《自由落体运动》教学设计与反思（精选13篇）
一、教材分析；
1、教材版本
人教社全日制普通高级中学教科书（必修1）物理第一册第二章直线运动的第5节自由落体运动
2、教材的地位与作用
本节课内容在本章教材的最后一节，学生学习了前面的运动学的一些基础知识及匀变速直线运动后学习的一种特殊的匀变速运动，它是对前面所学内容的复习和巩固，同时通过本节内容的知识探究，也为以后学习较复杂的运动打下良好的基础。在教材中具有重要的地位和作用。
3、教材特点：
a通过对自由落体运动的学习能够加深学生对匀变速运动规律的理解
b通过对自由落体运动的探究有利于培养学生敢于突破陈规，勇于创新的科学精神和严谨的科学态度。
4、教学目标(1)知识目标
a、了解人们研究自由落体运动的历史事实和科学方法； b、理解自由落体运动的性质和物体做自由落体运动的条件； c、理解自由落体运动的加速度，知道它的大小和方向； d、掌握如何从匀变速直线运动中推出自由落体运动规律，并能够运用自由落体运动规律解决一些实际生活中的问题。
(2)能力目标：
a、培养学生初步的观察实验、分析、归纳的能力；
b、培养学生理论联系实际，用课本所学知识解决实际问题的能力；(3)情感目标：
a、通过实验提出问题引入，在问题情景中不断激发学生的求知学习热情，调动学生的主动性，培养学生敢于思考、敢于突破陈规、勇于创新的科学精神；
b、在学习中，学会互相交流，提高学生的合作意识与能力。
1、教学重点、难点：
重点：对自由落体运动性质的推导及运动规律的掌握和运用； 难点：自由落体运动性质的推导。
二、教法和学法
物理学是一门以实验为基础的学科，自由落体运动是自然界广泛存在的物体自由下落运动的理想化模型，是一种典型的匀变速直线运动，有其广泛性和特殊性，在教学过程中要重视学生对概念的形成，依据认知结构理论，结合因材施教的原则通过实验探索、课件展示、分析讨论强化物理知识的形成过程，使学生获得基本的科研能力，创造性地解决问题，也能培养学生的创新精神。因此，教学中创设物理情景教师边演示边提问，学生边观察边思考，引导学生来探索规律并让学生试着自己得出结论。一改过去教师讲，学生被动接受的局面，最大限度地调动学生积极参与教学活动，充分体现教师主导，学生主体的地位。教师可给予恰当的思维点拔。采用：“复习提问——直观演示——分析讨论——归纳概念·揭示规律——巩固知识”并辅以现代教学手段等多种形式的综合启发式教学。
对学生来说，重要的是让他们掌握获取新知识的过程和方法，养成良好的科学素养。因此在学习过程中，要让学生主动参与、乐于探究、善于思考，注重搜集和处理信息，获取新知识
学会解决问题。采用：提取旧知识——积极思维——实验探索——构建新知——巩固深化的学法。
三、教学过程设计
1、复习提问：
a、匀变速直线运动的运动规律是
Vt= V0t + at S = V0+12at 22Vt2－V0=2as b、在连续相等的时间（T）内的位移之比有什么特点？
在连续相等的时间（T）内的位移之比为1 : 3 : 5 : 7……
指出：这个公式反映了匀变速直线运动的特点，它可以用于匀变速直线运动的计算中。反过来，我们也可以通过这个结论来验证某些运动是否为匀变速直线运动。
2、新课引入
演示：将一张纸和一个小石块同时在同一高度同一地点释放； 现象：重物先着地，重的物体下落较快。
提问：如果将纸片揉成一团在和小石块同时在同一高度同一地点释放结果会怎样呢？ 让学生猜测实验现象再演示，调动学生尽早投入课堂积极参与，积极进行观察和思考。演示：将纸片揉成一团在和小石块同时在同一高度同一地点释放； 现象：几乎同时着地，轻重不同的物体同时下落。
提问：两次实验用的物体是相同的为什么会有不同的结果呢？
启发学生认识到轻重不同的物体下落快慢不同是由于空气阻力的影响。
介绍亚里士多德和伽利略对自由落体运动性质的研究。讲述伽利略的推理过程时，拟定一个讨论的环境，让学生感受到他们正亲临这场争论，进入情景教学。学习伽利略相信科学，大胆质疑，敢于向权威挑战的精神。
引出课题：自由落体运动
1、自由落体运动 课件：牛顿管实验
未抽气时：轻的物体比重的物体下落的慢
抽出部分空气时：轻的物体下落速度加快，但仍比重的物体下落的慢 抽成真空时：轻重不同的物体下落速度相同
使学生再次认识到生活中观察到重物下落快的原因是由于空气阻力的影响，终于使问题真相大白，从而引入自由落体运动的概念和物体做自由落体运动的条件，使课堂气氛达到高潮。
(1)概念：物体只在重力作用下，从静止开始下落的运动。
(2)条件：在没有空气的真空里才能发生，若在有空气的空间里。只有空气阻力很小，可以忽略不计的下落才可以看成是自由落体运动。
指出自由落体运动的快慢与物体的质量无关。
进一步提出问题：自由落体运动是一种什么样的运动？它的运动规律是什么？ 课件：闪频照片
引导让学生通过频闪照片看到自由落体运动的轨迹是一条直线，在连续相等的时间内通过的位移越来越大，说明自由落体运动是加速直线运动，但究竟是否是匀变速呢？
讨论：自由落体运动是加速直线运动，但究竟是否是匀变速直线运动？
引导学生提出假设。假设：自由落体运动是匀加速直线运动。启发学生利用照片上的数据来验证。让学生自己分析、处理数据。此时不要急于告诉学生结论，而应给予充分的时间启发学生积极思考并及时引导。结奏应放慢，让学生的主体作用得到充分发挥，也使学生对自由落体的性质有深刻的印象。使课堂气氛掀起第二次高潮
2、自由落体运动的性质：自由落体运动是初速度为零的匀加速直线运动。
且根据S = 12at可知做自由落体运动物体的加速度是相同的。2引出重力加速度
3、重力加速度
(1)在同一地点一切物体在自由落体运动中加速度都相同，这个加速度叫自由落体加速度也叫重力加速度（符号：g）
(2)方向：竖直向下
(3)大小：与地点有关，一般计算中取9.8 m/s,粗略计算时可取 g = 10m/s。课件：在地球上不同的地方g的大小有所不同。赤道处g小极地处g大。
因自由落体运动是初速度为零的匀加速直线运动，所以匀变速直线运动规律都使用于自由落体运动。
4、自由落体运动的规律
Vt= V0t + at Vt= g t S = V0+
221212at S = at 22Vt2=2as 2Vt2－V0=2as
四、课堂练习
1、甲物体的质量是乙物体的质量的3倍，它们从同一点由静止开始下落，则下列说法正确的是：（）
a、甲比乙先着地 b、甲比乙加速度大
c、甲与乙着地的速度相同
d、下落过程中，两者在任意时刻离地的高度相同。
五、小结
1、自由落体运动
(1)概念：物体只在重力作用下，从静止开始下落的运动。
(2)条件：在没有空气的真空里才能发生，若在有空气的空间里。只有空气阻力很小，可以忽略不计的下落才可以看成是自由落体运动。
2、自由落体运动的性质：自由落体运动是初速度为零的匀加速直线运动。重力加速度
(1)在同一地点一切物体在自由落体运动中加速度都相同，这个加速度叫自由落体加速度也叫重力加速度（符号：g）
(2)方向：竖直向下
(3)大小：与地点有关，一般计算中取9.8 m/s,粗略计算时可取 g = 10m/s。
4、自由落体运动的规律
Vt= V0t + at Vt= gt S = V0+1212at S = at 22Vt2=2as 2Vt2－V0=2as
六、作业
1、测定自己的反应时间
2、P45页1、2、3、4、题
3、阅读伽利略对自由落体运动的研究
七、教学反思
关键词：自由落体运动,重力加速度,运动规律,实验,能力
“自由落体运动”是五年制高职物理学中重要一节内容, 本节课主要学习什么是自由落体运动, 自由落体运动的条件、规律以及重力加速度。自由落体运动是自然界广泛存在的一种运动形式, 是一种典型的匀变速直线运动的实例。对自由落体运动的深入分析, 有力于学生更加深刻理解匀变速直线运动, 所以对自由落体运动教学处理尤为重要, 结合本节课的教学实际, 谈谈我对《自由落体运动》一节内容的教学改进及体会。
1 实验引入课题, 激发学生的求知欲
教师演示, 把一个铁球用细线悬挂在铁架台上, 用火烧断细线, 让学生观察实验现象。然后提出问题:小球为什么能下落不同的物体下落快慢都相同吗?引导学生分析思考, 以此引出课题。通过实验引入使问题变得直观、明了, 不仅集中学生的注意力, 而且较好的激发学生探索问题的兴趣。
2 改进实验, 由学生探究完成。
本节教材开始时是简述亚里士多德观点, 叙述伽利略的研究过程, 可将伽利略的研究过程简单处理, 改为学生探究实验, 有利于学生能力的培养。具体设计如下。
设问:什么样的物体下落得更快呢?越重的物体下落得越快吗? (引导学生实验探究)
设计学生实验一:把金属片和纸片从同一高度同时从静止释放。
学生操作, 思考并观察现象。
提问:实验观察到的现象。
结论:质量大的物体 (金属片) 先落地。
师:如果将纸片揉成纸团实验结果又会如何呢?
