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

第4节　自由落体运动 教学分析 · 教学目标 1.通过自主阅读教材并结合生活实例，让学生了解亚里士多德关于运动的主要观点。 2.通过阅读教材，让学生了解并体会伽利略研究自由落体运动的实验和推理方法。认识伽利略对物体运动的研究在科学发展和人类进步上的重大意义。 3.通过实验探究自由落体运动,体会基于事实证据和科学推理对不同观点和结论进行质疑、分析和判断的科学探究方法,并知道物体做自由落体运动的条件。 4.通过实验,探究自由落体运动的规律,让学生知道重力加速度的概念,掌握其大小、方向,知道地球上不同地点的重力加速度可能会不同。 · 教学重难点 重点:自由落体运动的概念以及探究自由落体运动的过程。 难点:理解并运用自由落体运动的条件及规律解决实际问题。 · 教学方法 探究法、讲授法、讨论法 · 课时安排 1课时 · 教学准备 刻度尺、橡皮、纸片、牛顿管、多媒体辅助教学设备、学案等。一、情境导入教学设计 【游戏导入】 展示课前设计制作好的“反应时间尺”,一般刻度尺是用来测量长度的,这把尺子很神奇,不仅能测量长度,还能测量大脑反应时间,选一名学生上来测反应时间,学生抓住尺的同时就报出其反应时间,也可采用“比比谁的反应时间短”的方式调动学生的学习积极性,通过课前小游戏,为本节课的学习埋下伏笔。 【提出问题】 反应时间尺的原理是什么? 二、新课讲授 (一)自由落体运动 【实验展示】 生活中,有不同的下落运动,雪花的飘落,雨滴的下落,果子的掉落,树叶的飘落,果子的掉落显然比树叶的飘落更快一些,难道是重的物体下落快轻的物体下落慢吗? 实验1:让重的橡皮和轻的纸片同时下落,观察哪个下落快? 【教师总结】 橡皮下落快。两千多年前,古希腊哲学家亚里士多德也持有这一观点,亚里士多德很早就对这一现象进行研究,这本身值得我们尊敬,但这个观点是否正确呢? 实验2:两张相同材质的纸一张大的一张小的,显然小的轻一些,把小的纸片团成纸球,然后让它们同时下落,观察哪个下落快? 【教师总结】 发现轻的物体比重的物体下落快,亚里士多德的观点是不正确的。 实验3:用橡皮和纸团同时释放看一看哪个下落快? 【教师总结】 发现下落快慢差不多。 【提出问题】 为什么有时重的物体下落快，有时轻的物体下落快，有时两者下落一样快? 【学生回答】 由于空气阻力的影响,使得物体下落的快慢不同。 【实验展示】 用牛顿管演示物体在空气中和真空中的下落情况,引导学生得出自由落体运动的条件。 实验4:用牛顿管制造出真空状态让轻的羽毛和重的铁片同时下落,观察哪个下落快? 【教师总结】 发现下落快慢是相同的。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。如果空气阻力的作用比较小,可以忽略,物体从静止开始的下落可以近似看作自由落体运动。 【提出问题】 自由落体运动是一种什么样的运动?怎样直观地记录下它运动的轨迹? 【学生回答】 思考并提出自己的猜想。 【实验展示1】仿照前面对小车运动的研究，利用打点计时器研究自由落体运动的规律。1.实验步骤： 1 如图所示，固定打点计时器，纸带一端系着重物，另一端穿过打点计时器。 ②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，取下纸带。 ③改变重物的质量，重复上面的实验。 2.处理纸带： 位置 1 2 3 4 5 6 长度 x1 x2 x3 x4 x5 x6 各段长度 0~2 1~3 2~4 3~5 4~6 时间间隔 v/(m·s-1) 3.作出重物运动的v-t图像 定标度、描点、连线。 4.实验结论 【提出问题】 观察小组绘制的图线，你能看出物体做自由落体运动的速度随时间是如何变化的吗？能计算出重物下落的加速度吗？ 【学生回答】学生小组讨论后回答，其他小组进行补充。 【教师总结】 小车的速度随时间均匀增加。加速度g=9.87m/s2。 【实验展示2】 在智能手机上安装名为“phyphox”的软件app,就可以用手机来测自由落体加速度了。随着科技的进步,许多智能手机都有加速度传感器,用手托着手机,打开加速度传感器,手掌迅速向下运动,让手机脱离手掌而自由下落,然后接住手机,观察屏幕上的加速度传感器图线。 (二)自由落体加速度 【自主学习】 阅读课本“自由落体加速度”的内容,回答问题。 【提出问题】 自由落体运动的加速度在各个地方相同吗?重力加速度的方向如何? 【学生回答】 根据表中数据,尝试归纳重力加速度的变化规律。 【教师总结】 自由落体加速度符号为g。自由落体加速度大小与地点有关,一般计算中g取9.8 m/s2,粗略计算中g可以取10 m/s2。自由落体加速度方向为竖直向下(与重力方向一致)。 说明: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的基本公式及其推论都适用于自由落体运动。 (三)自由落体运动规律及其应用 【提出问题】 前几节学习过的匀变速直线运动表达式是什么? 【学生回答】 v=v0+at,x=v0t+at2,v2-=2ax。 【科学推导】 请同学们根据自由落体运动的运动特点,推导自由落体运动规律。 【学生推导】 v=gt,h=gt2,v2=2gh。 【提出问题】 如果给你一把尺子能否运用本节所学知识测量一下你的反应时间?你的理论依据是什么? 说明:建议学生课下测出自己的反应时间,将自己的尺子改造成“反应时间尺”并将其运用到实际生活中。 【学生回答】 思考后解释原理,从而明白了上课一开始的“反应时间尺”的原理。 三、例题展示 【例题】从离地面500 m的空中自由落下一个小球,忽略空气阻力,g取10 m/s2,求: (1)经过多长时间落到地面; (2)自开始下落计时,在第1 s内的位移大小、最后1 s内的位移大小; (3)下落时间为总时间的一半时的位移大小。 例题分析 由h=500 m和自由落体加速度,根据位移时间公式可直接算出落地时间。根据运动时间,可算出第1 s 内位移和落下一半时间的位移。最后1 s内的位移是下落总位移和前(n-1) s下落位移之差。 例题解答 (1)由h=gt2,得落地时间t==10 s。 (2)第1 s内的位移h1==5 m 因为从开始运动起前9 s内的位移h9==405 m 所以最后1 s内的位移h10=h-h9=500 m-405 m=95 m。 (3)落下一半时间即t'=5 s 其位移h'=gt'2=125 m。 本知识点设计说明 明确自由落体运动规律,灵活掌握公式的应用方法,学会对研究对象的过程进行分析。 【变式训练】 一个自由下落的物体,它在最后1 s的位移是35 m,则物体落地速度是多大?下落时间是多少?(g取10 m/s2) 答案 40 m/s　4 s 评价反馈 1.关于自由落体运动,下列说法正确的是(　　) A.物体从静止开始下落的运动就是自由落体运动 B.如果空气阻力比重力小得多,空气阻力可以忽略不计,这时由静止开始下落的运动是自由落体运动 C.一个棉花团由静止开始下落的运动是自由落体运动 D.雨滴经过窗子的这段运动可以看成是自由落体运动 答案 B 2.关于自由落体运动的加速度g,下列说法正确的是 (　　) A.重的物体g值大 B.同一地点,轻、重物体的g值一样大 C.g值在地球上任何地方都一样大 D.g值在赤道处大于北极处 答案 B 3.(多选)物体从离地面45 m高处做自由落体运动(g取10 m/s2),则下列说法正确的是(　　) A.物体运动3 s后落地 B.物体落地时的速度大小为20 m/s C.物体在落地前最后1 s内的位移为25 m D.物体在整个下落过程中的平均速度为20 m/s 答案 AC 4.屋檐定时滴出水滴,水滴做自由落体运动,当第5滴正欲滴下时,第1滴已刚好到达地面,而第3滴与第2滴正好分别位于高1 m的窗户的上、下沿,如图所示,g取10 m/s2,问: (1)此屋檐离地面多高? (2)滴水的时间间隔是多少? 答案 (1)3.2 m　(2)0.2 s 【反馈深化】 题号 1 2 3 4 考查点 理解自由落体运动定义 理解自由落体加速度定义 自由落体运动规律 自由落体运动综合应用问题 典型共 性错误 概念不清 概念不清 计算错误 理解应用不到位 教师讲 解要点 建立清晰概念 建立清晰概念 公式应用 运用自由落体运动规律解决问题的方法步骤 课堂小结 [教师引导]通过今天的学习你都收获了什么?印象最深刻的是什么?还有哪些疑问和不解?（静思3分钟） 教师提问,倾听学生回答,适当提示,适时指正。 [学生总结]学生自主思考总结本节内容，并展示自己对课堂中哪些模块的内容尚有疑惑。 [教师引导]对同学们自己提出的疑惑，课下和其他同学交流看是否能解除疑惑，不能解决的疑惑可以询问老师。 布置作业 【掌握巩固】 完成课本课后习题和学案。 板书设计 第4节　自由落体运动 一、自由落体运动 1.定义:物体只在重力作用下从静止开始下落的运动 2.运动性质:初速度为零的匀加速直线运动 二、自由落体加速度(重力加速度) 1.大小: 通常情况下g取9.8 m/s2,在进行估算时g取10 m/s2 2.方向:竖直向下 三、自由落体运动规律 v=gt,h=gt2,v2=2gh 教学反思 （请从以下几个方面对本节课做出反思） 课程设计 学生引导 教材挖掘 作业设计 自我鉴定 备课资源 物体只在重力的作用下从静止开始下落的运动,叫作自由落体运动。自由落体运动是一种理想状态下的物理模型,因为实际中有空气阻力作用,而自由落体运动的加速度被视为重力加速度g,是忽略了空气阻力的理想状态。所谓建立理想化物理模型,是指一个客观的事物,只考虑事物本身及其影响的主要因素,而忽略其次要因素,从而对客观事物的存在条件、属性、状态等的一种理想的想象,也可以叫作“建模”。 竖直上抛运动也是一种理想状态下的物理模型: 1.只受重力作用,初速度方向竖直向上的运动叫作竖直上抛运动。 2.竖直上抛运动的特点:(1)上升阶段,速度越来越小,加速度与速度方向相反,是匀减速直线运动;(2)下降阶段,速度越来越大,加速度与速度方向相同,是匀加速直线运动;(3)在最高点速度为零,但加速度仍为重力加速度g,所以物体此时并不处于平衡状态。 3.竖直上抛运动的规律:(1)速度公式为v-v0=gt;(2)位移公式为h=v0t+gt2;(3)速度—位移关系式为v2-=2gh。 4.几个特征量:(1)上升的最大高度hmax=;(2)上升到最高点所需时间t上和由最高点处落回原抛出点所需时间t下相等,即t上=t下=。 5.竖直上抛运动的对称性:(1)物体上升到最高点所用时间与物体从最高点落回到原抛出点所用时间相等;(2)物体在上升过程中从某点到达最高点所用的时间和从最高点落回该点所用的时间相等;(3)物体上抛时的初速度与物体又落回原抛出点时的速度大小相等、方向相反;(4)在竖直上抛运动中,同一个位置对应两个等大、反向的速度。 第 1 页 共 8 页 学科网（北京）股份有限公司 $