高中物理《自由落体运动》 课件(78张ppt)（教科版必修1）

欢迎进入物理课堂 普通高中课程标准实验教科书 物理必修1 教科版 教材分析与教学建议刘炳昇 一 教材的结构 必修部分的结构 必修1必修2小结 运动的描述 匀变速直线运动的规律 力 力与运动的关系 曲线运动 万有引力定律 机械能和能源 经典力学的成就与局限性 必修1教材整体的章节结构 第一章运动的描述 第二章力 第三章运动与力的关系 描述的对象 描述的确定性 描述的参量 描述的两种方法 匀变速直线运动规律的描述 自由落体运动的描述 力的定义 力的种类 力的合成 力的分解 匀变速直线运动规律的应用 牛顿第一定律 牛顿第二定律 牛顿第三定律 牛顿定律应用 第四章共点力的平衡 第一章 1 质点参考系空间与时间2 位置变化的描述 位移3 运动快慢与方向的描述 速度4 速度变化快慢的描述 加速度 5 匀变速直线运动的速度与时间的关系6 匀变速直线运动的位移与时间的关系7 对自由落体运动的研究8 匀变速直线运动规律的应用 第一单元 运动的描述 第二单元 匀变速直线运动 9 测定匀变速直线运动的加速度 学生实验 二 教科版高中物理必修教材的特点 必修教材的特点 关注教材内容的基础性和现代化面向全体学生 促进个性发展关注科学探究的本质特征主体与栏目协调的呈现方式 一 关注教材内容的基础性和现代化 高中必修的主要内容是经典力学部分 它是古老的 但不是陈旧的 编者力图在教材中反映时代的气息 大到结构上的考虑 小到一个情景的设置 一个习题的选择 一张图片的选用等 都努力与现代生活 科学技术 社会文化联系起来 例如 在匀变速直线运动规律的应用中 让学生参与飞机跑道和飞机制动系统的设计 参与对交通事故分析的讨论 例 发展空间 火星运动的轨迹 在不同参考系中看到的火星运动轨迹 目的 认识选择不同的参考系 对同一研究对象运动情况的描述可能不同 为必修2 天体运动 中日心说的建立打下伏笔 例 位移引入的情景 许多穿越塔克拉玛干沙漠的勇士常常迷路 甚至因此而丧生 他们之所以失败 常常是因为在沙漠中弄不清这样三个问题 我在哪里 我要去的地方在哪里 选哪条路线最佳 20世纪末 一位欧洲妇女成功穿越了这个 死亡之海 这是因为她携带了GPS接收机 时时都能找出上述三个问题的答案 例 速度的引入 例 重力影响着我们的世界 图2 2 6黑犀牛之所以不被自身的重力压垮 并能正常行动 是因为它的骨骼特别粗大 例 重力影响着我们的世界 英国作家斯威夫特创作的 格列佛游记 一书中 有这样一幅漂亮的插图 我们假定把这儿的故事改一下 图中的巨人生活在我们地球上 周围的 小人 就是我们人类 在重力的作用下 巨人能有与周围的 小人 相似的身材吗 二 面向全体学生 促进个性发展 1 注意控制面向全体学生的深度要求 例如 必修中 主要研究的是匀变速运动和匀速圆周运动 在建立加速度概念时 不必区分平均加速度和瞬时加速度 在学习匀速圆周运动时可再指出其加速度的瞬时性 在学过匀变速直线运动规律后 注意引导学生联系实际解决一些基本的问题 不引导学生去解一些复杂的追击问题 注意 有的概念是在过程中提高的 不要求一次到位 2 注意要求层次的选择性 教材分必学和选学两部分 如第四章中 平衡的稳定性 属于选学要求 教材中的练习和习题分为 课堂内的活动和例题 练习与评价 多为节后的概念辨析 定律的理解以及基本应用练习 章后的 习题 比前者要求稍有提高 发展空间 中 除了某些知识的拓展和加深 还有一些研究性的课题和要求适当提高的习题 发展空间不是对全体学生的要求 3 向一定特长的学生推荐适合的课题 例如 对于理论思维较强的学生 可以推荐他们做发展空间中的 交通事故的分析 课题 对喜欢实验的学生可以推荐他们做估测楼房高度的实验 或用斜面法做牛顿第二定律的实验 网上查阅 如军事题材 航天题材 与重力有关的题材 等等 鼓励学生以小论文的形式交流 三 关注科学探究的本质特征 防止探究的形式化和程式化 中问题 大问题 