设计学生实验二:让金属片和纸团从同一高度同时从静止下落, 观察其下落快慢情况。
学生操作, 思考并观察现象。
提问:实验观察到的现象。
结论:金属片和纸团几乎同时落地。
教师:比较两次实验, 是什么原因造成纸片和纸团在下落过程中快慢有这么大的差别呢?引导学生进一步研究。
提问:造成下落快慢不同的原因是什么?
结论:空气对纸片阻力大, 对纸团阻力小。
教师:如果设法消除空气阻力, 金属片和纸片下落情况又会怎样呢?鼓励学生猜测结论。
教师:用牛顿管演示金属片、羽毛等下落快慢情况, 并辅以多媒体播放演示过程。通过教师进一步演示, 结论一目了然, 从而很自然地引出“自由落体运动”这一课题核心。
3 概念、规律、公式教学的处理
对于“自由落体运动”基本概念教学为了培养学生总结规律的能力, 我让学生从以上的实验并结合教师教学课件, 自己归纳总结出自由落体的定义以及条件。通过学生归纳, 可加深对概念的理解, 使教学过程变得轻松愉快, 又有助于问题的研究和学生能力的提高。
对于自由落体运动规律我是这样处理的:课前提问初速度为零的匀变速直线运动规律, 重点是s2-s1=s3-s2=s4-s3=Δs公式, 为研究此问题做铺垫。课堂中让学生测量分析“自由落体运动”实验闪光照片中各位移间关系, 教师加以引导, 在误差允许的范围内应符合上述关系, 从而得出结论。自由落体运动是初速度为零的匀加速直线运动。
有了自由落体运动规律, 根据匀变速直线运动公式, 引导学生很容易推导出自由落体运动的位移和速度公式:
课本的做一做小实验, 我也利用起来了, 改为课堂学生实验, 放手让学生自己做, 自己计算, 让学生在做的过程中体会学习物理的乐趣。
4 本节课的教学体会
本节课解决了三个问题──怎样的运动是自由落体运动, 自由落体运动规律怎样?自由落体运动的重力加速度是否相同?这三个问题都比较适合学生主动探究, 尤其是第一个问题, 符合“情景设置—问题链接—自主探究—形成共识, 得出结论”的教学方法, 学生在趣味实验的激发中, 问题的引领下, “我要学、我想学”的情绪洋溢在整个课堂。通过自主体验、小组互动、组间互评、自我评价改变学生以往的学习方式, 体现新课程提倡自主学习的新理念。
物理学是一门自然学科, 与我们生活有着紧密联系, 在研究物理学问题时, 为便于问题的解决, 有时需建立物理模型。物理模型是忽略实际问题的次要因素突出主要因素, 经过科学抽象而建立的新的物理形象.通过运用物理模型可以突出重点, 抓住本质特征和属性, 形成科学概念, 有助于物理问题的研究和解决。如:伽利略在研究运动的原因并指出, 亚里士多德观点的错误时, 设想的“理想实验”就是建立了一个没有空气阻力的物理模型.在建立物理模型后, 问题便简洁多了。在研究物体运动时, 引入“质点”模型, 使复杂的运动简单化了, 便于问题的解决。所以在本节教学中, 要有意向学生渗透这方面知识, 使学生逐步认识物理模型在研究问题的重要作用和意义。
本节课是学生初次运用匀变速直线运动规律解决实际问题, 所以在知识理解上有一定的难度, 在计算能力和分析能力方面还要有个渐进过程, 所以教学过程中, 引导, 师生互动显得尤其重要, 认真设计, 将课堂落实到实处, 而不是摆花架, 走过场。
自由落体运动一节教学已有多种处理方法, 但纵观现代教学发展趋势, 只有着眼于学生科学态度的培养, 创新能力的提高, 发挥学生的主体作用, 才符合教学规律。在高职教学中, 如何做到“教学做”一体, 如何把课堂这一舞台交给学生, 让学生成为课堂的主人, 创造成功, 走向成功, 是每一位教师值得思考的问题。
参考文献
[1]熊永飞.新课程学习 (中) , 2012 (3) .
[2]王凤黎.中国教育技术装备, 2012 (13) .
1.知道自由落体运动的概念和条件。
2.通过实验探究自由落体运动加速度的大小，建立重力加速度的概念，知道重力加速度的方向，在地球上的不同的地方重力加速度的大小不同，通常情况下g取9.8m/s2。
3.掌握自由落体运动的特点和规律。
【教学重点】
1.自由落体运动的概念、条件及探究自由落体运动性质的过程。
2.掌握自由落体运动规律，并能运用其解决实际问题。
【教学难点】
理解自由落体运动条件及规律解决实际问题。
【教学用具】
多媒体课件、硬币、纸片、牛顿管、打点计时器、铁架台、纸带、钩码。
【教学过程】
一、新课导入
【展示】春雨、夏露、秋叶和冬雪下落的动画。
师：同学们观察这样几幅动画，这是我从自然界现象中挑的几个例子。比如说春天的雨滴、夏天的露珠、秋天的落叶、冬天的雪花，是不是很美呀，那么同学们在感受美的同时，有没有想过这四幅动画有什么共同的特点？
生：都是在做下落运动。
师：很好，都是在做下落运动。生活中做下落运动的例子很多，从树上下落的苹果，从飞机上下落的物资或者人，从高楼掉下的东西等等太多，那么今天我们就专门来研究一下下落运动中的自由落体运动，为什么多了个自由，待会我们就知道了。
二、新课推进
同学们注意观察这样几个实验：
演示：一张大点的纸片和小点的纸片，其中小纸片揉成团，同一高度同时释放。
观察思考：哪个快？
生：揉成团的小纸片快。
师：轻的还比重的快了。
师：实际生活中物体下落快慢可能受什么因素的影响？
生：受空气阻力的影响。
猜想：在没有空气的情况下，物体下落快慢情况是怎么样的？
实验一：牛顿管实验
现象：在真空中，羽毛和硬币同时落地。
结论：没有空气阻力时，轻重不同的物体下落快慢相同。
实验二：月球上物体下落的实验
现象：观察到锤子和羽毛同时下落到月球表面。
结论：没有空气阻力时，轻重不同的物体下落快慢相同。
从以上实验让学生总结出自由落体运动的概念。
（一）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。
2.条件：①物体从静止开始下落（初速度为0）；②只受重力作用。
注意：实际生活中，没有空气阻力的情况很少，当物体重力比空气阻力大得多时，可以忽略阻力的影响近似地认为物体做自由落体运动。
提问：自由落体运动是什么性质的运动呢？
实验探究：
本节教学设计以实验探索为主线，充分展现隐含在本节内容中的科学探究方法和科学思维方式。首先，通过“测反应时间”的实验游戏激发学生学习兴趣，引出研究的问题──落体运动，接着从生活经验和亚里士多德的观点出发进行巧妙的推理，使亚里士多德的理论陷入自相矛盾的境地，引起学生探究的兴趣。在此基础上学生自主进行实验探究，通过对实验结果的分析和讨论得出初步结论，提出物体下落快慢与质量无关的设想；再进一步通过教师演示“牛顿管”实验进一步验证设想。最后再由学生自主进行实验探究，利用打点计时器，记录自由落体运动的信息，为下一节定量地探究自由落体运动规律做好准备。
教学反思：从生活情景中构建物理情景或模型，有利于学生将所学的科学知识与社会，生活实际相联系；在教学中，学生经历的实验探究全过程就是一个学生充满兴趣和动力去不断解决问题的过程，学生从中能体会解决问题的思想，提高解决问题的能力，逐步培养独立思考的习惯和合作学习的精神。
王亚丽）
1.7对自由落体运动的研究
一、教学目标
（一）知识与技能
1、通过演示、实验，分析得出影响物体下落快慢的因素，定义自由落体运动，理解自由落体运动是在理想条件下的运动，使学生对自由落体运动有初步的认识。
2、通过学习，了解伽利略对自由落体运动的研究过程，知道伽利略的科学思维方法以及他对物理学的重要贡献。
3、明确自由落体运动是一种初速度为零的匀变速直线运动，掌握自由落体运动规律。
（二）过程与方法
1、培养学生的观察实验和分析实验的能力以及逻辑推理能力。
2、了解研究自然规律的科学探究方法，培养探求知识的能力。
3、通过自由落体运动规律的学习，培养分析、推理能力。
（三）情感、态度与价值观
