2.4 自由落体运动 教学设计 -2025-2026学年高一上学期物理人教版必修第一册

院系： 学号： 姓名： 课程名称 自由落体运动 授课人 授课时间 2025年3月25日 授课年级 高一年级 学科 物理 教科书版本及章节 人教版高中物理必修一第二章第四节“自由落体运动” 联系电话或邮箱 课型 新授课✔ 章/单元复习课□ 专题复习课□ 习题/试卷讲评课□ 学科实践活动课□ 其他□ 已有知识点 · 已经学过运动的基本描述，初步了解了运动的性质，知道质点、参考系、时间时刻、位移路程、速度、加速度。 · 熟练掌握匀变速直线运动及相关公式。 · 力学也有了一定的基础力，掌握重力、弹力、摩擦力、力的合成与分解等。 · 实验操作：打点计时器的使用和纸带数据处理。 学习知识点 （1） 物理学史—亚里士多德和伽利略的不同观点 （2） 实验探究—猜想并探究物体下落快慢的因素并验证 （3） 了解自由落体运动，运用打点计时器测量重力加速度（这里我们将采用现代科技tracker测量） （4） 熟练掌握并应用自由落体相关公式 教材分析 自由落体运动是高中物理必修一第二章的重要内容，是在学生学习了匀变速直线运动的规律之后，对匀变速直线运动的进一步研究和拓展。教材通过对生活中常见的落体现象进行分析，引导学生探究自由落体运动的特点和规律，旨在培养学生的观察能力、实验探究能力和逻辑思维能力，同时也为后续学习牛顿运动定律等知识奠定基础。 学情分析 学生在之前已经学习了匀变速直线运动的基本概念和规律，掌握了一些基本的物理研究方法，具备了一定的运动学知识基础。但自由落体运动涉及到重力作用下物体的运动，学生在日常生活中对落体运动的认识存在一些错误观念，如认为重的物体下落快等。因此，在教学过程中需要通过实验和分析，帮助学生纠正错误观念，建立正确的物理概念。 教学目标 物理观念 （1）学生能理解自由落体运动的概念，明确其初速度为零且只受重力，是匀变速直线运动的特殊情况； （2）掌握自由落体加速度（重力加速度）的特点、方向和不同地区的大小差异； （3）能运用自由落体运动的规律解释生活中的相关现象，如雨滴下落、苹果落地等，并解决实际问题，像计算物体自由下落的高度、时间和落地速度 科学思维 （1）培养学生从实际现象中抽象出自由落体运动物理模型的能力，忽略次要因素（如空气阻力），突出主要因素（重力作用） （2）通过逻辑推理和数学推导，理解自由落体运动规律的得出过程，提升逻辑思维和分析推理能力 （3）能够运用类比等思维方法，将自由落体运动与已学的匀变速直线运动知识相联系，深化对运动学规律的理解 科学探究 （1）引导学生经历提出问题（如影响物体下落快慢的因素等）、作出假设、设计实验（如利用打点计时器、频闪照相研究自由落体运动）、进行实验、收集数据、分析与论证、评估和交流等科学探究过程，提升实验操作和数据处理能力 （2）培养学生在探究过程中发现问题、解决问题的能力，以及对实验方案和结果的评估与反思能力 （3）培养学生接收现代教育技术手段的能力，学会运用网络技术转化课堂知识 科学态度与责任观 （1）通过介绍伽利略等科学家对自由落体运动的研究历史，让学生认识到科学探索的艰辛与曲折，培养敢于质疑、勇于创新、实事求是的科学态度 （2）激发学生对物理现象的好奇心和求知欲，使其主动探索自然规律，增强学生将物理知识应用于生活和社会的意识，认识到物理学对推动科技进步和社会发展的重要责任 教学重点 1、自由落体运动的概念、条件和规律 2、自由落体加速度的概念和数值 教学难点 1、探究自由落体运动规律的过程 2、对自由落体运动是初速度为零的匀加速直线运动的性质的理解 3、Tracker和phythox手段教学的接收 教法、学法 讲授法、问题引导、实验探究、合作学习、归纳总结 教学资源利用 参考资料：高中物理必修一教材辅导 网络资料 教具准备 烧杯、纸张、笔 教学环节 教师活动 设计意图 时间 教学活动设计 6、 导入新课 先欣赏两张照片，一张小雨一张大雨 【教师】：天街小雨润如酥描述的是春季的淅淅小雨，白雨跳珠乱入盘描述的是夏季的狂风暴雨，这些都是生活中常见的落体现象，那我想请问同学们觉得是大雨下落的快还是小雨下落的快呢？ 