們可以把日常生活中一些空氣阻力影響不大的落體運(yùn)動近似看作自由落體運(yùn)動。什么樣才叫做阻力影響不大,就是阻力跟重力相比可以忽略。
近似條件:一般情況下,密度較大實(shí)心物體的下落都可以近似看成自由落體運(yùn)動。
三、自由落體運(yùn)動的運(yùn)動規(guī)律
師:做自由落體運(yùn)動的物體的運(yùn)動規(guī)律是什么呢?速度隨時間是如何變化的?位移隨時間又是如何變化的,我們該如何來研究它的運(yùn)動規(guī)律呢?
生:利用打點(diǎn)計(jì)時器。先選擇一個物體,這個物體必須密度大,實(shí)心,體積不要太大,這樣的話就可以把這個物體由靜止開始下落的運(yùn)動近似看成自由落體運(yùn)動。接著用打點(diǎn)計(jì)時器來研究物體的運(yùn)動規(guī)律。
師:請同學(xué)們自己設(shè)計(jì)并進(jìn)行實(shí)驗(yàn),將紙帶的處理結(jié)果告訴我。
學(xué)生設(shè)計(jì)、操作并處理實(shí)驗(yàn)結(jié)果
總結(jié)分析運(yùn)動規(guī)律
師:實(shí)驗(yàn)結(jié)論是什么?
生:自由落體運(yùn)動是初速度為零的勻加速直線運(yùn)動。
師:如何得出這個結(jié)論?
生:根據(jù)實(shí)驗(yàn)得到的紙帶,我猜想它是勻加速運(yùn)動。于是我用勻變速直線運(yùn)動的運(yùn)動規(guī)律 來驗(yàn)證紙帶,結(jié)果證明自由落體運(yùn)動是勻變速直線運(yùn)動。
師:回答得非常正確!自由落體運(yùn)動是初速度為零的勻加速直線運(yùn)動,這個結(jié)論我們要牢記。
師:那再計(jì)算一下自由落體的加速度大小是多少?方向如何?
生:我所算得的結(jié)果在9.4左右,方向是豎直向下,因?yàn)槲矬w是豎直向下勻加速的,所以加速度方向應(yīng)該與速度方向相同,豎直向下。
師:其他同學(xué)的結(jié)果呢?
生:我的也差不多。
關(guān)鍵點(diǎn)提問
師:大家用的是質(zhì)量不同的重錘做的實(shí)驗(yàn),為什么求出來的加速度結(jié)果差不多呢?
生:雖然重錘質(zhì)量不同,但由于空氣阻力影響較小,均可以近似成自由落體運(yùn)動,而我們已經(jīng)知道:所有物體做自由落體運(yùn)動的運(yùn)動情況是完全一樣的。所以測出來的結(jié)果差不多是符合事實(shí)的。
總結(jié)歸納重力加速度
師:同學(xué)們剛才測量計(jì)算出來的自由落體加速度又叫做重力加速度,用g表示。精確的實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),在地球上不同的地方,g的大小是不同的:1、緯度越高,g越來越大;2、同一緯度,高度越大,g越小。一般的計(jì)算中可以取9.8m/s2或10m/s2,如果沒有特殊說明,都按9.8m/s2計(jì)算。
例1、下列說法正確的是(BD)
A.物體從靜止開始下落的運(yùn)動叫做自由落體運(yùn)動
B.物體只在重力作用下從靜止開始下落的運(yùn)動叫做自由落體運(yùn)動
C.從靜止開始下落的鋼球受到空氣阻力作用,不能看成自由落體運(yùn)動。
D.從靜止開始下落的鋼球受到空氣阻力作用,因?yàn)樽枇εc重力相比可以忽略,所以能看成自由落體運(yùn)動。
例2、下列說法不正確的是(A)
A.g是標(biāo)題,有大小無方向。
B.地面不同地方g不同,但相差不大。
C.在同一地點(diǎn),一切物體的自由落體加速度一樣。
D.在地面同一地方,高度越高,g越小。
例3、AB兩物體質(zhì)量之比是1:2,體積之比是4:1,同時從同一高度自由落下,求下落的時間之比,下落過程中加速度之比。
解:因?yàn)槎际亲杂陕潴w運(yùn)動,高度一樣,所以下落時間一樣,1:1;下落過程加速度也一樣都是g,1:1
例4、質(zhì)量為2kg的小球從離地面80m空中自由落下,g=10m/s2,求
1、經(jīng)過多長時間落地?
2、第一秒和最后一秒的位移。
3、下落時間為總時間的一半時下落的位移。
解:1、
2、 ;
3、連續(xù)相等時間位移之比1:3,則位移為
師:自由落體運(yùn)動速度與時間關(guān)系、位移速度關(guān)系以及位移與時間關(guān)系是怎樣的?
學(xué)生總結(jié):
回答測反應(yīng)時間尺的原理

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