1、通过实验培养学生的逻辑思维能力及表达能力。
2、培养学生观察生活，提出问题并用科学方法解决问题的能力。
3、通过史实，培养学生学会质疑的科学素养。
二、学情分析
前面学生学习了匀变速直线运动及其速度公式、位移公式，对匀变速直线运动已经初步掌握，但是由于学生数学基础较薄弱，在知识的应用方面存在很大问题，因此在本节的教学存在一定困难。
三、教学重点
1、自由落体运动的概念。
高中物理 必修1（三汇中学
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2、伽利略对自由落体运动规律的科学探究过程。
3、自由落体运动规律
四、教学难点
伽利略对自由落体运动规律的科学探究过程
五、教学方法
探究法、讲授法
六、教学器具
多媒体，纸张，粉笔
七、教学过程
（一）复习旧知
前面我们学习了匀变速直线运动的规律，匀变速直线运动速度公式、位移公式分别是什么？初速度为零时公式简化为什么？此时速度和时间什么关系，位移和时间什么关系？
（二）引入新课
这节课我们再来学习一个特别的直线运动――自由落体运动。
（三）进行新课
教师问：在日常生活中，我们会观察到雨雪的下落，树叶的下落，苹果的下落等等（课件动画展示），这说明落体运动是一种常见的运动，那么，同学们你们通过观察会发现落体运动有什么样的问题呢？ 学生回答：物体下落有快有慢 提出问题：
教师再问：物体下落快慢的原因是什么呢? 学生回答：物体的重力等 实验与探究
教师问：一张重力较小的纸和重力较大的粉笔同时由静止释放，谁下落的快？ 学生答：粉笔下落的快（教师实验展示）
高中物理 必修1（三汇中学
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教师再问：什么影响了物体下落的快慢？ 学生答：物体的重力
教师问：重力相同的纸张和纸团谁下落的快？ 学生答：纸团下落的快（教师实验展示）教师再问：什么影响了物体下落的快慢？ 学生答：空气阻力
教师说明：在
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学生答：运动轨迹是竖直向下的直线。
教师说明：如果空气阻力的作用比较小，可以忽略，那么静止物体的下落也可以近似看作自由落体运动。
伽利略对自由落体运动规律的探究
在定义了这样一个运动之后，我们要对这种运动的运动规律进行研究，所以现在我们跟着科学家伽利略的脚步来研究自由落体运动的规律。
教师讲授在研究落体运动时，当时有两种观点，分别是亚里士多德的观点：重快轻慢和伽利略的观点：轻重不同的物体下落的一样快。先来了解一下两位科学家，教师对两位科学家的生平及其贡献做一简要介绍。
学生自学完成伽利略用理论推翻亚里士多德错误观点的过程，激发学生质疑的精神。然后自学伽利略科学探究过程，对不明白的地方提出问题。自由落体运动规律
教师问：通过伽利略对自由落体运动的研究，大家得出自由落体运动的实质是什么？ 学生答：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
教师问：自由落体运动的加速度定义为自由落体加速度或重力加速度，用字母g表示，方向如何？
学生答：方向竖直向下
教师问：自由落体运动的速度公式是什么，位移呢？ 学生答：v=gt x=1/2 gt。
八、课堂训练
21、关于自由落体运动，以下说法正确的是（D）
A 质量大的物体自由落体时的加速度大
B 从水平飞行着的飞机上释放的物体将做自由落体运动
C 雨滴下落的过程是自由落体运动
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D 从水龙头上滴下的水滴，其下落过程可近似看做自由落体运动
2、伽利略以前的学者认为：物体越重，下落的越快，这种看法被伽利略等一些物理学家否定了，现在一高塔顶端同时释放一片羽毛和一小铁球，铁球比羽毛先落地，这主要是因为（D）
A 它们的重量不同
B 它们的密度不同
C 它们的材料不同
D 它们受到的空气阻力不同
3（广东高考）关于自由落体运动，下列说法正确的是（C）
A 物体竖直向下的运动就是自由落体运动
B 加速度等于重力加速度的运动就是自由落体运动
C 在自由落体运动过程中，不同质量的物体运动规律相同
D 物体做自由落体运动时，位移与时间成反比
九、课堂小结
1.定义：物体 只在重力作用下 从 静止 开始下落的运动。
2.特点： 只受重力
v0= 0m/s
轨迹：竖直向下的直线
3.自由落体运动实质：
初速度为零，加速度恒定的匀加速直线运动。
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4.自由落体加速度（重力加速度）
①字母g表示
②是矢量，方向竖直向下
5.自由落体运动规律
h vt=gt
12gt2
十、课后反思
1．自由落体运动是一种非常重要的运动形式，在现实生活中有许多落体运动可以看成是自由落体运动，研究自由落体运动有着普遍的意义。
一、教学课题：
探究自由落体运动（广东教育出版社 物理教材必修1 第二章第1节）
二、教学目标
（一）、知识与技能
1、认识自由落体运动，知道影响物体下落快慢的因素，理解自由落体运动是在理想条件下的运动；
2、能用打点计时器或其他实验仪器得到相关的运动轨迹并能自主进行分析；
3、知道什么是自由落体的加速度；
4、初步了解探索自然规律的科学方法。培养学生的观察、概括能力。
5、通过史实，初步了解近代实验科学产生的背景，认识实验对物理学发展的推动作用。
（二）、过程与方法
1、培养学生的观察能力和逻辑推理能力；
2、进行科学态度和科学方法教育，了解研究自然规律的科学方法，培养探求知识的能力；
3、通过对落体运动的实验探究，初步学习使用控制变量法。
（三）、情感态度与价值观
1、调动学生积极参与讨论的兴趣，培养逻辑思维能力及表达能力；
2、渗透物理方法的教育，在研究物理规律的过程中抽象出一种物理模型——自由落体。
3、通过实验，培养学生的合作精神。
4、通过史实，培养学生学会质疑的科学素养。
5、激发学生探索的兴趣，养成一种科学探究的意识。
6、培养学生探究日常生活中有关的物理学问题的能力
三、重点与难点分析
1、理解物体下落快慢与物体质量无关。
2、探究自由落体运动的过程及自由落体运动的概念。
四、学情分析
在前面的学习中，学生已经初步掌握了平均速度、瞬时速度、加速度的概念，并用电磁打点计时器研究过匀速直线运动和匀变速直线运动，同时对物理学中的理想模型有了一定的认识，具备了初步的逻辑思维能力和运用控制变量的研究方法。这对学生学习研究本章内容都具备了一定的基础知识。
五、学习任务分析
教学问题从生活中来（通过“测反应时间”的游戏，引起学生的兴趣、质疑，引出课题）→运用合作学习方式展开讨论（引导学生注意直觉经验和逻辑推理的矛盾，使学生明确下一步要解决的问题）→利用实验引导学生进行思考（引导学生与情景对话，学生之间协商，积极主动的建构自己的知识和逻辑思维）→讨论问题，回到生活中（利用牛顿管的动画演示，使学生认识到探究现象背后的实质原因是必须 考虑外界因素的影响）
六、课程性质
新授课
七、教学方法
探究法、讨论法、讲授法
八、教室与教具
1、教室：多媒体教室
2、教具：两张纸片、直尺、硬币一个
九、教学过程设计
1．活动设计：测“反应时间”
教师：课前设计制作好“测反应时间尺”（在一约15cm长的尺的一面标记上自由下落对应长度所用的时间，以一面朝向学生）引出问题：“一般刻度尺是用来测量什么的？” 学生：学生习惯性回答：测长度。
教师：老师手中的这把尺很神奇，它不仅能测量长度，还能测量时间，并且能测出同学们的大脑反应时间，谁想知道自己的大脑反应时间是多少？可以用我的这把尺来测量。（选2名学生上来玩“测反应时间”的游戏。）