【学生】：大雨下落的快 【教师】：大家回答的很一致，都认为是重点的大雨下落的快，当时伟大的物理学家亚里士多德认为重的物体下落的快，而伽利略则发现了其中的矛盾 提问同学们：当大石头和小石头绑在一起，速度是怎么变化，可以适当提示，让其发现矛盾 【最后得出结论】：重的物体和轻的物体应该下落的同样快 【教师】：那为什么生活中总会看到重的物体比轻的物体下落的快的实验现象呢？影响物体下落快慢的因素到底是什么呢？（板书题目） 7、 实验探究—物体下落快慢影响因素 首先做一个纸张和纸团同一高度同时下落的实验 【教师】：是不是看到纸团下降的更快呀，进一步提问纸团和纸张有什么区别呢？ 【学生】：面积的不同 【教师补充】：形状不同面积不同，那形状不同又会造成什么影响呢？ 【学生】：和空气的接触面积不同，可能有空气阻力的不同 【教师】：同学们非常棒，我们就着这个猜想来进一步做实验（三个量筒里面装有不同液体，找一个同学辅助完成实验） 通过实验现象同学们能得到什么结论呢？ 寻找同学互动，增加同学们的参与感，提醒同学们往阻力方面思考 【教师】：那同学们进一步思考，如果我设置一个真空环境，物体的运动状态又会是怎么样的呢？ 接下来进行牛顿管实验 可能有一定实验误差，最后播放一个视频，设置一个完全真空环境 【教师】：让我们来看一下没有阻力下的羽毛和苹果是什么样的运动状态呢？请大家仔细观察 【教师】：我们可以看到轻的羽毛和重的苹果此时下落的速度是完全一样快的 【教师】：通过一系列的实验，一步一步冲淡了阻力，最后发现在没有阻力的情况下物体下落是一样快的 三、引出定义，讲解规律 【教师】：我们就把这种只受重力从静止开始的运动叫做自由落体运动 【教师】：这个定义我们来分析一下，要做自由落体运动，物体应该满足什么样的条件呢？（从定义出发分析条件） 【学生】：受力条件是只受重力，运动条件是从静止开始 （补充：并且它们两个是缺一不可，必须同时满足才能说这个物体做的是自由落体运动） 【教师】：继续发问，那同学们想一下生活中有同时满足这两个条件的物体嘛，没有吧！都会受到一定的阻力 【教师】：那我们就说自由落体运动其实是一个理想化模型 （让一根粉笔下落） 继续提问【教师】：现在让这个粉笔下落，它做的是一个自由落体运动嘛？ 【学生】：不是 【教师】：但是对于粉笔来说，它所受到的阻力相较于它的重力其实是很小的，那我们这个时候认为它只受重力作用，可以近似看做一个自由落体运动 （引出近似条件） 8、 重力加速度的引入 【教师】：自由落体运动到底是一个什么样的运动呢？首先我们可以确定它是一个直线运动，并且是一直在加速的，肯定是有加速度的，那它的加速度是多少呢，是不是我们一直在学的匀加速直线运动呢？ 【教师】：老师这里提前录制了一个视频，我们近似看做它是一个自由落体运动，接下来我们将它导入tracker软件进行视频跟踪，来分析物体的运动状态 （运用现代技术，摒弃传统的打点计时器测量加速度的办法） 将追踪到的数据，进行拟合，先进行最简单的线性拟合，，发现拟合的不是很好，继续二次抛物线型拟合，这次发现基本完全吻合 给学生展示拟合后的效果 【教师】：大家看当是一个二次抛物线型拟合时，是不是拟合的非常好（这块学生第一次接触，尽量细致） 【教师】：在之前的学习中我们强调过，如果一个物体与时间满足这样一个抛物线关系，那它是什么运动呢？ 