小问题 1 以问题为主线呈现教学内容 创设情境 提出问题 为解决问题做准备 找出问题的 解 对 解 作进一步讨论 问题的呈现顺序与解决形式 教材从陈述性转变为探究性 有利学生自主学习 2 加强物理实验 关注技能训练与探究的结合 学生实验 用打点计时器测量平均速度 学生实验 测定匀变速直线运动的加速度 学生实验 探究共点力合成的规律 学生实验 探究a与F m之间的定量关系 教材中还有许多随手取材或自制教具的学生实验和活动 实验探究与理论探究结合 对探究的正确理解 消元法 四 正文与栏目相协调的呈现方式 1 灵活运用各种栏目 观察思考10 讨论交流27 实验探究3 活动15 练习与评价23 发展空间18 学生实验4 2 讨论交流 栏目与 观察思考 栏目的区别与联系 观察图片提出问题 指出解决问题的方法 回归原问题 坐标原点建在哪里 观察实验提出思考问题 推理出来的问题 没有明显界线 3 活动 栏目与 实验探究 栏目的区别 动手实验问题较单一过程较简单 动手作图为合力的变化作铺垫 解题但有探究味道 4 小资料 栏目的重要作用 三 教学建议 一 面向全体学生 关注入门台阶 过高的台阶会挫伤学生学习的积极性 将台阶适度降低 把握学生对概念的学习进程 扎实一点 让学生逐步适应高中的学习方法 关注与生活的联系 对现象的观察及思考 充分开展交流和讨论 注重动手实验与理论思考的结合 对抽象程度较高的问题 注意变抽象为具体 化解思维的难度 通过生活经验体验a与F m的定性关系 降低入门难度 案例 瞬时速度 瞬时速度是描述运动的重要概念 也是学生的难点 准备 让学生了解初中与高中速度定义的区别 前者是路程变化的快慢 后者是位置变化的快慢 如何让学生更好地意识到这种区别 举生活实例 如南京到北京 飞机 火车 汽车 路径不同 我们关注的是从一地到另一地的位置变化的快慢 让学生理解变速运动中的平均速度概念 只能粗略地描述物体在一段时间内运动的快慢 它的方向由位移方向决定 学生实验 用打点计时器测量平均速度 它是学生第一次认识和使用打点计时器 既有技能训练的目的 又有理解平均速度概念及学会测量方法的目的 还为建立瞬时速度概念做感性的准备 案例 瞬时速度 学生实验 用打点计时器测量平均速度 订正 A 建立瞬时速度的概念 陈述什么叫瞬时速度 大小 方向的意义 瞬时速度大小的测量 讨论 用打点计时器测量平均速度 的实验数据给我们哪些启示 案例 瞬时速度 一组数据 分析可知 小车在斜面上运动是越来越快的 A点肯定比E点来得慢 在测量的平均速度的数据中 区间越接近A点 求得的平均速度值的越小 可见 该区间比其他区间测得的平均速度更能反映A点运动的快慢 研究表明 围绕某待测点所取的时间 t越来越小时 测得的平均速度大小就越来越接近该点 该时刻 的速率 所取位移的方向就是物体在该点 该时刻 的运动方向 小结 怎样用实验测量瞬时速度 通常 实验中取计数周期为0 1s 则纸带上与某一点相邻的2个计数点间的时间为0 2s 这比一条纸带所记录的总时间要小得多 因此 可以将与某一点相邻的2个计数点间的平均速度当作该点的瞬时速度 讨论交流 怎样根据图1 3 5的纸带求出打A B C D E各计数点时的瞬时速度 简单介绍速度 时间图像 案例评析 该案例从准备阶段开始就考虑为瞬时速度概念的建立做好铺垫 由生活的实例引入瞬时速度的意义 而非下一个严格的定义 采用实验的策略 借用求平均速度实验得到的数据 使学生感受将所取时间 区间 趋近待测点的作用 体现了极限的思想 但回避了抽象的数学极限方法 同时教给学生可操作性的测量方法 并通过讨论交流巩固方法的应用 对于图像点到为止 对于方向没有展开讨论 这是合适的 回答一个问题 怎样确定求瞬时速度的 t 取时间间隔为0 06s 求DF段的平均速度 以此来表示E点的瞬时速度 而不能用更小的区间 这合适吗 在通常的实验中 比较多的用计数周期为T 0 1s 用0 2s的时间间隔求瞬时速度 在自由落体运动中则可以用T 