学生抓住尺的同时就报出其反应时间，可采用“比比谁的反应时间短”的方式调动学生积极性。
设计说明： “测定反应时间”放在课前引入，目的是通过这一游戏产生“惊奇”效果，激发学生探究的兴趣，增强学生的感性认识，3 激发学习物理的兴趣，活跃课堂气氛。2．引入课题
教师：同学们一定想知道这把尺为什么能测出你的反应时间。它的“奥秘”与我们今天要认识和研究的一种运动密切相关。
图片演示：
a．石头从空中落下
b．重力使屋檐下的雨滴下落
c．树叶从树上竖直飘落
教师：请同学们观察并指出以上物理情景中物体相似的运动特点。
学生：观察，思考，总结。
教师：教师在学生表述的基础上总结：画面中的物体都是从高处落到地处，这类下落的运动称为落体运动，这节课我们一起来研究落体运动是否具有一定的规律。
设计说明：从生活中构建物理情景或模型，以培养学生在生活中联系物理知识的好习惯和分析问题解决问题的能力。3．关于落体运动的进一步思考 A．提出问题
落体运动的快慢与什么因素有关？（提示学生想象生活中经常见到的落体运动（或具体举例）。）
提出疑问：以经验来看是否重的物体一定下落得快？
直接经验：重得物体下落快──也是历史上亚里士多德认可的观 点（简介亚里士多德）。
教师：做演示实验：首先将两张大小和质量都相同的纸让它们在同一高度同时下落，观察现象；然后，把其中一张纸揉成一团，再让它们在同一高度同时下落，观察现象；最后，拿一个硬币和一张纸让它们在同一高度同时下落，观察现象。然后提出问题：亚里士多德的结论对吗？
设计说明：此环节将对落体运动的研究落实在其运动的快慢上，直接问“是否重的物体一定下落得快”是为了更易进入主题。B．引导学生从亚里士多德的观点进行逻辑推理，得出矛盾。结论1 ：如果石头和树叶捆在一起，独自下落慢的 树叶会拖慢独自下落快的石头，最终下落速度应该比石头的下落速度慢。
结论2：如果石头和树叶捆在一起，其所受力一定比其中任一物体大，其下落速度也应该比其中任一物体下落速度快。综上所得：亚里士多德的结论存在着矛盾。
相互矛盾的结论既是对学生头脑中错误概念的震撼，也是激发学生进一步学习的手段，学生进行逻辑推理，可相互讨论。
逻辑推理为后面的研究指明了方向，使学生明确下一步要解决的问题。
C.提出伽利略的观点：物体下落过程中的
运动情况与物体的轻重无关。（演示动画：比萨斜塔上创造的奇迹）4．进一步探究影响物体下落快慢的因素
（1）引问：既然物体下落快慢与其质量没有必然联系，实际生 活中物体下落快慢不同可能是受什么因素的影响。
学生从实验现象和生活经验可以猜想到是空气阻力影响。
（2）猜想：影响物体下落快慢的因素是空气阻力吗？
教师演示实验，验证猜想：毛钱管实验。（可考虑用电脑课件，老师同步讲解。）
（3）引导学生从观察到的实验现象得出结论。猜想、观察、思考、理解、体会。学生在教师的引导下可以从实验中得出结论：物体下落受到空气阻力的影响。没有空气阻力时，物体下落过程中运动快慢与质量无关。5．进行实验动画演示
教师：在空气中、抽出一部分空气后和真空中羽毛和小球的下落比较。
6．自由落体运动的概念
（1）概念引入
引问：由于落体运动受到空气阻力影响，要想研究落体运动就必须排除空气阻力，那么，如果物体在下落过程中忽略空气阻力，物体的受力有什么特征。
学生以原有的力学基础可以很快答出：忽略空气阻力，则物体只受重力作用。
（2）自由落体运动
物体仅在重力作用下，从静止（即初速度为零）开始竖直下落的运动，叫做自由落体运动。
提高课堂教学的有效性, 一直是我们关注的问题, 新的课程理念倡导“以学生为本”, “物理课程必须倡导学习的自主性、探究性、合作性, 让学生主动参与学习, 体验感悟科学探究的过程和方法”。
本节课试图从已有的物理知识和生活中的物理现象出发, 通过比较、分析推理、归纳与综合等科学方法的渗透, 构建学生主动参与、积极探究的课堂氛围, 让学生在彰显科学方法中获取物理知识, 从而提升课堂教学的有效性。
二、教学过程
1. 导入新课。
在前面, 我们学习了匀变速直线的规律及其应用, 今天, 我们来研究一种特殊的直线运动——自由落体运动。
2. 新课教学。
(1) 不同物体从同一高度自由下落时运动情况的比较。
演习实验粉笔头和大小差不多的纸片从同一高度自由下落, 可观察到什么现象?
生:粉笔头下落得更快。
师:粉笔头和纸片相比, 哪个重?
生:粉笔头更重。
视频面积差不多的海绵和保龄球同时从8楼自由下落, 观察结果。
引导学生观察后, 老师总结:通过以上观察, 我们似乎可以得到这样一个结论:物体下落的快慢与它的重力有关, 重的物体下落得更快。2300多年前古希腊著名的学者亚里士多德通过对日常现象的观察就得出了这样的结论。这个观点是否正确呢?
(2) 对比实验。
(1) 牛顿管实验。
把铁片和纸片放在牛顿管中, 把牛顿管迅速由水平位置转到竖直位置, 观察现象。
生:铁片下落得更快。
用抽气机给牛顿管抽气后重复上述实验, 观察现象。
生:铁片和纸片几乎同时落到管底。
引导分析得出, 管内空气稀薄, 不同的物体在下落时几乎不受空气阻力, 因而下落快慢几乎相同。
(2) 体积相同的铁球和铝球从同一高处自由下落, 观察现象。
生:两球同时落地。
引导分析得出, 由于两球重力远大于空气阻力, 两球同时落地。
师:如果没有空气阻力, 不同物体从同一高度自由下落, 结果会怎样?
生:物体下落快慢应该完全相同, 同时落地。
师:早在17世纪, 意大利著名的物理学家伽俐略就指出:亚里士多德的观点是错误的。伽俐略不迷信权威, 坚持自己的观点:若没有空气阻力, 任何物体从同一高度自由下落的快慢程度是相同的。
由此可知: (1) 空气阻力是影响物体下落快慢的重要因素;
(2) 在没有空气阻力时, 从某地任何物体自由下落的运动情况都相同, 与物体所受重力的大小无关。
自由落体运动的定义:
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。
在空气阻力远小于物体的重力时, 可忽略空气阻力, 物体从静止开始下落可看做自由落体运动。
3. 自由落体运动的性质。
师:由实验可知, 自由落体运动是加速直线运动, 那么它是匀加速直线运动还是变加速直线运动呢?在伽俐略所处的时代, 由于科学技术不够发达, 伽俐略无法直接进行研究, 只能凭借自己超凡的数学能力推导出自由落体运动是匀加速直线运动, 而在今天我们可利用频闪照相的技术和打点计时器来进行研究。
多媒体展示频闪照片并作简要的介绍, 提问:我们该如何利用频闪照片来探究自由落体运动的性质呢?
组织学生讨论分析后得出:若小球在相同时间间隔内的位移差△s相等, 便是匀加速直线运动, 反之, 则为变加速直线运动。
师:若为匀加速直线运动的话, 能不能据此照片求出物体运动的加速度?
引导学生分析讨论得出:由。
4. 分组探究活动。
师:咱们学校有没有频闪照相机?
生:没有。
师:我们能不能利用实验室中现有的实验器材来研究自由落体运动呢?
引导学生讨论得出:打点计时器具有频闪照相相似的功能, 可用来研究自由落体运动。
分组探究:用打点计时器探究自由落体运动, 并求自由落体运动的加速度。
师:这个加速度为自由落体加速度, 也叫重力加速度, 用符号g表示。由于一切物体从同一高度自由下落时的运动情况都相同, 由可知, 在同一地方, 一切物体的重力加速度都相同。
由以上可知:自由落体运动是初速度为零, 加速度为g的匀加速直线运动。
重力加速度的特点:
让学生查看课本上重力加速度的表格后得出:同一地方的重力加速度相同, 不同的地方, 随纬度的增加, 重力加速度逐渐增大。
重力加速度的方向:竖直向下。
5. 自由落体运动的规律。
师:自由落体运动是初速度为零的匀变速直线运动, 那么你能推导出自由落体运动的规律吗?
