2.4.1 自由落体运动 教学设计-2024-2025学年高一上学期物理人教版（2019）必修第一册

2.4.1 自由落体运动 教学设计 章节 人教版高中物理必修一第二章第四节 课题 自由落体运动 课时 1 课型 实验探究课 授课时间 2024.10.11 教学内容分析 课标要求解读 《普通高中物理课程标准（2017版2020修订）》对本节内容的要求为：通过实验,认识自由落体运动规律。结合物理学史的相关内容，认识物理实验与科学推理在物理学研究中的作用。（例6 查阅资料，了解亚里士多德关于力与运动的主要观点和研究方法。例7查阅资料，了解伽利略研究自由落体运动的实验和推理方法。） 根据《课标》表述：本节内容需要帮助学生理解自由落体运动的定义，理解到自由落体运动是特殊的匀变速直线运动。完成探究实验“探究自由落体运动的规律”并能够总结出规律。本节课的讲授需要从亚里士多德及伽利略的探究历史及方法入手，培养学生善于观察生活，总结生活的科学思维与态度。 教材分析 《自由落体运动》是人教版必修第一册第二章第四节内容。自由落体运动是一种理想化模型,在高中物理教学中具有特殊的地位。本节内容是在学生学习了运动学的基本概念、匀变速直线运动等知识后编排的，自由落体运动作为匀变速直线运动的一种特例，在日常生活中比较常见，具有重要的研究价值；历史上曾经有很多科学家研究过落体运动，通过向学生介绍相关的物理学史，可以让学生受到科学精神、科学方法的熏陶。 对于物体的运动快慢，教材通过演示牛顿管实验进行证实，进而最后抽象出自由落体运动这一运动模型。这样的编写层次分明，实现从感性到理性，符合学生的认知规律。只要认真做好演示实验，学生不难建立自由落体运动这一模型。自由落体运动规律的探究过程，不仅可以激发学生的学习欲望，巩固前面的知识，而且可以培养学生的观察能力、动手实验能力以及分析和概括能力。自由落体运动是特殊的匀变速直线运动，同时重力是产生重力加速度的原因，为第四章“运动与力的关系”埋下了伏笔，因此本节课是高中物理的重要内容，在这里具有承上启下的作用。 自由落体运动-物理内容分析 1. 意义：本节内容是在学生学习了匀变速直线运动的知识后编排的，是匀变速直线运动的特例。同时自由落体运动运动也是与生活联系较为紧密的运动。 2. 内涵：物体只在重力作用下，从静止开始的运动。 3. 外延：自由落体运动适用于只受重力的物体。物体在地球或月球上自由落体运动的性质都相同。 4. 关联：从运动学角度看，自由落体运动是特殊的匀变速直线运动。从动力学的角度看，重力加速度的产生原因为重力即万有引力，为后面运动和力的关系奠定基础。 学情分析 基础 生活经验 1.树上的苹果与树叶同时下落，苹果比树叶先落地。 学习基础 概念规律 1.学生对匀变速直线运动已有了较为深刻的理解。 2.学习过重力的概念。 思想方法 1.知道规律或结论的得出需要实验支撑。 2.具有控制变量法的思想方法。 3.具有转换法的思想方法。 实验能力 1.具有动手操作和收集数据的能力，并且具有分析和处理，解释数据能力。 2.会运用打点计时器研究物体的运动情况 教学目标 一、物理知识与物理观念 1. 知道自由落体运动的定义，理解自由落体运动的性质与物体做自由落体运动的条件。 2. 通过实验“探究自由落体运动的规律”，理解自由落体加速度，知道它的大小和方向。 3. 掌握自由落体运动的规律，并能够运用自由落体运动的规律进行计算，解决一些实际生活中的问题。 二、科学思维与科学探究 1. 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、学会归纳现象和总结规律的方法。 2. 通过研究落体运动的物理学史，以及实验“探究自由落体运动的规律”，引导学生养成进行简单物理研究习惯、根据现象进行合理假设与猜想的探究方法。培养学生的观察能力与实验能力。 三、科学态度与社会责任 1. 结合亚里士多德及伽利略的物理学史进行教学，激发学生的求知欲，让学生体验科学态度、感悟科学精神，敢于提出与别人不同的见解。 2. 通过小组实验探究自由落体运动的规律，培养学生的团结合作精神和协作意识。 3. 通过应用自由落体运动规律，解决“高空抛物”实际问题，培养学生关注生活的态度。 教学重点 1. 有关落体运动的物理学史，以及自由落体运动的概念。 2. 实验探究出自由落体运动的性质以及自由落体加速度。 教学难点 1. 对“物体下落快慢与轻重无关”的理解 2. 实验探究自由落体运动的性质 教法及教具 教法选择：演示法、讨论法、讲授法 教具学具准备：多媒体、牛顿管、抽气机。 教学环节 教师活动 学生活动 设计意图 课前巩固 匀变速直线运动“全景图”： 注意： （1）各关系式只适用于匀变速直线运动； （2）v、v0、a、x 均为矢量，使用公式时应先规定正方向（一般以v0的方向为正方向）。 学生跟随教师回顾前述知识，完成学案对应部分内容。 为本节课学习新内容打下基础，便于后续建立起其与新内容间的内在联系 新课讲授 1：早期观点及实验探究 思考：现实生活中，什么运动是匀变速直线运动？你能举个教室中就看得着的例子吗？你做出此猜想的理由是什么？ 猜想：物体下落的运动是匀变速直线运动 理由：物体下落是自然界的常见运动，自然界的规律是简洁明了的，它应该是最简单的变速运动，速度随时间均匀变化。（当年伽利略的想法！） （一）亚里士多德对于自由落体运动的认识 讲授亚里士多德的观点：物体下落的快慢与重量有关，重的物体下落快，轻的物体下落慢。 