第四节 自由落体运动（表格式教学设计）物理粤教版必修第一册

该高中物理教学设计聚焦自由落体运动的概念、条件、性质及规律，通过硬币与纸片的对比实验、亚里士多德与伽利略的物理学史对话引发认知冲突，搭建从生活现象到科学探究的学习支架，帮助学生建立“忽略空气阻力时物体下落快慢相同”的物理观念。 特色在于实验驱动与素养融合，牛顿管实验对比有空气和真空环境下物体下落差异，直观突破“重快轻慢”前概念，培养科学探究能力；融入伽利略研究历程，渗透质疑创新的科学思维与坚持不懈的科学态度；设计频闪照片数据分析、反应时间尺测量等活动，落实学以致用。助力学生建构物理观念、提升探究能力，为教师提供完整教学方案与多样化活动设计，推动核心素养落地。

第4节 自由落体运动（教学设计） 年级 高一年级 学科 物理 教师 课题 第4节 自由落体运动 教学 目标 物理观念 认识自由落体运动的概念和条件；理解自由落体运动是初速度为零的匀加速直线运动；掌握重力加速度g的方向和大小。 科学思维 经历“提出问题-猜想-实验验证-得出结论”的科学探究过程，培养逻辑推理和质疑精神（如反驳亚里士多德的观点）。 科学探究 能通过实验（牛顿管实验、打点计时器实验）观察现象、收集数据，并分析得出自由落体运动的性质。 科学态度 与责任 了解伽利略对自由落体运动的研究历程，体会科学探究的艰辛与卓越；认识g值精确测量在测绘、航天等领域的重要性。 教学 重难点 教学重点： 1. 自由落体运动的概念和条件； 2. 自由落体运动的性质（初速为零、加速度为g的匀加速运动）。 教学难点： 1. 理解不同物体自由下落快慢不同的原因是空气阻力，而非重量； 2. 灵活运用匀变速直线运动规律解决自由落体问题。 教学过程 教师活动 学生活动 教学引入 1. 创设情境，引发认知冲突： 演示1：同时释放一枚硬币和一张展开的纸片。提问：“哪个物体下落得更快？这符合谁的观点？”（亚里士多德：重的物体下落快） 演示2：将纸片揉成团，再次与硬币同时释放。提问：“现在又是谁下落得快？这说明了什么？” 2. 呈现物理学史： 讲述亚里士多德的观点及其统治地位。 介绍伽利略的质疑思想（逻辑悖论：重物与轻物绑在一起下落）和比萨斜塔实验传说。 3. 提出核心问题： “如果没有空气阻力的影响，即只在重力作用下，轻重不同的物体下落快慢究竟有何关系？” 观察两个对比鲜明的实验现象，产生强烈的认知冲突。 聆听物理学史故事，感受科学家不盲从权威、勇于探索的精神。 思考并尝试回答教师提出的核心问题。 新课讲授 一、影响物体下落快慢的因素 亚里士多德的观点： 物体从空中下落的快慢与物体所受重力有关，重的物体下落快。 理论分析： 【结论1 】如果把大石头和小石头捆在一起，其所受的重力一定比任一物体大，其下落的速度也应该比其中任一物体下落的速度快。 【结论2 】如果把大石头和小石头捆在一起，独自下落较慢的小石头就会拖慢独自下落较快的大石头，最终其下落的速度应该比大石头独自下落的速度慢。 伽利略的观点: 物体下落过程中的运动情况与物体所受重力无关。 伽利略的推理否定了亚里士多德的错误观点。 课前实验： 实验内容 实验结果 结论 两张一样的纸，将其中一张搓成团，另一张铺平，从同一高度同时由静止开始释放 搓成团的纸下落得快 纸片下落快慢与轻重无关 一张大纸和一张小纸，将小纸搓成团，大纸铺平，从同一高度同时由静止开始释放 小纸下落得快 纸片下落快慢与轻重无关 实验结论：物体下落快慢与物体的轻重无关 演示实验：牛顿管实验： · 展示牛顿管，介绍内部有金属片、羽毛等物体。 · 先使管内有空气，倒立牛顿管，学生观察到物体下落有快慢。 · 用抽气机抽走大部分空气，再次倒立牛顿管。引导学生观察现象：“在近乎真空的情况下，我们看到所有物体下落的一样快。” 实验结论：影响物体下落快慢的因素可能是什么？ （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，在某地任何物体自由下落的运动情况相同。 通过极具冲击力的对比实验，彻底颠覆学生可能存在的前概念，激发强烈的求知欲。融入物理学史，进行科学精神和人文素养的教育，让学生明白科学是在不断质疑和修正中前进的。 观察牛顿管实验，描述并记录两次实验的现象差异。 