(匀变速直线运动的特殊规律在此全部适用)
三、案例总结
1.教学目标
知识与技能 1.知道影响物体下落
快慢的因素，理解自由落体运动是在理想条件下的运动．
2.能用打点计时器得到相关的运动轨迹，并能自主分析纸带上记录的位移与时间等运动信息．
3.了解伽利略对自由落体运动的研究思路和方法． 过程与方法
1.通过对落体运动的实验探究，初步学习使用变量控制法． 2.经历伽利略对自由落体运动的研究方法，感悟科学探究的方法． 情感态度与价值观
1.渗透物理方法的教育，在研究物理规律的过程中抽象出一种物理模型——自由落体． 2.培养学生严谨的科学态度和实事求是的科学作风.2.教学重点/难点
教学重点
1.自由落体加速度的大小和方向
2.自由落体运动的规律，并运用规律解决实际问题 教学难点
1.自由落体运动的条件及规律
2.应用自由落体运动的规律解决实际问题
3.教学用具 4.标签
教学过程
一、自由落体运动 1.基本知识
(1)定义：物体只在重力作用下从静止开始下落的运动．(2)做自由落体运动的条件：①只受重力作用．②初速度等于零．(3)运动性质：自由落体运动是初速度为零的匀加速直线运动． 2．思考判断
(1)物体竖直向下的运动就是自由落体运动．(×)(2)物体仅在重力作用下的运动就是自由落体运动．(×)(3)物体由静止释放，当空气阻力很小，可忽略不计时可以看做自由落体运动．(√)探究交流
(1)一张纸片下落和该纸片揉成团下落快慢不同是什么原因造成的？(2)为什么在抽成真空的牛顿管中金属片和羽毛下落的快慢相同？
【提示】(1)纸片受到的空气阻力较大，而纸团受到的空气阻力较小，造成二者下落快慢不同．
(2)由于抽成真空的牛顿管对金属片和羽毛均没有空气阻力，它们只在重力作用下做自由落体运动.二、自由落体加速度及运动规律 1.基本知识
(1)定义：在同一地点，一切物体自由下落的加速度都相同，这个加速度叫做自由落体加速度，也叫做重力加速度，通常用g表示．
(2)方向：竖直向下．
(3)大小：在地球上不同的地方，g的大小是不同的，一般计算中，g取9.8_m/s2或g＝10_m/s2.(4)运动规律 ①自由落体运动实质上是初速度v0＝0，加速度a＝g的匀加速直线运动． ②基本公式位移速度关系式：v2＝2gh.(gt2.)2．思考判断
(1)自由落体运动加速度的大小与物体质量有关．(×)(2)重力加速度的方向竖直向下．(√)
(3)在地球上不同的地方，g的大小略有不同．(√)
三、伽利略对自由落体运动的研究 1.基本知识(1)问题发现
亚里士多德观点：重物下落得快，轻物下落得慢．
矛盾：把重物和轻物捆在一起下落，会得出两种矛盾的结论． 伽利略观点：重物与轻物下落得一样快．(2)猜想与假说
伽利略猜想落体运动应该是一种最简单的加速运动，并指出这种运动的速度应该是均匀变化的假说．
(3)理想斜面实验
①如果速度随时间的变化是均匀的，初速度为零的匀变速直线运动的位移x与运动所用的时间t的平方成正比，即x∝t2.②让小球从斜面上的不同位置由静止滚下，测出小球从不同起点滚动的位移x和所用的时间t.③斜面倾角一定时，判断x∝t2是否成立． ④改变小球的质量，判断x∝t2是否成立． ⑤将斜面倾角外推到θ＝90°时的情况——小球自由下落，认为小球仍会做匀加速运动，从而得到了落体运动的规律．
(4)伽利略研究自然规律的科学方法：把实验和逻辑推理(包括数学推演)和谐地结合起来．他给出了科学研究过程的基本要素：对现象的一般观察→提出假设→运用逻辑得出推论→通过实验对推论进行检验→对假说进行修正和推广．
2．思考判断
(1)亚里士多德的观点是：重物、轻物下落得一样快．(×)(2)伽利略通过实验证明了，只要斜面的倾角一定，小球自由滚下的加速度是相同的．(√)
(3)伽利略科学思想方法的核心是做实验．(×)探究交流
在研究自由落体运动时，伽利略进行了猜想，亚里士多德进行了猜测，两种研究方法有何不同？
【提示】 伽利略的科学猜想是根据所观察、发现的事实，把客观事实与原有的知识结合起来，科学猜想不能直接当做结论使用，只有经过实验验证，才能作为结论使用.四、自由落体运动及自由落体加速度 【问题导思】
1．物体在重力作用下的下落都是自由落体运动吗？ 2．实际中，物体下落的运动是自由落体运动吗？
3．同一物体在不同地点做自由落体运动时，其加速度是否相同？ 1．物体做自由落体运动的条件
(1)初速度为零；(2)除重力之外不受其他力的作用． 2．自由落体运动是一种理想化模型 这种模型忽略了次要因素——空气阻力，突出了主要因素——重力．在实际中，物体下落时由于受空气阻力的作用，并不做自由落体运动，只有当空气阻力远小于重力时，物体由静止的下落才可看做自由落体运动，如在空气中自由下落的石块可看做自由落体运动，空气中羽毛的下落不能看做自由落体运动．
3．自由落体加速度的大小
(1)产生原因：由于处在地球上的物体受到重力作用而产生的，因此也称为重力加速度．(2)大小：与所处地球上的位置及距地面的高度有关．
①在地球表面会随纬度的增加而增大，在赤道处最小，在两极最大，但差别很小． ②在地面上的同一地点，随高度的增加而减小，但在一定的高度范围内，可认为重力加速度的大小不变．通常情况下取g＝9.8 m/s2或g＝10 m/s2.1．自由落体运动是匀变速直线运动的特例．
2.物体不仅在地球上做自由落体运动，在其他星球上也可以做自由落体运动，只不过同一物体在不同星球上所受重力不同，重力加速度不同．
3.g的方向，不是垂直向下，也不一定指向地心． 例：下列关于自由落体运动的说法正确的是（）A．物体从静止开始下落的运动叫自由落体运动
B．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 C．从静止开始下落的小钢球，因受空气阻力作用，不能看成自由落体运动 D．从静止开始下落的小钢球，所受空气阻力对其运动的影响很小，可以忽略，可以看成自由落体运动
【审题指导】 解答关于自由落体运动的问题时，必须抓住自由落体运动的两个条件，一是初速度v0＝0，二是仅受重力作用．
【答案】 BD
对自由落体运动条件不清，往往误认为物体仅在重力作用下的运动就看做是自由落体运动或者是误认为只要物体从静止下落，物体就做自由落体运动，从而误选A.五、自由落体运动的规律及应用 【问题导思】
1．自由落体运动是特殊的匀变速直线运动吗？
2．匀变速直线运动的基本规律对于自由落体运动是否适用？ 3．匀变速直线运动的推论对于自由落体运动是否适用？
1．基本规律
3.关于自由落体运动的几个比例关系式
(1)第1s末，第2s末，第3s末，…，第ns末速度之比为v1∶v2∶v3∶…∶vn＝1∶2∶3∶…∶n；(2)前1s内，前2s内，前3s内，…，前ns内的位移之比为h1∶h2∶h3∶…∶hn＝1∶4∶9∶…∶n2；
(3)连续相等时间内的位移之比为hⅠ∶hⅡ∶hⅢ∶…∶hn＝1∶3∶5∶…∶(2n－1)；(4)连续相等位移上所用时间之比为t1∶t2∶t3∶…∶tn＝1∶(－1)∶(－)∶…∶(－)；(5)连续相等时间内的位移之差是一个常数Δh＝gT2(T为时间间隔)．
例：如图所示，直棒AB长5 m，上端为A，下端为B，在B的正下方10 m处有一长度为5 m、内径比直棒大得多的固定空心竖直管．手持直棒由静止释放，让棒做自由落体运动(不计空气阻力，重力加速度取g＝10 m/s2)．求：
(1)直棒从开始下落至上端A离开空心管所用的时间；(2)直棒上端A离开空心管时的速度；
(3)直棒在空心管中运动的时间(结果可用根式表示)． 【审题指导】 解答该题应注意：
(1)直棒从开始下落至A端离开空心管的过程中，A端下落的高度是多少．(2)直棒在空心管中运动的时间对应运动的哪个过程． 【答案】(1)2 s(2)20 m/s(3)(2－)s
杆有长度，不易分析其运动情境，解题时，我们可以找杆上某一点(如A点)为研究对象，它的运动即代表整个杆的运动．杆通过筒的时间也可认为是B点从刚进入空心筒处运动(l＋)这段距离的时间．
六、竖直上抛的研究方法
例：某物体以30 m/s的初速度竖直上抛，不计空气阻力，取g＝10 m/s2，5 s内物体的（）A．路程为65 m B．位移大小为25 m，方向向上 C．速度改变量的大小为10 m/s D．平均速度大小为13 m/s，方向向上
【答案】 AB
1．定义：将一个物体以某一初速度v0竖直向上抛出，抛出的物体只受重力作用，这个物体的运动就是竖直上抛运动．
2．运动性质：初速度为v0，加速度为－g的匀变速直线运动(通常取初速度v0的方向为正方向)．
3．基本规律
(1)速度公式：v＝v0－gt.(2)位移公式：x＝v0t－2(1)gt2.(3)位移和速度的关系式：v2－v0(2)＝－2gx.(4)上升到最高点(即v＝0时)所需的时间t＝g(v0)，上升的最大高度xmax＝0().4．研究方法
(1)分段法：上升过程是加速度a＝－g，末速度v＝0的匀减速直线运动，下降过程是自由落体运动，且上升阶段和下降阶段具有对称性．
(2)整体法：将全过程看成是初速度为v0、加速度为－g的匀变速直线运动，把匀变速直线运动的基本规律直接应用于全过程，但必须注意相关量的矢量性．习惯上取抛出点为坐标原点，v0的方向为正方向．此方法中物理量正负号的意义：
(1)v>0时，物体正在上升，v<0时，物体正在下降；
(2)h>0时，物体在抛出点的上方，h<0时，物体在抛出点的下方．
课堂小结
板书
§2.5利略对自由落体运动的研究
一、绵延两千年的错误 二，逻辑的力量 三．猜想与假说 四．实验验证 五．伽利略的科学方法
凤霞中学 覃毅锋
一、教学目标 知识与技能
1．了解关于自由落体运动探究过程的史实。
2．理解物体下落过程中空气阻力对物体运动的影响。3．理解自由落体运动的性质和物体做自由落体运动的条件。4．初步了解探索自然规律的科学方法。培养学生的观察、概况能力。过程与方法
1.让学生通过对玻璃筒内金属片、羽毛等下落的实验及其它演示实验的观察、分析、思考、2.学会归纳和总结问题的方法，培养学生的观察能力、推理能力、掌握科学研究的方法。情感态度与价值观
通过对落体问题的研究，体会对问题的研究要善于抓住事物主要矛盾，透过现象看事物本质。
二、重点难点
重点：探究自由落体运动的过程及自由落体运动的概念。难点：物体下落快慢与物体质量无关。
三、教具学具准备
铁架台、打点计时器、刻度尺、重锤。
四、教学教程 1.课程引入
师：同学们，秋天是个美丽的季节，我们可以看到落叶飘零，熟透的苹果会从树上掉落下来，或者滴落的雨水，那么这几种运动有什么共同点呢？ 生：从高的地方落到低的地方，从静止开始。
师：没错，像落叶那样由静止开始从高处落到地处的运动就叫做落体运动。（板书：落体运动）你们还见过有哪些落体运动呀？ 生：雪花飘落，雨滴下落，跳伞…… 2.进入新课（1）提出问题
①现实生活当中是果实掉落的快还是树叶掉落得快？
②现实生活当中是重的物体掉落的快还是轻的物体掉落得快？ 生：果实下落更快，重的物体下落更快（2）实验验证 师：关于落体运动规律的猜想，早在2000多年前，古希腊著名学者亚里士多德就提出自己的观点。亚里士多德认为重的物体下落得快。（板书：亚氏：物体越重，下落越快）这符合我们生活中的现象吗？ 生：符合。
师：那这个结论是正确的吗？我们用一个小实验来验证一下。[实验Ⅰ]：硬币和展开的纸片同时从同一高度由静止开始下落。[实验Ⅱ]：纸团和展开的纸片同时从同一高度由静止开始下落。[实验Ⅲ]：硬币和贴纸的硬币同时从同一高度由静止开始下落。视频演示实验，引导学生观察并得出相应结论。结论：
[实验Ⅰ]：越重的物体落得越快。
[实验Ⅱ]：一样重的物体，下落情况不一样。[实验Ⅲ]：质量不同的物体，下落一样快。
师：从上述实验，我们得出亚氏的理论是错误的。物体的下落情况与它本身的质量是无关的。其实刚才我们做的实验早在几百年前就有人做过，同学们知道是谁吗？他做了一个什么实验呢？ 生：伽利略，做了比萨斜塔铁球实验。
师：没错，意大利著名的物理学家、天文学家伽利略通过比萨斜塔实验推翻了亚里士多德的观点。用实验来研究科学就是他首创的，为以后的科学发展作出极大贡献。那下面我们来简单了解一下伽利略的铁球实验。①实验里的两个铁球，A球质量大于B球质量，根据亚氏理论，B球速度应该小于A球速度。
②用铁条将 A球与B 球连接，整体比原两球都要重，那么整体的下落速度会比原A球更快。
③但是，如用铁条将 A球与B 球连接，速度小的 B球就会牵制速度大的 A球，从而使整体的下落速度会比原A球更慢。
同一假设条件，通过合理推论，得出两个相互矛盾的结论。—— 推谬法（3）牛顿管实验
师：理论推导和实验都说明不是越重的物体落得越快！但现实生活中我们可以看到果实的确比树叶下落得快！怎么解释呢？是不是有什么关键的因素我们没有考虑到呢？同学们觉得这个关键因素可能是什么呢？ 生：可能是空气阻力对运动造成影响。
师：那到底空气阻力是不是整个事件的原因呢？我们再通过一个实验来验证一下。大家看到的视频里的这个就是牛顿管，玻璃管的一端装有阀门，里面有两个小物体，一个金属片和一片羽毛哪个比较重？（金属片）现在牛顿管里面是充满空气的，看看哪个下落得快？（金属片下落更快），现在把里面的空气抽掉，形成一个真空状态，大家觉得下落情况又是怎样呢？一起来观察一下。（同时落地）
师：下面我们来讨论一下，这两次实验有什么相同有什么不同的地方呢？ 生：两次实验下落的物体都是金属片和羽毛，但一次是有空气的状态下，另一次是真空状态。
师：物体在有空气的状态下和真空状态下下降，有什么区别？ 生：空气状态下物体受到空气阻力，真空状态下没有。
师：所以我们可以知道，现实生活当中，苹果比树叶下落更快等类似现象的原因是：空气阻力。就是说：如果没有空气阻力，同一高度静止 下落的一切物体，其下落情况都是一样的。消除了空气阻力，物体就只受重力，而且是从静止开始下落，这样的运动就叫做自由落体运动。它有哪两个条件？（板书：自由落体条件：①只受重力作用②从静止开始下落，即:初速度等于0）
演示：手中自由释放粉笔、下抛、上抛、斜抛、平抛粉笔，让学生判断哪个是自由落体运动，强调自由落体运动的条件。（4）课堂练习
1.下列运动中不能看成自由落体运动的是（）A.从树上静止掉落的苹果的运动 B.小铁球从静止开始下落的运动 C.从静止开始下落的纸片的运动 D.从二楼静止释放的木箱的运动 答案：C 师：在地面上不受空气阻力作用的运动物体是不存在的。
但在物体自由下落过程中，若空气阻力远小于重力，则空气阻力可以忽略不计。（注意：是忽略而不是不受）
一张纸所受的空气阻力相对于纸的重力是不能忽略的,所以,纸张的下落不能看做自由落体运动。
2.一枚铁钉与一个小棉花团同时从同一高处下落，总是铁定先落地，这是因为()A．铁定比棉花团重 B．棉花团受到空气阻力的影响大 C．铁定比棉花团密度大 D．棉花团的体积大 答案：B 3.甲、乙两物体的质量之比为1：4，不考虑空气的阻力作用，它们在同一高度处同时下落，则下面说法正确的是()A.甲比乙先着地 B．乙比甲先着地 C.甲和乙同时落地 D．不能确定谁先着地 答案：C 4.(双项)A同学摇动苹果树，从同一高度一个苹果和一片树叶同时从静止直接落向地面，苹果先着地，下面说法中正确的是()A.苹果和树叶做的都是自由落体运动
B.苹果和树叶的运动都不能看成自由落体运动
C.苹果的运动可看成自由落体运动，树叶的运动不能看成自由落体运动 D.假如地球上没有空气，则苹果和树叶会同时落地 答案：CD（5）研究自由落体运动
师：对于自由落体运动，我们有哪些方法来获得（测量到）它的运动信息？
生：利用打点计时器纸带法。
师：下面我请两位同学上来协助我完成这一个实验。
完成实验，得到一段纸带，让协助的同学观察并告诉同学们纸带上的点的情况。
师：自由落体运动的轨迹是怎样的? 生：自由落体运动的轨迹是一条直线，速度方向不变 师：重物做自由落体运动的过程中，其速度有没有发生变化? 生：连续相同时间内的位移越来越大，说明速度越来越大，即速度大小改变，具有加速度；
师：那速度到底是怎样变化，而加速度又到底是多少呢？我们下节课再来讨论。
五、板书设计
一、落体运动
亚里斯多德：物体越重，下落越快。伽利略：下落运动情况与质量无关。
一、有氧搏击操教法、学法及反思
在新课标的体育与健康课中激发学生体育活动兴趣, 培养学生终身体育意识;以学生发展为中心, 重视学生的主体地位, 这一点在有氧搏击操的教学中, 起到了非常重要的作用, 使学生能更好地学习和掌握有氧搏击操运动。
1. 有氧搏击操的起源及运动特点
运用多媒体教学, 让学生全方面地了解搏击操的起源, 以讨论的形式具体研究运动的特点, 上网采集一些有氧搏击操的视频, 从而在集体训练的过程中能更好地接受动作要领, 体验有氧搏击操的运动乐趣。在传统的教学课中, 很少运用多媒体来让学生掌握理论知识, 一般都是以板书的形式进行教学, 这样比起新课改后的教学就显得无趣和枯燥乏味了。
反思:在授课的过程中, 学生因为从没有了解过有氧搏击操, 显得有些茫然, 不知道从哪里开始学起, 教师在教学过程中要向学生讲清楚有氧搏击操的运动特点。在集体练习中, 有些学生动作不是很规范, 在今后的教学中应添加一些有助于提高学生的灵活性的游戏。
2. 基本脚步和手形的练习
教师在课上进行示范动作, 让学生观摩, 给学生一定的时间自己进行训练, 提高学生自主学习的能力, 然后教师和学生合作, 一起探究基本脚步和手形的简单组合, 让学生体验探究学习的快乐。传统授课时, 往往是学生跟着教师在后面模仿, 学生没有自主性、主动性, 新课改让教师体会到了“以学生发展为中心, 重视学生的主体地位”的理念。
反思:在授课的过程中, 学生在手脚并用的时候, 不是很协调, 在训练的过程中花费了很多时间在调整身体的协调性上, 所以在以后的授课中, 专门用一节课的时间来教授学生如何运用各种方法提高自身协调性的训练。
3. 组合套路的练习
在复习基本脚步和手形的基础上进行针对性的组合套路练习, 动作改变次数加多, 手脚并用及对音乐的融合程度, 对学生是一种挑战, 这样才能使他们充满兴趣, 从而“爱运动”。以小组的形式进行练习, 由组长带领, 教师在各组中进行培训, 打破传统的教学模式。
反思:学生在刚接触组合套路的练习过程中, 有一小部分学生对音乐和动作的融合性不好, 也就是所谓的不合拍, 这样一来, 教学效果大大减半, 针对这个问题, 教师要通过多媒体让学生多听音乐, 边听边数拍节, 多看视频, 边看边模仿, 达到预期的教学目的。
二、健康街舞的教法、学法及反思
