高中物理人教版 (2019)必修 第一册4 自由落体运动教案

《自由落体运动》教学设计

一、教学理念

高中物理新课程标准是现代高中物理教学的规范，在实施该标准的过程中，我应不断探索新的教学理念,充分发挥教师的主导作用和学生的主体作用，改革教学模式，进一步培养学生的综合能力和可持续发展的能力。为了更好地激发学生学习的兴趣，我将实施趣味教学，将物理知识与生活紧密联系，从生活走进物理，再由物理解释生活现象的方式进行教学，引导学生的自主创新和探究。

二、教材分析

《自由落体运动》是人教版（2019版）高中物理必修第一册第二章第4节的内容，包括自由落体运动、自由落体加速度以及自由落体运动的规律三个方面的知识点。本节内容安排在《匀变速直线运动的研究》一章中，自由落体运动是匀变速直线运动的一个具体的实例，又是一个特殊的实例。对特殊运动的研究是对前面知识的复习和巩固，同时也加强了理论知识与实际生活的联系。也是为后面课程的学习做铺垫，本节在物理教学中有着重要的地位和作用。

三、学情分析

学生在本节之前已经学习了运动学的基本知识和匀变速直线运动规律，这为学生学习本节内容打下了良好的基础。但自由落体运动是一种理想的物理模型，在实际生活中在由于空气阻力的存在，使得一些重的物体下落得非常快，生活经验的思维定式容易让学生形成错觉，这对学习自由落体运动带来一定的困难。结合高一学生的逻辑思维特点，充分利用学生对新事物的好奇心强，在教学中我们通过直观案例的具体分析，来突破问题矛盾、深入理解。

四、教学目标与核心素养

（一）物理观念

认识自由落体运动的特点和规律，能判断物体是否处于自由落体运动，会运用自由落体运动的特点和规律来解决相关问题。

（二）科学思维

通过分析、推理，归纳出自由落体运动的特点，总结运动其规律，培养分析、综合推理能力。

（三）科学探究

观察演示实验现象，探究自由落体运动特点及其加速度，体会科学探究的思维方法。

（四）科学态度与责任

通过对问题矛盾的探究，培养求真务实的科学作风，敢于对问题发起质疑的创新精神。

五、教学重点与难点

（一）重点

1.自由落体运动的概念与判断条件。

2.自由落体运动的探究过程。

（二）难点

1.对自由落体运动规律的掌握和物理模型的建立。

2.利用逐差法求自由落体运动加速度。

六、教学方法

（一）教法

讨论法、讲授法、问答法

（二）学法

自主探究法、交流合作法、练习法

七、教学流程

（一）新课导入

演示实验：教师演示用两张同样大小的纸，一张揉成纸团，让纸团和另一张在同样高度下落，引导学生观察实验现象，看看那个下落快？

学生回答（预设）：纸团下落得快。

抛出问题：结合实验以及生活中的经验，讨论：什么因素影响物体下落的快慢？”

学生回答（预设）：影响落体运动快慢的因素可能是空气阻力；物体的轻重……

经典典故：最早研究这个问题的，大概要算古希腊学者亚里士多德了，他在生活中观察到一块石头比一片树叶落得快些。他认为物体下落的快慢跟它的轻重有关，重的物体下落得快。但伽利略却不那么认为，这是为什么呢？我们这节课就来学习自由落体运动。

（二）新课讲授

1.自由落体运动

矛盾推出：伽利略认为，根据亚里士多德“重的物体下落得快”的论断，会推出相互矛盾的结论。假定：假定一块大石头的下落速度为8，一块小石头的下落速度为4，当把两块石头捆在一起时，大石头会被小石头拖着而变慢，整个物体的下落速度应该小于8。但是，把两块石头绑在一起后，整个物体比大石头要重，这说明了什么问题呢？