得出结论：在没有空气阻力的情况下，所有物体下落的快慢相同。 通过牛顿管实验，对引入环节的问题给出最终极、最权威的解答，让学生亲眼见证真理，从而牢固建立“忽略空气阻力，所有物体自由下落快慢一样”的正确观念。 新课讲授 二、自由落体运动 1. 下定义： 在演示和讨论的基础上，给出严格定义：“物体仅在重力作用下，从静止开始下落的运动，叫作自由落体运动。” 2. 析条件： 板书强调两个必要条件：“① 仅受重力（理想化模型）；② 初速度为零。” 辨析：在日常的生活中，空气是无处不在的，物体在下落的过程中就会受到空气的阻力，当物体的重力远大于阻力时（G»f），空气的阻力可以忽略。由静止自由下落的物体（如：实心的铁球、石头等），可近似认为物体做的是自由落体运动。 3. 引导推理： 提问：“既然自由落体运动是变速直线运动，且所有物体下落情况相同，那么它是一种什么性质的运动？加速度有何特点？” 猜想：自由落体运动是初速度为零的匀加速直线运动 讨论交流：如图所示是小球做自由落体运动的频闪照片，请根据照片提供的信息完成下表，并思考下列问题。 （1） 任意两个连续相等的时间里，小球下落的位移之差是否相同？是否验证了上述猜想？ 任意两个连续相等的时间里，小球下落的位移之差相同。猜想正确 （2） 小球做自由落体运动的加速度是多少？ 4. 讲解重力加速度： 给出定义：“自由落体加速度叫做重力加速度，用g表示。” 强调其特性：“方向：总是竖直向下（与重力方向一致）。 大小： ① 一般计算取g = 9.8 m/s²（粗略计算可取10 m/s²）； ② 随纬度升高而略微增大，随高度增加而略微减小。” 记录自由落体运动的定义和条件。 通过推理，得出“自由落体运动是初速度为零的匀加速直线运动”的结论。 记录g的方向和大小，了解其变化规律。 分组选择一种方案，进行实验或数据分析，计算本地的重力加速度g值，并相互比较。 引导学生从实验现象推理运动性质，培养科学思维。介绍g值的全球变化，建立其是“一个随地点变化的物理量”的准确概念。 新课讲授 三、自由落体运动的规律 1. 公式迁移： 提问：“既然自由落体运动是初速为零、加速度为g的匀加速直线运动，那么匀变速直线运动的公式对它完全适用。请大家写出对应的规律公式。” 引导学生写出： 速度公式：v = gt 位移公式：h = ½gt² 速度-位移公式：v² = 2gh 2.例题讲解： 【例1】如图所示，椰子从距地面高度为20m的树上由静止落下。不计椰子下落时受到的空气阻力，取g = 10 m/s² 。求椰子落地的时间和到达地面时速度。 解：规定竖直向下为正方向。由自由落体运动的位移公式h = ½gt²： 【例2】测量“反应时间尺”：请一位同学捏住直尺顶端，另一位同学的手放在0刻度线处准备。松开手，另一位同学尽力捏住尺子。若捏住20cm处，其反应时间是多少？（g取10m/s²） 3. STS教育： 介绍重力加速度g的精确测量在地质勘探（寻找矿藏）、航空航天（轨道校准）等领域的重要应用。 完成公式迁移，将匀变速直线运动的一般公式转化为自由落体运动的具体公式。 尝试解决例题，并与同桌讨论解题思路。 两人一组，进行“反应时间尺”的测量实验，计算并比较彼此的反应时间。 将已学的匀变速运动规律顺利迁移到新情境中，培养学生知识迁移和应用的能力。“反应时间尺”实验，趣味性强且能即时应用公式。介绍g的应用，让学生体会物理学与科技进步的紧密联系。 课 堂 练习 一、单选题 1．苹果从枝头落下，不考虑空气阻力，在下落过程中（　　） A．速度不变，加速度变大 B．速度与加速度都不变 C．速度变大，加速度不变 D．速度与加速度都变大 【答案】C 【详解】A．由题意可知，苹果做自由落体运动，加速度恒定，速度不断增大，故A错误； B．根据选项A中的分析可知，B错误； C．根据选项A中的分析可知，C正确； D．根据选项A中的分析可知，D错误。 故选C。 2．高空坠物非常危险，因此人们一定要有安全防范意识。假设住宅某阳台上有一个0.5kg的花盆不小心掉下来，下落的高度为20m，忽略空气阻力，g=10m/s2，下列说法正确的是（　　） A．花盆落地的速度大小为40m/s B．花盆落地的速度大小为2m/s C．花盆下落的时间为4s D．花盆下落的时间为2s 【答案】D 【详解】CD．