自由落体运动实验(自由落体运动的原理)
1、实验目的：让学生理解自由落体运动的原理，在实验中培养学生的观察能力和分析问题、解决问题的能力。
2、实验器材：尺子、鸡蛋一个、小瓶、塑料绳4条。
3、实验过程：把鸡蛋放在小瓶里扦插，观察鸡蛋落下的位置，用尺子测量鸡蛋掉下时的距离，用小瓶子测量小瓶里鸡蛋所受的重力，用塑料绳测量小瓶里的鸡蛋受到的拉力。通过观察和记录，学生能比较清楚地看到：当小瓶子和鸡蛋都向下运动时，它们下落的速度和时间都是一样的。并且在相同条件下，小瓶中有水时和没有水时，小瓶中鸡蛋受到的浮力大小不一样。在相同条件下，小瓶中有水比没有水时要重得多。在实验过程中还可引导学生进行实验误差分析和数据处理，培养学生的数据处理能力。
一、实验目的
1、认识自由落体运动的原理，理解这一现象产生的原因。
2、通过实验让学生发现：当小球从高处落到相同高度时，受到的重力相同，但受到的力不一定相等，即质量不一定相等。这个发现有助于学生理解“物体落地速度与下落时间成正比”这个结论。
3、通过实验，让学生比较不同条件下物体下落的时间是否相同，探究物体下落速度与所受重力、质量和高度的关系。
4、通过实验培养学生分析问题、解决问题的能力，如：用小瓶和塑料绳分别做“自由落体运动”和“匀速直线运动”时，鸡蛋受不同条件下的力时是否相同；当小球从高处落下时，有水或无水分别对小球有怎样的作用等。
5、通过实验了解物体下落时，不同状态下质量对速度大小影响的情况；物体在什么情况下受到的合力最大？两个物体同时向下运动时，哪个先着地？
6、实验*现误差要学会分析和处理。
二、实验原理
1、物体运动需要一定的条件，即物体要保持平衡状态。要保持平衡，物体就必须具有一定的初速度，这就是自由落体运动的原理。
2、当物体有向下的加速度时，物体便从静止状态开始运动，物体所受重力与加速度成正比，与它的质量成反比；当物体有向上的加速度时，物体便从运动状态开始运动，由于受到重力和支持力的作用，便以此为初速度继续往下做匀速直线运动，一直到达到它的平衡位置。物体将永远保持这个匀速直线运动。
3、根据牛顿第二定律可得：F= ma。其中F是从某一初始位置到它的稳定位置（平衡位置）所需要的力；m是物体质量；a是加速度。
F、m分别称为重力和支持力。
4、由公式F= ma可知：当物体所受重力与支持力大小相等时（即g=0），速度与时间成正比；当物体所受重力与支持力大小不相等时（即g=- kSt），速度与时间成反比。根据这个关系可得：当有水平支持力和竖直支持力同时作用在物体上时，若F=- kSt时，物体将保持匀速直线运动状态；若F=- kSt+ kSt时，则会出现自由落体现象。显然此现象在惯性系中不会发生。因此只要把支持力的大小与水平和竖直向下的力相平衡时就能达到理想状态。
三、实验器材
1、尺子：直径8 cm的直尺一个，直尺上带刻度的一端为0刻度。
2、鸡蛋：直径5 cm的塑料容器一个（容量约为一升），大小适中。
3、小瓶（1~2 ml）：小瓶的瓶口直径应约为3 cm，装水后，瓶口与瓶颈接触部分应略高于瓶底，以使空气能流通，装上橡皮塞后不会漏气。
4、塑料绳：用橡皮筋将塑料绳系于瓶盖上。
5、电子天平（应带有电子显示读数仪）一个，并将天平的零点调整到0处（即游码应为0时）。
6、刻度尺：测量物体下落距离的专用标尺一根（约1 cm）。
7、量筒一个（容量为20 ml），量筒内装入一滴水。量筒的作用是将下端较粗的部分与上部较细的部分连起来。
8、电子天平：有两个读数仪和一个计数器，分别安装在天平两端的旋钮上，计数器记下“-”与“+”两个数值。
9、测力分度值：弹簧测力计一只，重25g （实际重为20g）；量筒一只，容量为10 ml；刻度尺一把，刻度尺全长30 cm。
10、小灯泡4个；
11、电子天平调零值的电池6节，要求能使用1~2年。
四、实验过程
1、把小瓶放入盛满水的玻璃杯中，将玻璃杯竖直放在桌子上，让它自由下落。在实验过程中要注意：
（1）必须观察到玻璃杯在任何位置都保持水平。
（2）无论重力大小如何，必须保持玻璃杯竖直，不能倾斜。
（3）实验时，玻璃杯口不能对着人的眼睛或其他地方。
2、实验*作
（1）测量鸡蛋下落时所受重力与所受浮力的大小。
（2）利用刻度尺测量小瓶中鸡蛋在不同位置处所受的重力与所受浮力。
（3）根据学生实验报告，写出实验记录，并让学生记录下整个过程的实验数据。
3、数据处理及结论
学生对自由落体运动的理解还不够透彻，有个别学生认为小瓶里有水的时候重力大，而没有水的时候重力小。教师在实验中要引导学生仔细观察实验现象，并进行正确处理，让学生明白其中的道理。
五、数据处理
1、由于是利用竖直板做的实验，数据比较多，学生容易产生急躁情绪，而且没有利用科学的方法做数据处理。例如，计算出小瓶的重力G和小瓶受到的浮力F以及小瓶里鸡蛋所受拉力N，然后与竖直板上的重力G和小瓶里鸡蛋所受的拉力F对比，就会发现两者之间有较大误差。
2、由于实验中没有进行比较数据，所以学生对于实验的结论可能并不理解。例如：小瓶里鸡蛋受到的浮力是否与重力相等？为什么同一种液体中鸡蛋受到的浮力不相等？等等。
3、由于学生没有进行比较数据，所以有的学生会在实验*现“盲人摸象”的情况，从而造成实验结果不准确。例如：在测量鸡蛋受重力G时，有的学生直接把重力G看成是竖直向上的重力；而有的学生把重力G看成是竖直向上的重力。所以最后得出的结论不够准确，影响实验结果的准确性。
六、实验结论
1、物体的下落，是由于它受到重力的作用。
2、物体下落，速度和时间是两个变量，不能同时存在，所以说：时间是速度的函数。
3、物体下落有三个条件：①物体是一个静止的物体；②有重力；③有支持力。
小瓶和鸡蛋分别受到的重力是相同的，但是小瓶中的水对它们所起的浮力大小不同。
5、从测量结果可以看出：当小瓶中有水时，鸡蛋受到的浮力要大些，当小瓶中没有水时，鸡蛋受到的浮力要大些。
6、实验结论：在相同条件下，物体下落时间是相等的；物体下落时速度是相等的；物体下落过程中受到重力是恒定不变的。在本实验中还可以进行自由落体运动公式和机械能公式之间的转化实验。
7、本实验在设计上遵循了学生学习科学知识的规律和特点。所以，它对学生能力和素质发展具有重要意义。
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