【学生】：是一个匀变速直线运动 【教师】：非常好，也就是说自由落体运动的加速度是一个恒定值，那我们现在带入匀变速直线运动的公式 ( A=4.899 B= 0 C= 0 ) （让大家注意参数）【教师】：我们现在来看一下拟合得到的参数A、B、C, B和C在误差所允许的范围之内我们近似看做是零的，最后这个位移只有二次项系数，将其带入，得到两个公式 【教师】：同学们能不能对比一下这两个公式总结一下自由落体运动的性质到底是什么？ 【学生】：是一个初速度为零的匀加速直线运动 （补充）并且我们还会发现，哪怕是不同的物体，当他们处在同一个位置，自由落体的加速度都是相同的，我们把这个加速度称为重力加速度，用小g来表示 【提问】我们都知道加速度是一个矢量，既有大小又有方向，方向是竖直向下的，大小呢？ 【教师】：回到我们刚刚得到的参数，是不是还有一个A没有使用，现在把A带到我们的二次项系数的公式 以小组为单位的形式计算一下加速度到底是多少呢？ 好，时间到！我们一起说加速度是9.798米每二次方秒 【学生】：9.798米每二次方秒 五、介绍重力加速度的性质 【教师】：我们通常的重力加速度一般是9.8m每二次方秒，为了计算方便，通常取10m每二次方秒 给出一张地理图片，标注不一样地方的加速度大小，让同学们自己总结规律 【教师】：这里老师取了几个不同地方的重力加速度的数值，根据这个图，同学们能总结出什么样的规律呢？ 【学生】：随着纬度的升高，重力加速度在不断增大 （补充）给出大家一句口诀，低处大高处小，两极大赤道小 9、 动手操作环节 在学习完重力加速度大小和地理位置有关后，我们可以做一个动手操作 【教师】：那同学们想不想知道我们所处位置的重力加速度呢？我们可以通过手机软件phythox来进行测量 （可以教师自己将手机或者平板进行一个自由落体运动，也可以让同学们协助完成这个操作） 【教师】：请一位同学来读取一下这个数据，并且由于存在空气阻力的影响，存在一定的误差，同学们在课下也可以自己尝试来测量一下重力加速度的大小 7、 课程思政 苏炳添曾以9秒83的成绩创造了亚洲纪录，成为中国首位闯入奥运百米决赛的运动员 苏炳添的反应时间为0.153秒，可以用下面这个方法，测一测你的反应时间：一位同学握着尺子，另一位同学手放在零刻度线上，当同学把尺子放下，下面同学立刻握住尺子？ 8、 小结 9、 习题精讲 例题1.下列关于自由落体运动的说法，正确的是（ ） A . 初速度为零的竖直向下的运动就是自由落体运动 B . 物体由静止开始，受到重力作用的运动就是自由落体运动 C . 在月球上做铁球与羽毛自由下落的实验，两者下落一样快 D . 在月球上做铁球与羽毛自由下落的实验，两者下落不一样快 例题2. (多选）在忽略空气阻力的情况下，让石块和木块从同一高度同时下落，下列说法中正确的是（ ） A . 重的石块先落地 B . 轻的木块先落地 C . 在着地前的任一时刻，两者具有相同的速度、相同的位移。 D . 二者在下落这段时间内的平均速度相等。 例题3．无人机广泛应用于生产生活的各个领域。某架无人机执行任务时，悬停在距离地面80m的高空，并由静止释放物资。不计空气阻力，g取10m/s²，下列判断正确的是（　　） A．物资在空中的运动时间为8s B．物资下落第3s内的平均速度为15m/s C．物资下落40m时的速度大小为20m/s D．