学生回答（预设）：两种相互矛盾的结论，说明亚里士多德“重的物体下落得快”的看法是错误的。

问题再现：究竟轻重不同的物体下落情况如何呢？实验出分之，请同学们们仔细观察实验现象。

实验一：轻重不同的物体下落快慢的研究

一个两端封闭的玻璃管(也称牛顿管)，其中一端有一个开关，玻璃管可以与外界相通。

甲（有空气）：把质量不相同的铁片和羽毛放到玻璃管中，玻璃管竖直放置，让铁片和羽毛从玻璃管上方同时开始下落，观察物体下落的情况。

学生观察现象：铁片下落得快。

乙（真空）：把玻璃管里的空气抽出去，再次观察物体下落的情况。

学生观察现象：将玻璃管的空气抽出去后，在没有空气阻力的影响下，轻的物体和重的物体下落得同样快。

联系生活：生活中人们之所以看到物体下落的快慢不同，是因为什么呢？

分析回答（预设）：是因为空气阻力的影响。

规律分析：上述实验乙中的条件是什么呢？

总结思考（预设）：只受重力、初速度为零（静止）。

教师总结：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。

问题再现：我们之前学习了匀速直线运动和匀变速直线运动，在探究物体是在做什么样的运动时我们用了什么样的方法进行测试呢？

学生回答（预设）：用打点计时器得出的纸带进行探究。

教师设疑：自由落体运动在下落过程中是加速下落的，它的运动规律是怎么样的呢？

学生分组进行实验——研究自由落体运动的规律：

联系对小车的运动研究引导学生设计实验：在对小车的运动进行研究时，我们让打点计时器固定在带有滑轮的长木板另一端，把小车停靠在打点计时器的位置，经平衡摩擦后，放开小车让它拖着纸带运动，对纸带进行研究。我们要想研究自由落体运动的规律可以怎样来进行实验呢？

师生共同设计实验：固定打点计时器，纸带一端系着重物，另一端穿过计时器。用手捏住纸带上端，启动打点计时器，松手后重物自由下落，计时器在纸带上留下一串小点。改变重物的质量，重复上述实验。

教师引导：在对小车的运动进行研究时，我们用到了一个方法计算加速度的大小，哪位同学还知道具体的运算嘛？

学生回答（预设）：用到了逐差法，在纸带上取相邻的7个计数点，间距依次为x1、x2、……x6，则，，。有。

指导实验：同学们利用逐差法计算加速度看看得到什么样结果？看到大部分同学以及完成实验，分析完数据。哪个小组可以和我们一起分享你们的实验结果呢？

学生展示（预设）：经过计算与分析可以知道自由落体运动是初速度为零的匀加速直线运动，且两次实验结果均为a≈9.790m/s2。

2.自由落体加速度

教师总结：在同一地点，一切物体自由下落的加速度相同，这个加速度叫作自由落体加速度，也叫重力加速度，通常用g表示。我们知道加速是一个矢量，它有大小有方向，重力加速度的大小和方向是多少呢？

思考回答（预设）：方向为向下，大小为实验中的数值g=9.790m/s2。

教师纠正：加速度的方向为竖直向下，对于它的大小同学们请看以下一组数据。

展示数据：一些地点的重力加速度，你从表中发现了什么规律？

看图得结论：维度越高，重力加速度的数值越大。

教师归纳：精确的实验发现，在地球上的不同地方g值不同，在计算中，g可以取9.8 m/s2或10 m/s2。

教师点拨：在地球表面上从赤道到两级，重力加速度随维度的增大而逐渐增大；在地球表面上方越高处重力加速度越小。

（三）课堂巩固

例题：小明发现从核桃树上同一高度一颗核桃和一片树叶同时从静止落下，下列说法正确的是（　　）

A.核桃和树叶的运动都是自由落体运动

B.核桃先落地是由于核桃受到的重力较大

C.核桃和树叶的运动都不能看成自由落体运动

D.假如地球上没有空气，核桃和树叶会同时落地

【答案】D

【解析】从树上落下的核桃所受阻力相对重力来说很小，可看成自由落体运动，而从树上落下的树叶所受阻力相对重力来说较大，不能看成自由落体运动，A、B、C错误。假如地球上没有空气，则核桃和树叶不受空气阻力，都做自由落体运动，下落快慢相同，同时落地，D正确。

（四）课堂小结

自由落体运动：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。

特点：v0=0 ，只受重力。

性质：初速度为零的匀加速直线运动。

自由落体加速度：在同一地点，一切物体自由下落的加速度相同，这个加速度叫作自由落体加速度，也叫重力加速度，通常用g表示。

方向：竖直向下。

大小：通过多种方法用实验测定，在地球上的不同地方g值不同，在计算中，g可以取9.8 m/s2或10 m/s2。

（五）布置作业

一：自由落体运动是初速度为零的匀加速直线运动，运动过程中速度与时间的关系、位移与时间是关系是什么？请结合匀变速直线运动速度、位移与时间的关系式尝试推导。

二：伽利略不仅在逻辑推理上落体运动的规律，还运用了实验进行验证，他是如何验证的？课后阅读课本48页—49页，尝试归纳总结伽利略的科学方法。

八、板书设计

2.4自由落体运动

1. 自由落体运动

概念：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。

特点：v0=0 ，只受重力。

性质：初速度为零的匀加速直线运动。

2. 自由落体加速度

自由落体加速度：在同一地点，一切物体自由下落的加速度相同，这个加速度叫作自由落体加速度，也叫重力加速度，通常用g表示。

方向：竖直向下。

大小：通过多种方法用实验测定，在地球上的不同地方g值不同，在计算中，g可以取9.8 m/s2或10 m/s2。