在“健康第一”的指导思想下, 促进学生身体健康、心理健康和社会适应。是新课标的学校体育目标, 作为一名能让学生接受新知识的体育教师, 就要遵循这一目标, 来体现自身存在的价值。健康街舞是一门新兴的体育运动项目, 深受学生的喜爱。
在健康街舞基本动作教学中, 着重练习的是学生上肢和下肢的配合, 以及脚下弹动的掌控能力, 学生在练习的过程中“动并快乐着”, 达到了“健康第一”的教学目标。
反思:在授课的过程中, 要注重增强学生的自信心, 提高人际交往能力。这样才能使学生在上课的过程中找到快乐。培养学生的合作意识方面要加以强调。
三、有氧健身操的教法、学法及反思
新课程基本理念中提出:“激发学生体育活动兴趣, 培养学生终身体育意识”。有氧健身操以它特有的“有氧运动”的特点, 能使学生在学习和锻炼的过程中, 达到运动目的, 从而培养学生终身体育的意识。
1.有氧健身操的起源及运动特点
运用多媒体、健身操视频向学生介绍有氧健身操的起源及运动特点, 让学生了解健身操活动时间长、强度适中、能有效地控制体重、提高练习者各种身体素质, 使学生树立正确的健美观念, 形成优美的体态等。
反思:在课上要强调增强学生的自我体育意识, 养成锻炼身体的好习惯, 使其终身受益。
2.基本脚步和手形
教师进行示范, 让学生直观地了解有氧健身操的手脚并用的简单组合, 把班级分成几个小组, 让学生在小组里体验完成动作的喜悦, 然后进行“最具人气小组”评选。
反思:对协调性差的学生进行“一对一”教学, 使他们在最短的时间内, 接受最多的动作, 这样能大大提高有氧健身操的教学效果, 使其终身受益。
3.组合套路的练习
教师运用各种手势指导学生完成组合套路的练习。其特点是直观、简单, 有利于学生连贯完成动作。手势提示法主要运用于成套操和一段操的复习及巩固阶段。这样学生在组合套路练习的时候, 如果忘记动作可以通过教师的手势进行回忆。
反思:运用手势提示法应注意手势的运用果断, 有明确的目的性, 要注意时机和效果。掌握学生完成动作的情况, 在易出现问题的地方, 提前向学生发出准确信号, 以引起学生注意, 这样教学效果会事半功倍。
四、在健美操教学中教师的评价很重要
1. 运动参与方面
由于学生身体素质有强有弱, 导致学生在参与运动的过程中有优秀、良好、及格、需努力四种等级, 在评价时应按照学生的自身素质来衡量, 例如:有一名学生身体素质差, 但是能主动地锻炼和学习, 这样的学生一定要给予鼓励、激励他们运动参与的兴趣, 使这名学生能有锻炼的积极性和主动性, 提高自身的身体素质, 达到全员动起来的目的。
2. 基本动作方面
完成动作准确、规范、到位、有力度、姿态优美, 富有表现力的学生, 教师在评价时为优秀, 这样的学生应加以培训, 选为班级的健美操“骨干”。
3. 成套动作完成方面
动作熟练、流畅、与音乐节奏一致, 富有表现力的学生是健美操教学模块中不可多得的人才, 应重点培养, 让健美操成为学生的“一技之长”。
4. 情感体验方面
积极主动地复习、学习课上的动作, 不管运动水平如何都能愉快自信, 顽强锻炼的学生, 教师在评价时给优秀。
5. 合作精神方面
小组成套动作展示过程中, 能友好、合群, 动作一致的成员视为优秀。
五、结束语
新课程基本理念促使体育与健康课程的教学理念更为完善, 强调“以增强学生体质为主”, 又必须在“健康第一”的指导思想下, 促进学生身体健康、心理健康和社会适应能力。在新课程改革的指引下, 在健美操运动的教学中, 遵循“健康第一”的指导思想, 激发学生体育活动兴趣, 培养学生终身体育意识。合理运用讲解、示范以及通过音乐节拍, 使学生更好地理解和完成动作。在教学过程中给学生提供大量的时间和空间, 让学生通过自主学习、探究学习来体验、理解、掌握和编排健美操的动作, 使学生体验学习的乐趣、增强学习的信心, 让高中健美操课在运动界光彩照人、散发它的“光”和“热”。
参考文献
节课的学习过程中，总体上看学生的兴趣还是比较的好的，但是有个别的学生没有达到我理想相要的效果。我想引导学生的兴趣上，组织学生进行探讨上，还是需要进一步的努力。
节课上，学生表现比较的积极。在一班上的时候，学生表现还是比较积极的，但是存在积极的学生的面不够广。比如学生回答问题，总是在积极的回答问题，没有回答问题的总是在消极的回避。我想究其原因是一是没有理解，二是不愿回答，三是没有没有兴趣。因此在以后的学习活动中，我要使学生真正的去理解，组织学生积极的进行体验相关的体验活动。并且设计活动的要求一定卡死，使学生真正的去思考，去体验，而不是在玩。对于不愿意回答问题的同学，我想需要积极的给予刺激，给予他们发挥的空间，增强他们的信心和表现欲。对于没有没有兴趣的同学，需要给予他们好的体验活动，是他们能够积极的参与进去。
就是在上课的过程中，给予学生的思考时间，供他们进行思考是非常重要的。我想这个在教学中应该更加重视。
自由落体运动--教育教学能力测评教案（下）
（接上一篇博文） 六、教学过程 （一）引入新课 1. 常见现象讨论： 常见的落体运动：苹果落地，雨滴下落，树叶落下等。 提问：这些物体的下落快慢是否一样呢？轻重不同的物体下降快慢是否有区别？ 实验演示：a.在同一高度释放面积相等的一片金属片和一片纸片，观察下降快慢。 表面现象及结论：金属片比纸片下降快；“物体越重，下落得越快”。 (1)亚里斯多德的认识 (2)伽利略的贡献(1638年) 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。 实验演示：b.把纸片团成一个小纸团，再和金属片同高度释放，观察下降快慢。 讨论：出现a和b两个演示实验现象的影响因素及原因。 2. 牛顿管演示实验： 实验演示：用牛顿管演示有空气、真空时，金属片和小羽毛落到底端的时间差异。 a.未抽气时：轻的物体比重的物体下落的慢; b.抽出部分空气时：轻的物体下落速度加快，但仍比重的物体下落的慢; c.抽成真空时：轻重不同的物体下落速度相同。 结论：在真空中，物体下落的快慢不由物体的质量决定； 提问：为什么有的下落的快,有的下落的慢呢? 总结：在空气中物体下落得快慢要受到空气阻力的影响。空气阻力越小，物体下落的快慢就越接近。 知识拓展：1971年，阿波罗飞船登上无大气的月球后，宇航员特地做了使羽毛和重锤从同一高度同时释放的实验，无数观众从荧屏上看到，它们并排下落,同时落到月球表面。 结论：没有空气的条件下,轻重物体下落的一样快，与物体质量无关。 （二）讲解新课 1. 自由落体运动 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。 （1）自由落体运动的两个条件：a、物体只受重力作用； b、物体由静止开始下落。 （2）如果空气阻力的影响很小，物体的下落也可以近似看做自由落体运动。如：钢球的下落，石头的下落等（理想模型）。 2. 探究自由落体运动的性质。 （1）从P37的图2-25小球的频闪照片可以看出，在相等的时间间隔里，小球的位移越来越大，表明小球的速度越来越大，即小球在做加速运动。 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。 伽利略研究物体下落的运动以后指出： 自由落体运动是初速度为零的匀加速直线运动。 （2）演示实验：将打点计时器呈竖直方向固定在铁架台上，让纸带穿过计时器，纸带下方固定在重锤上，先用夹子夹住纸带上方，使重物静止在靠近计时器的下方，然后接通电源，待打点稳定后再松开纸带，让重物自由下落，计时器就在纸带上打出一系列小点，那么这些点记录了重物的运动情况。 分组完成测量工作，然后据测量结果得出结论： s1=？ s2=？ s3=？ s4=？ s2-s1=？ s3-s2=？ s4-s3=？ 误差允许的范围内s2-s1=s3-s2=s4-s3=Δs=？ 发现：Δs=常数=aT2，求出加速度a=？ 因为物体只受重力，据有：a=g 结论：自由落体运动是初速度为零的匀加速直线运动。 3.自由落体加速度 在同一地点，同一高度，同时释放轻重不同的物体，下落的时间相同，说明下落的加速度相同，这个加速度叫自由落体加速度，也叫重力加速度，用“g”表示。 阅读分析教材P37表格内容 （1） 同一地区，不同物体的重力加速度相同。 （2） 不同地区（纬度不同）物体的重力加速度略有不同。从中表中可知： a.同一纬度地区重力加速度相同。 b.纬度越高重力加速度越大。 c.通常计算中，重力加速度取g=9.8m/s2,方向竖直向下， 粗略计算中取10m/s2。 （三）自由落体运动总结（板书设计） 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。 2. 条件：a、物体只受重力作用 b、从静止开始下落 3. 运动性质：它是一种初速度为零的匀速直线运动。 4. 运动规律：Vt =gt S =gt2 Vt2=2gs （四）课堂练习1.甲物体的质量是乙物体的质量的3倍，它们从同一点由静止开始下落，则下列说法正确的是：（ ）（难点强化） a、甲比乙先着地b、甲比乙加速度大 c、甲与乙着地的速度相同d、下落过程中，两者在任意时刻离地的高度相同 2.一个物体从20m高的桥上自由下落，求落到水面的时间和速度。 （规律巩固） 3.想测出一幢楼的高度，用所学过的知识设计测量方案。（应用能力强化） 4.测定自己的反应时间（课本P38页“测定反应时间”） （兴趣培养、知识巩固） （五）布置作业 课本P38，（1）,（2），（3），（4），共4题。