0 02s 用0 04s的时间间隔求瞬时速度 二 关于实施探究教学的建议 1 关注探究的本质特征 使多种教学方式有机结合 案例 探究共点力合成的规律 传统教材按陈述性的方法 让学生一步一步地操作 从而得到共点力合成的平行四边形定则 学生实验比较顺利 但缺少思考和探究性 课标教材改变了陈述性的写法 在问题提出后 让学生提出猜想 再用实验来验证猜想 但是学生缺乏提出猜想的经验 个别的事实 也没有可以启发思考的理论依据 运动的合成在力的合成之后 因此 这里的 猜想 偏离了探究应有的本质特征 多数学生只能通过看结论而作 猜想 教科版教材按如下思路设计 概念准备 通过讨论交流 猜想同一直线上受两个力的情况 通过观察图例 认识什么是合力 分力 力的合成 以及共点力 1 教师演示 用3 4个砝码牵引一根弹簧 求两分力成直角时的合力 如右图 2 学生猜想 如果两分力方向之间不成直角 合力和分力可能有什么关系 教科版教材按如下思路设计 3 学生实验 用两个弹簧测力计拉伸橡皮筋 验证你的猜想 验证猜想 让两个力之间互成120 且与橡皮筋伸长方向成60 实验并作图 你能看出合力与分力的关系吗 改变两个力的大小和方向 重复上述实验和作图 可以得到同样的结论吗 写出你的实验结论 改变后的方案的特点 演示实验 教师操作且只演示一种特殊情况 实验难度降低 通过它说明力的合成的概念 演示实验只给出了一种特殊情况下的信息 它为学生提供猜想的依据 而不是实验的结论 选用一种有较大尝试空间且操作难度较小的实验方案 让学生动手 验证自己提出的猜想 案例 探究加速度与力 质量的关系 这是一个教学的重点内容 关键是做好实验 但实验比较困难 有的教材用斜面上小车加速运动的方案 忽略摩擦力 实验操作比较易行 但原理上比较复杂 小车受到的力是重力与斜面支持力的合力 况且摩擦力也难以忽略 有的教材 用图示的方法 得不到量化的结果 教科版教材的设计思路 准备 从生活中的实例和图例讨论影响加速度大小的因素 学生实验 重点是讨论实验方案的设计和实验操作与数据处理 而不在于某种具体方案的细节 以连接体的方案为主体 突出各种不同方案的共性 案例 探究加速度与力 质量的关系 1 实验方案的设计 1 如何使物体在力的作用下做匀加速直线运动 基本的模型 被研究的物体M 在牵引力F作用下运动 如何消除摩擦力的影响 倾斜法或气垫法 案例 探究加速度与力 质量的关系 2 如何测量被研究物体的质量及其所受的拉力 直接给出或者用传感器采集拉力的大小 3 如何测量物体的加速度 分析打点纸带得到的数据 求出加速度 也可以用传感器 数字计时器和计算机处理得到加速度的大小 案例 探究加速度与力 质量的关系 2 实验操作与数据处理 1 实验 作出a F图像 2 实验 作出a M图像 你所描出的a M图像是否是一条直线 如果不是 你认为加速度与质量可能是什么关系 又如何尝试确定它们的关系呢 尝试以质量的倒数1 M为横坐标 并画出图像 你有什发现 案例 探究加速度与力 质量的关系 教给学生 设计实验与处理数据的思想方法在探究中是重要的 教师可以根据自己学校的条件 选择具体的实验方案 只是定性的实验是不够的 用这种实验讨论数据处理的方法是没有意义的 牛顿第二定律的得出需要建立在数据分析的基础上 用连接体的实验有缺点 但它是一个可行性较好的定量实验 能给学生测量和处理数据的机会 关于它的道理 教材在超重与失重一节后 安排了一道讨论交流的题目 案例评析 2 关注激发学生的好奇心 培养学习兴趣 关注应用随手取材的小实验为学生提供观察思考的机会 为学生提供动手参与的机会 为学生提供交流讨论的机会 小实验 拍摄小球下落的照片 估测楼房高度 把打点纸带按计数点剪开 顺序贴在坐标中 作图像 求加速度 体验力分解的效果 三 关于科学思想与人文精神的渗透 1 挖掘物理学原本存在的教育因素 关注三维目标的有机融合 案例 自由落体运动 匀变速直线运动的特例 循着伽利略的探究之路前行 一 对 