研究方法：观察—归纳。 （二）伽利略对于自由落体运动的认识 1.介绍伽利略逻辑推理的过程，论证亚里士多德的结论是错误的。 2.介绍伽利略在条件受限的情况下，如何研究自由落体运动的规律（斜面实验） 3.总结伽利略的研究方法，提倡学生使用基于逻辑推理和实验验证的科学探究方法。 （三）实验演示 1.想象如何反驳亚里士多德的观点：分别将一张A4纸、一个A4纸团、一本物理书从同一高度处同时释放。 提问：对比实验结果，是什么影响了我们纸片的下落速度？（空气阻力） 2.演示牛顿管实验。总结实验现象，得出实验结论。 3.播放综艺节目中的大型牛顿管实验。分析总结：是空气阻力造成的影响。 学生认真听讲，参与讨论。 学生认真听讲，观察实验现象。 通过讲故事的方法讲述物理学史，提高趣味性。 通过演示实验，增强对伽利略观点的信服度，体会落体运动的规律。 新课讲授 2：自由落体运动 （一）自由落体运动的定义 1.定义：物体只在重力作用下从静止开始下落的运动，叫作自由落体运动。 2.条件：①只受重力作用；②从静止开始（v0=0） 3.如果实际问题中，空气阻力与其重力相比很小，可忽略不计，则物体从静止下落也可近似看作自由落体运动。 （二）自由落体运动规律实验探讨 提问：自由落体运动是一种初速度为零的加速直线运动，那么，它是匀变速直线运动吗？怎样用实验验证你的猜想？ 实验方案：用打点计时器研究自由落体运动。 实验思路：让纸带在重物的带动下自由下落，根据打点计时器在纸带上打出的点的情况，分析出重物的运动规律。 数据记录与处理：①测量各计数点到起始点0的距离x，记录在各计数点旁边。②求得各计数点的瞬时速度，记录在表格中。③根据表格中的v、t数据，在坐标纸上建立合适的坐标系，描点，用一条平滑的曲线拟合所有点。④根据实验结果，分析纸带（重物）的运动情况。 实验结论：①自由落体运动是匀加速直线运动。②加速度恒定（约为9.8 m/s2，与重物的质量无关）。 学生认真听讲，完成学案对应部分内容。 学生回答问题。 学生回忆使用打点计时器研究运动的实验步骤。 建立前述所学知识与新知识的联系，让学生切实体会打点计时器在研究运动中的重要作用。 新课讲授 3：自由落体运动规律 （一）自由落体加速度的定义、大小与方向 总结前述实验的结论： 结论一：若没有空气阻力的影响，所有物体下落得同样快。 结论二：自由落体运动是匀加速直线运动。 表明：一切物体自由下落时具有相同的加速度 定义：同一地点，一切物体自由下落的加速度都相同，这个加速度叫作自由落体加速度，用 g 表示。 大小：竖直向下而非垂直向下，也不是指向地心。 方向：地球表面不同的地方，g的大小有细微不同。赤道处的重力加速度稍大于南北极的重力加速度。一般的计算中取g = 9.8 m/s2或10 m/s2. （二）自由落体运动规律 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公式也适用于自由落体运动。 学生认真听讲，完成学案对应部分内容。 学生在草稿纸上推导出自由落体运动的规律。 根据前述实验，总结结论，得出进一步的推论，引出自由落体加速度。 建立匀变速直线运动与自由落体运动间的联系 实践应用 例题1讲解： 例1：一块石头从180米高的楼顶掉下，求落地时速度。(忽略空气阻力，g取10m/s2) 提醒学生注意不要高空抛物！ 例题2讲解： 例2：为了测出井口到水面的距离，让一个小石块从井口自由落下，经过2.5 s后听到石块击水的声音，估算井口到水面的距离。考虑到声音在空气中传播需要一定的时间，估算结果偏大还是偏小？（重力加速度大小取10 m/s2） 声音在空气中传播需要一定时间，石块自由下落到水面的时间小于2.5 s，因此估算结果偏大。 例题3讲解： 例3. 一个物体从高度 h 处自由下落，测得物体落地前最后1秒内下落了25米，求：物体下落的高度h. （重力加速度大小取10 m/s2） ， 联立解得h=45 m 学生思考并认真求解例题。 通过例题的讲解，使学生能够初步做到运用自由落体运动的规律。 并且通过计算高空抛物的落地速度，提醒学生不要高空抛物，进行了安全教育。 课堂小结 教师进行知识整合：本节课学习了亚里士多德与伽利略的关于物体下落的结论及研究方法。 （详细展开） 接着我们学习了自由落体运动的定义，以及自由落体加速度。 最后我们根据匀加速直线运动的规律，推导出自由落体运动的规律，并进行了练习巩固。 学生认真听讲、思考，跟随老师一起回顾课堂内容。 老师带领学生回顾总结本堂课内容，对课堂内容进行梳理，突出教学重点。 布置作业 1. 完成学案剩余部分； 2. 练习册P38-40 “自由落体运动”部分（1-7）； 3. （选做）在手机上下载“手机物理工坊”或“Phyphox”软件，用该软件测量重力加速度，若条件允许，将测量得到的图表打印出来，下周一进行展示分享。 检验学生对本节课内容的掌握情况，加深学生对重力加速度的理解与应用。通过实践活动，体会物理学与生活的密切联系，以及信息技术在物理研究中的运用。 板书设计 § 2.4.1 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 条件：①只受重力作用；②从静止开始（v0=0） 特征：匀加速直线运动，a=g=9.8 m/s2 规律： 课后反思 学科网（北京）股份有限公司 $$