并联机构是动平台和定平台通过至少两个独立的运动链相连接的具有两个或两个以上自由度,且以并联方式驱动的一种闭环机构。并联机构由于具有累积误差小、运动惯量低、负载能力强、刚度较大等特点,已成为一种潜在的高速度、高精度运动机构[1]。
反解法是一种已知机构工作部分的运动情况而逆向推导主动件运动情况的研究方法,并联机构的结构特性决定了其位置分析时正解法比较复杂而反解法比较简单。本文首先运用反解法建立并联机构运动学和动力学分析数学模型,在此基础上,运用MATLAB进行运动学和动力学仿真,从而获得机构的运动曲线图及运动副反力曲线图;然后将经由傅里叶级数拟合出的MATLAB计算结果的数据方程代入到ADAMS建立的模型中进行控制仿真,并验证MATLBA的计算结果。
1 运动学分析
1.1 运动学数学模型的建立
这里拟讨论的并联机构如图1所示。
以三根连架杆作为原动件,中间三角板作为动平台,设原动件杆长皆为r1,连杆杆长皆为r2,定平台边长为a,动平台边长为h。
运用反解法,设动平台的中点坐标(x,y)以及姿态角φ皆为已知,根据已知条件,可以知道Bi和Di的坐标分别为:
由杆长条件[2]可得如下方程:
由式(1),可得它们的通式:
式中ei1、ei2、ei3是关于x、y、φ的关系式。
由式(2)可得角位移θi为:
对式(2)求一阶导数可得:
其中Pii、Qi1、Qi2、Qi3是x、y、φ的函数式,θi∙是θi对应的角速度。
对(4)求导,可以得到:
其中∙是θi对应的角加速度。
然后利用反解法,由路径A1D1B1可以得出方程:
由于θ1已知,根据式(6)可得θ11、θ∙11、∙θ∙11。
同理,由路径A2D2B2、A3D3B3能够分别得出连杆4、6的角位移、角速度和角加速度。
1.2 MATLAB的运动学辅助分析
假定将本机构应用于生产流水线上半成品的搬运,那么对机构自由度就要有一定的要求,除了可以在一定范围内自由移动,可能还需要动平台本身的自转来调整位姿。为方便分析,机构各个杆件的尺寸假定为:r1=r2=400mm,a=900mm,h=80mm[2]。现需要将物品沿ϕ100mm圆弧路径从一条传送带搬运到令一条传送带,过程中自身旋转20°以便与传送带接头,抽象成数学模型就是动平台在坐标平面内以点(450mm,210mm)为圆心,以50mm为半径做圆周运动,同时B2点还需要围绕B1点旋转20∘转角,那么动平台中心点坐标即为:
运用MATLAB编程计算上述并联机构运动学分析数学模型,并将结果以图线形式输出,得到图2。
2 动力学分析
2.1 动力学数学模型的建立
根据运动分析中所求得的加速度,可确定出各个杆件所受的惯性力及惯性力矩。设Mi是三个原动件所提供的驱动力矩,mi为第i个构件的质量,Ji为第i个构件绕其质心Si的转动惯量,aix、aiy分别为作用在第i个构件上X、Y方向的加速度,Fix、Fiy分别为作用在第i个构件上X、Y方向的惯性力,Mfi为第i个构件上的惯性力矩,那么则有:
现对并联机构各个杆件列出其力平衡方程式[3],可得:
杆件1:
杆件2:
杆件3:
杆件4:
杆件5:
杆件6:
杆件7:
上述平衡方程式可写成矩阵形式为:
式(16)中B为未知力及力矩矩阵,C为已知力及力矩矩阵,D为系数矩阵。
2.2 MATLAB辅助动力学分析
将动力学分析的数学模型编程输入MAT-LAB,然后利用ADAMS/View中Modify—Geometry and Material Type—Steel计算出各个杆件质量和转动惯量,将数值代入MATLAB。为方便计算,假设在运输过程中,存在着大小为50N的阻力,那么在MATLAB中就需要在动平台中点加载水平方向大小为f3x=50 cos t(N),竖直方向大小为f3y=50 sin t(N)的阻力,计算并输出如图3所示。
3 ADAMS/View建模仿真
3.1 仿真模型的建立
新建ADAMS文件,单位选定“MMKS”,利用ADAMS/View主工具栏中的几何模型工具包按照既定数据构建刚性构件,并在通过约束工具包在各个铰接点添加转动副约束。利用载荷工具包里面的多分量力在动平台中点添加工作阻力,再通过Modify更改阻力函数,令XForce=50 cos(2πtime/360),YForce=50 sin(2πtime/360),ZForce=0;再利用驱动工具包里面的多分量运动在B1和B2点X、Y方向分别施加:disp(time)=-50 sin(2πtime/360)和disp(time)=50 cos(2πtime/360)-50的运动驱动,至此完成建模,效果如图4所示。
3.2 仿真结果的输出
点击主工具包的仿真按钮,设定仿真时间360s,步长为1,开始仿真。仿真完成后,利用Build→Measure→Point to point→New功能建立路径,测量机构构件相对Marker点的运动情况,得出角位移曲线[4]。在后处理界面选择Source(Objects)—Filter(Body)—Object(对象)—Characteristic(CM Angular Velocity)—Component(z),系统自动绘出所选对象的角速度图线,在Characteristic点选CM Angular Acceleration,可以绘出所选对象的角加速度图线,结果如图5所示。与MATLAB的计算对比,结果吻合,证明建立数学分析模型的正确性。
然后将B1、B2点的运动驱动撤销,在主动件与机架的铰接点添加旋转驱动,通过Modify选项修改驱动函数,将MATLAB计算的角位移数值拟合成的数据方程代入(拟合方法在下文给出),得其驱动力矩线图如图6所示。与MATLAB计算对比,结果吻合,证明其所建立的数学分析模型的正确性。
4 控制的初设计
在本文中,通过ADAMS/View的仿真,验证了MATLAB所编程序的正确性,那么只要将MAT-LAB程序代码稍作修改,即可移植到运用C语言的控制系统中去,其设计流程图如图7所示。机构控制系统可以通过电机控制主动件的转角来使工作台达到期望的位姿。
4.1 角位移曲线方程的生成
在ADAMS/View中添加旋转驱动需要机构的角位移函数方程,这里拟用傅里叶级数来拟合MATLAB计算出的角位移数据。
MATLAB的曲线拟合工具为拟合工作提供了便利。启动MATLAB,执行一次编写的函数生成所需数据。在Command Window里输入“cftool”命令调用图线拟合工具,打开Data对话框,x轴引用已存储的时间数据,y轴引用角位移数据,然后点选Create a DataSet,系统回到拟合工具初始对话框,点选Fitting项,选择拟合对象和拟合方法之后Apply,系统会自动生成拟合图线并将拟合出的方程输出。
4.2 仿真结果
为ADAMS建立的模型的主动件添加旋转驱动,在旋转驱动的Modify对话框中输入生成的拟合方程,点击仿真按钮,仿真时间设定为360s,步长设定为1,点击开始,完成仿真。然后利用后处理模块来测量验证仿真结果。运用Build→Measure→Point to point→New功能测量出动平台中心点与和它对应的地面上的点的X、Y方向的相对位移,然后在后处理界面的右下角,点选Independent Axis项目下的Data选项,在弹出的对话框中将坐标轴横轴数据修改为动平台中心点相对位移的X方向数据,纵轴选择相对位移的Y方向数据,即可绘出动平台中点轨迹,如图8所示。测量∠B1A1A2和∠B2B1A1,通过角度关系可以求得B2相对B1的转角线图如图9所示。轨迹证明将MATLAB计算的数据应用到控制系统中,可以得到期望的动平台位姿。
5 结论
本文运用MATLAB/ADAMS软件对一平面三自由度并联机构进行了运动学及动力学分析以及控制的初步设计模拟,展示了并联机构从数学模型分析到软件建模模拟的一般过程,不仅为利用计算机软件进行机构分析及仿真提供了实例参考,而且可为机构进一步的优化设计以及控制系统的开发提供帮助。这里利用MATLAB拟合曲线函数方程,再插入到模型中进行仿真的方法也值得借鉴。
摘要：运用MATLAB软件对一种平面三自由度并联机构进行了运动学和动力学分析,并以图线形式展示了机构的运动规律和受力情况;然后通过在ADAMS中建模仿真,验证了MATLAB的计算结果,并将MATLBA计算所得数据拟合成运动方程代入AD AMS中模拟并联机构的控制。二者的分析结果为后续本机构控制系统的开发奠定了基础。
关键词：平面三自由度并联机构,MATLAB/ADAMS,运动学分析,动力学分析,建模仿真,控制设计
参考文献
[1]丛爽,尚伟伟.并联机器人—建模、控制优化与应用[M].北京:电子工业出版社,2010.
[2]张学涛.平面3-RRR柔性并联机器人实验系统的开发及实验研究[D].北京:北京工业大学,2008.
[3]李滨城,徐超.机械原理MATLAB辅助分析[M].北京:化学工业出版社,2010.
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