物资落地前最后1s内下落的高度为35m 采用连环提问引课，引出物理学史上的矛盾点，为后面探究物体下落快慢做铺垫。 教师：通过物理学史矛盾开头，打破学生认知误区 通过问题引发大家对自由落体运动的思考 通过生活实例来进一步探究物体下落快慢影响因素，易于同学们理解 通过三个实验由浅入深的一步一步的冲淡了阻力的影响，验证了最开始的猜想—空气阻力的影响，最后得出结论 引导学生深刻理解自由落体运动定义，为后面学生实验做铺垫。 一连串的发问引发同学们思考，联系前面学到的匀变速直线运动，为后续学习铺垫 数据提取，再把它进行拟合，给同学们一种确有证据的感觉，这部分现代教育技术学生很少接触，所以一定要细致讲解这个软件 运用参数，联想匀变速规律，衔接紧密，易于接受 联系物理和地理知识，学科融合，引导学生得出正确结论，并且补充容易记忆的口诀 学习完知识后进行一定的应用，同样运用简单的软件phythox让同学们完成一个简单实验测量重力加速度，进一步加深对知识的理解 课堂讲解典型例题，巩固知识 4分钟 15分钟左右 4分钟左右 15分钟左右 7分钟左右 课堂小结 · 通过物理学史的矛盾点引导出影响物体下落快慢的因素，并进行实验探究，最后归纳总结 · 物体只在重力作用下，从静止开始下落的运动就是自由落体运动，其加速度为重力加速度g ，方向竖直向下，不同地方g值略有差异。 · 而且它是初速度为0的匀加速直线运动，遵循匀变速直线运动规律，如、h=1/2gt2 · 学会接受tracker和phythox等现代科技手段，运用其解决实际问题，学会归纳总结的思维 板书设计 作业布置 作业本作业： 课本P54 第3题 、 P55 第4题 课后反思 这节课我以思维型教学开展自由落体运动的探究，通过一系列连环问题引发学生思考，成功引导他们进入学习状态，并抓住了自由落体运动中物体下落规律这一核心。整体教学有不少亮点，也存在一些有待改进之处。 其一，我运用了生活中物体轻重不同下落快慢不同，以及忽略空气阻力时轻重物体同时落地的正反实例，让学生深刻理解自由落体运动是在忽略空气阻力这一理想条件下的运动，为后续实验探究做了良好铺垫。学生们对概念的理解更加清晰，减少了认知误区。其二，通过引导学生对物体下落快慢的猜想，以及进行实验验证，成功推翻了“重的物体下落快”这一错误经验认知。在演示实验中，利用牛顿管实验展示在真空和有空气环境下物体下落的差异，引导学生修正猜想。随后的学生自主实验，让他们亲身体验并验证猜想，教学环节环环相扣，学生的思维始终保持活跃。其三，在处理实验数据时，收集全体学生的数据，并引入概率分布的概念。这样不仅让学生了解到数据处理的多样性，也使得出的自由落体运动规律更具说服力，让学生明白科学结论是基于大量数据和严谨分析得出的。其四，在课堂结尾，我再次回顾了牛顿管的演示实验，与前面的教学相呼应，进一步验证了自由落体运动在忽略空气阻力时物体下落快慢相同的结论，使整个课堂结构更加完整、严谨。 然而，本节课也存在不足。在引导学生得出自由落体运动的定义和规律时，留给学生总结归纳的时间不太充足。部分学生可能还没有完全消化和理解，就进入了下一个环节。这可能导致一些学生对知识的掌握不够扎实，影响后续知识的应用。 在今后的教学中，我会更加注重学生的总结归纳环节，给予他们足够的时间去思考和表达。同时，我会不断探索新的教学方法和策略，多实践、多反思，关注每一位学生的学习情况，努力提升自己的教学水平，让学生在物理课堂中获得更多的知识和乐趣，培养他们的科学思维和探究能力。 课外知识的准备以及拓展延伸 不同地理位置的重力加速度不同 可以作为本节的补充知识，在后续学习过程中会再次学习 学科网（北京）股份有限公司 $$