重快轻慢 的讨论 在我们生活的环境中 经常会看到物体从高处下落 如熟透的果实从树上坠落 树叶或纸片飘然落下 似乎重的物体下落得快 轻的物体下落得慢 其实 早在公元前4世纪希腊哲学家亚里士多德 Aristotle 384B C 322B C 就提出了物体越重下落得越快的观点 可以说有相当多的现象支持这一观点 例如石块就比羽毛下落得快 你对他的观点产生过怀疑吗 小实验 比较橡皮和纸片的下落 取一张纸和一块橡皮 让它们同时从同一高度由静止释放 你观察到了什么 把纸对折 再对折 再揉成纸团 每次都让它与橡皮从同一高度释放 你又观察到了什么 通过实验你认为造成 重快轻慢 的真正原因可能是什么 伽利略对亚氏的挑战 16世纪 意大利物理学家伽利略 GalileoGalilei 1564 1642 设想了一个佯谬 对亚里士多德的观点提出了疑问 并对落体运动进行了系统的研究 让我们跟随伽利略的思路一起来探究 发现问题 落体佯谬 设想把一个重物A和一个轻物B系在一起 同时下落 如果亚里士多德的观点是正确的 系在一起的物体比单独一个重物下落是快了还是慢了 请谈谈你的看法 重快轻慢 的原因及支持证据 伽利略通过上述推理指出了亚里士多德观点的自相矛盾之处 那么又如何解释生活中观察到的重的物体比轻的物体下落得快 通过活动 我们知道这是由于空气阻力的影响造成的 如果设法减小空气阻力的影响 使之可以忽略 轻重不同的物体下落的快慢程度将会相同 在真空实验室里人们用闪光照相的方法对羽毛和苹果的下落进行研究 证实了这一观点 实验 排除空气阻力的影响 月球上的落体实验1969年7月16日 美国3名宇航员乘阿波罗11号飞船实现了人类的首次登月 此后 美国又相继进行了5次登月飞行 其中以1971年阿波罗15的登月活动最为有趣 宇航员大卫斯科特在没有空气的月球上将一根羽毛和一把铁锤同时释放 发现它们同时竖直地落到月球表面 二 定义自由落体运动 我们把只在重力的作用下 物体由静止开始下落的运动叫做自由落体运动 freefall 如果物体下落时所受空气阻力与重力相比 可以忽略不计 也可看成是做自由落体运动 不同的物体从同一高度自由下落 它们的运动都是相同的 三 伽利略对自由落体规律的假说 为了寻求落体运动的规律 伽利略通过反复思考 在 自然界总是习惯于运用最简单和最容易的手段 的信念引导下 最终提出了一个假说 物体下落过程是一个速度逐渐增大的过程 其速度与时间成正比 即 提出假说 伽利略又从这一假设出发 巧妙地推导出了物体下落距离与时间的关系 即下落距离与时间的平方成正比 即 四 间接验证 在伽利略时代 由于计时的技术很难满足测定自由落体时间的要求 伽利略采用了间接实验的方法 五 合理外推 在斜面实验的基础上 伽利略设想 将斜面的倾角逐渐加大 直到90 角 小球的运动应当满足距离与时间平方成正比的关系 如图 他还通过多方论证 说明他提出的假设是正确的 六 小结 用公式表示 其假设为说明自由落体运动是初速度为零 加速度恒定的匀加速直线运动 自由落体运动规律的验证 当年由于实验条件所限 伽利略无法直接对落体运动进行实验研究 今天即使在中学实验室里 我们也已经具备了足够的技术条件 直接验证落体运动的规律 验证的方法 测定重力加速度 活动 由闪光照片测定重力加速度 讨论重力加速度 案例评析 自由落体运动 课题的特点 1 物理学史中的一次重大挑战 2 物理科学方法的奠基 3 学生关于运动前概念的一次冲击 4 巩固对匀变速直线运动规律的认识 类似的课题 如 力与运动的关系 万有引力的发现 电磁感应现象的发现 光的波动性的认识等 对本案例的评析 本案例按教材的基本思路进行设计 考虑如下问题 如何利用物理学史的宝贵资源使三维目标有机融合 借鉴历史 但不是简单陈述历史事实 把学生带进历史的探究中去 在过程中理解知识 在过程中领悟方法和培养能力 把历史和现代的发展联系起来 谢谢各位 同学们 来学校和回家的路上要注意安全 同学们 来学校和回家的路上要注意安全