花盆不小心掉下来做落体运动，有 代入数据解得 选项C错误，D正确； AB．花盆落地的速度大小 选项AB错误。 故选D。 3．“自由落体”演示实验装置如图所示，当牛顿管被抽成真空后，将其迅速倒置，管内两个轻重不同的物体从顶部下落到底端，下列说法错误的是（　　） A．真空环境是为了排除空气阻力的影响 B．两物体下落速度的变化相同，与其质量大小无关 C．重的物体先落到底端 D．两个物体同时落到底端 【答案】C 【详解】A．真空环境是为了排除空气阻力的影响。故A正确，与题意不符； B．依题意，两物体均做自由落体运动，根据 可知两物体下落速度的变化相同，与其质量大小无关。故B正确，与题意不符； C．由 解得 可知两物体同时落到底端。故C错误，与题意相符；D正确，与题意不符。 本题选错误的故选C。 4．一个从地面竖直上抛的物体向上经过一个上、下边线间的高度差为2m的窗户用时0.4s，不计空气阻力，重力加速度。下列判断正确的是（　　） A．物体经过窗户中间位置的速度大小为5m/s B．物体先后两次经过窗户上边线的时间间隔为0.6s C．物体运动的最高点距窗户上边线1.25m D．物体先后两次经过窗户下边线的速度改变量为0 【答案】B 【详解】A．根据平均速度公式 因为中间位置的瞬时速度大于中间时刻的瞬时速度即平均速度，所以经过窗户中间位置的速度大于5m/s，故A错误； B．经过窗户上边线的速度 两次经过窗户上边线的时间间隔为 故B正确； C．物体运动的最高点距窗户上边线 故C错误； D．物体先后两次经过窗户下边线的速度大小相等反向相反，变化量不是零，故D错误。 故选B。 二、多选题 5．关于物体做竖直上抛运动的下列说法正确的是（　　） A．上升过程物体做减速运动，下落过程做加速运动，加速度始终不变 B．物体上升到最高点时速度为零，加速度为零 C．上升过程的加速度大于下落过程的加速度 D．物体以初速度抛出，落回抛出点时的速度的大小与初速度的大小相等，加速度也相等 【答案】AD 【详解】AC．竖直上抛运动中所受合外力恒为重力，加速度始终为重力加速度，上升过程物体做减速运动，下落过程做加速运动，故A正确，C错误； B．上升到最高点时合外力不为零，加速度不为零，故B错误； D．根据对称性可知物体以初速度抛出，落回抛出点时的速度与初速度大小相同，方向相反，根据A选项可知加速度相等，故D正确。 故选AD。 6．关于自由落体运动，下列说法正确的是 A．下降相同的高度，速度平方的增加量相等 B．下降相同的高度，速度的变化量相等 C．下降相同的时间，速度的变化量相等 D．下降过程中，速度变化越来越快 【答案】AC 【详解】A. 根据v2=2gh可知，下降相同的高度，速度平方的增加量相等，选项A正确； B. 根据v2=2gh可知，下降相同的高度，速度的变化量不相等，选项B错误； C. 根据v=gt可知，下降相同的时间，速度的变化量相等，选项C正确； D. 下降过程中，因加速度不变，则速度均匀变化，选项D错误. 7．如图所示，将一小球从竖直砖墙的某位置由静止释放。用频闪照相机在同一底片上多次曝光，得到了图中1、2、3…所示的小球运动过程中每次曝光的位置。已知连续两次曝光的时间间隔均为T，每块砖的厚度均为d、根据图中的信息，下列判断正确的是（　　）    A．位置1是小球释放的初始位置 B．位置1不是小球释放的初始位置 C．小球下落的加速度为 D．小球在位置3的速度为 【答案】BCD 【详解】C．根据得，小球下落的加速度 故C正确； D．小球在位置3的速度等于位置2、4段的平均速度，则 故D正确； AB．则小球在位置1的速度为 可知位置1不是小球释放的初始位置。故B正确，A错误。 故选BCD。 三、实验题 8．小明利用手机测量当地的重力加速度，实验场景如图1所示，他将一根木条平放在楼梯台阶边缘，小球放置在木条上，打开手机的“声学秒表”软件，用钢尺水平击打木条使其转开后，小球下落撞击地面，手机接收到钢尺的击打声开始计时，接收到小球落地的撞击声停止计时，记录下击打声与撞击声的时间间隔t，多次测量不同台阶距离地面的高度h及对应的时间间隔t。 （1）现有以下材质的小球，实验中应当选用 。 A．钢球     B．乒乓球     C．橡胶球 （2）用分度值为的刻度尺测量某级台阶高度h的示数如图2所示，则 。 （3）作出图线，如图3所示，则可得到重力加速度 。 （4）在图1中，将手机放在木条与地面间的中点附近进行测量，若将手机放在地面A点，设声速为v，考虑击打声的传播时间，则小球下落时间可表示为 （用h、t和v表示）。 （5）有同学认为，小明在实验中未考虑木条厚度，用图像法计算的重力加速度g必然有偏差。请判断该观点是否正确，简要说明理由 。 【答案】 A 61.20 9.55 不正确，理由见解析 【详解】（1）[1]为了减小空气阻力等误差影响，应该选用材质密度较大的小钢球，故选A。 （2）[2]刻度尺的分度值为1mm，估读到分度值的下一位，由图可知h=61.20cm； （3）[3]根据可知 故在图像中斜率表示重力加速度，则根据图线有 （4）[4]下落过程中声音传播的时间为 则小球下落的时间为 （5）[5]设木条厚度为H，则台阶距离地面的高度h1时的时间为t1，高度h2时的时间为t2；则根据前面的分析有 可知与H无关。 四、解答题 9．一个小球自500m的空中自由下落，不计空气阻力，取g=10m/s2，求： （1）小球落到地面所需时间； （2）小球在开始下落的第1s内通过的位移。 【答案】（1）10s；（2）5m 【详解】（1）取向下为正方向，设经过时间t落到地面，则有 解得 t=10s （2）根据 解得 h1=5m 10．频闪摄影是研究变速运动常用的实验手段。在暗室中，照相机的快门处于常开状态，频闪仪每隔一定时间发出一次短暂的强烈闪光，照亮运动的物体，于是胶片上记录了物体在几个闪光时刻的位置。如图，是实验小组在北京的某实验室，拍摄小球自由下落时的频闪照片示意图，频闪仪每隔闪光一次。照片中的数字是小球落下的距离，单位是厘米。 求：（1）当地的重力加速度大小。 （2）下落到点时物体的速度大小。 （3）若把该实验挪到我国的北极黄河站，开始下落的第一段距离与相比，是变大还是变小，请说明原因。 【答案】（1）；（2）；（3）变大，在地球表面上重力加速度随纬度的升高而变大 【详解】根据题中的图片信息可知 ， ， ， 由匀变速直线运动的推论公式得 代入数值得 （2）由匀变速直线运动的推论公式得 代入数值得 （3）变大，因为在地球表面上重力加速度随纬度的升高而变大。 课 堂 小 结 §2.4 自由落体运动 一、定义与条件 1. 定义：仅受重力，由静止开始下落的运动。 2. 条件：① v₀ = 0； ② 只受重力（理想化模型）。 二、性质：初速度为零的匀加速直线运动。 三、重力加速度 (g) 1. 方向：竖直向下。 2. 大小：通常取9.8m/s² (≈10m/s²)。 特点：随纬度↑而略↑，随高度↑而略↓。 四、运动规律 v = gt h = ½gt² v² = 2gh 五、应用：测反应时间、g值勘探等。 板 书 设 计 §2.4 自由落体运动 作业 布置 1. 基础题：教材P55 【练习】第2、3题（应用自由落体公式进行计算）。 2. 实践题： 【必做】回家后用“反应时间尺”测量至少三位家人的反应时间，写成一份小报告。 【选做】设计一个实验，粗略测量你家所在楼层的高度。（提示：可用小球下落听回声等方法） 3. 阅读与思考：阅读教材P54“伽利略对自由落体运动的研究”，思考：伽利略是如何通过“冲淡重力”的斜面实验来研究自由落体规律的？ 教学反思 本节课以生动的对比实验和厚重的物理学史引入，成功激发了学生的学习兴趣和探究欲望。牛顿管实验的震撼效果有效地帮助学生突破了“重的物体下落快”这一前概念，建立了科学观念。在教学过程中，将实验探究与理论分析紧密结合，通过多种方法测量g值，不仅巩固了旧知，也锻炼了学生的实践能力和数据分析能力。学生在“反应时间尺”的应用活动中参与度极高，真正体会到了学以致用的乐趣。然而，部分学生在将一般匀变速规律迁移到自由落体这一特殊情境时仍显生疏，特别是在解决像“最后2m用时”这类稍复杂的问题时，思维不够灵活。后续需要设置专门的习题课，加强逆向思维和多过程问题的训练。此外，对伽利略科学研究方法的内涵挖掘可以更深，下次可以引导学生更深入地讨论“理想实验”“数学推理”与“实验验证”在物理学发展中的相互关系，进一步提升其科学思维品质。 1 / 1 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $$