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

该高中物理教学设计聚焦自由落体运动的定义、条件、性质及规律，通过“羽毛球和铁球下落”实验引发认知冲突，承接匀变速直线运动知识，作为特例复习巩固，搭建从生活现象到物理模型的学习支架。 以科学探究为主线，融合科学思维与生活实践。通过伽利略逻辑推理否定“重快轻慢”、牛顿管对比实验突破难点，分组用打点计时器完成完整探究，结合“反应尺”应用实现学以致用。教师依托问题驱动提升互动，学生通过操作与分析深化物理观念，培养严谨探究能力。

教材分析 《自由落体运动》是物理必修一第二章第四节的内容。本节内容是在学生学习了运动学的知识后编排的，是匀变速直线运动的特例。通过对自由落体运动的研究一方面是对前面知识的复习和巩固，同时也加强了课本与实际生活的联系。另一方面通过实验培养学生的自主、合作、探究的科学研究方法，为学生的终身发展打下了良好的基础。因此本节课是本章知识的复习课，培养学生思维的研究课，联系生活的应用课，也是后面课程的知识准备的垫底课。所以本节课在本章中具有重要的地位和作用。 学情分析 1.从学生知识的角度来说，学生在刚学完匀变速直线运动的规律后，急需一次真正的实践去更深刻的理解匀变速直线运动的规律，而对自由落体运动的研究，恰恰适应了学生的这一要求，在本节课的学习中，要让学生的认识有进一步的提高，在知识的掌握和理解上更深一层。 2.从实验的技能上说，在前面的教学中，学生已经初步掌握了匀变速直线运动的规律，并利用电火花打点计时器研究过匀速直线运动和匀变速直线运动，同时对物理学中的理想模型有了一定的认识，具备了初步的逻辑思维能力和实验设计能力。因此在学习过程中，要让学生主动参与，设计实验，注重搜集和处理信息。 教学设计理念 本节课一开始从生活实践出发，结合学生在实际生活中的观察，进行推理产生矛盾，接着进行实验，给以学生足够的感性认识，在感性认识和理性认识中，学生建立自由落体的概念，初步了解自由落体运动。接着，通过实验让学生自主探究自由落体运动所遵循的规律，探究过程中引导学生经历科学探究过程。最后通过自由落体运动规律的应用，加深了学生对自由落体运动的认识。在本节课的设计中再次利用打点计时器来研究物体的运动，体现了物理知识在生活实际中的运用。 核心素养 1.物理观念和应用  （1）理解自由落体运动和自由落体运动性质和重力加速度和重力加速度大小、方向；  （2）掌握自由落体运动的规律；  2.科学思维和创新  （1）培养学生分析和综合、推理和判断等思维能力。 （2）加强感性认识，进一步上升到理性认识 3.科学探究和交流 （1）经历实验观察、实例探究讨论交流的过程，体验自由落体运动现象。 （2）经历实验探究过程，体会科学探究的方法，领略运用匀变速直线运动规律解决实际问题的方法。 4.科学态度和责任 （1）体会生活中的自由落体运动现象，生成“学以致用”的思想，激发学生的学习热情。 （2）体验自主学习过程，养成乐于细心观察、勤于思考和相互交流的学习习惯和合作精神。 教学重点 1.理解什么是自由落体运动及自由落体运动的条件。 2.理解自由落体运动的规律。 教学难点 1. 对物体下落快慢影响因素的探究。 2. 对自由落体运动的运动性质的分析。 3. 对自由落体运动的规律应用。 教学策略 1．以问题解决为主的教学策略 通过“羽毛球和铁球下落”小实验引出本节课题，激发学生的学习兴趣,通过观察牛顿管实验，引导学生发现直觉经验和逻辑推理的矛盾，激发好奇心与探究欲望，明确本节的研究目标，通过用旧知识解决新问题，体验成功的愉悦。 2．以合作探究为主的教学策略 在探究自由落体的运动性质时采取了分组实验的形式，让学生经历实验的设计、操作和测量，处理实验数据的过程。让学生在师生和谐、互动的氛围中，愉快地、自然地、主动的探究新知识，通过学习，培养学生辨证思维的方法和能力，以及严谨的治学精神。 采用：“结合生活提问—直观演示—分析讨论—实验探究—揭示规律—巩固知识”并辅以现代教育教学手段等多种形式的综合启发式教学。 教学用具 1、演示实验：羽毛球、铁球、纸片、牛顿管、抽气机、多媒体设备； 2、分组实验：打点计时器、纸带、交流电源、刻度尺、铁架台。 教学过程 教师活动 学生活动 设计目的 新课引入 师：（1）通过“羽毛球和铁球下落”小实验引入本节课学习内容 请同学思考“羽毛球和铁球同时下落，谁下落得快？”并观看采访视频。请同学说出自己的想法，并上台做该实验验证猜想。得出确实铁球下落的更快一些。 师：是不是真的就是说重的物体下落的就要快一些呢？带着这样的问题进入今天的新课：自由落体运动 生：思考羽毛球和铁球哪个下落的快，并让学生发表看法并动手实验验证。 引发学生学习兴趣，引入新课 一、自由落体运动的定义 （2）问题的产生：重的物体下落的就要快一些吗？ 师生：回忆伽利略通过逻辑推理和实验相结合的方法对“重的物体下落得快”这一论断提出否定。 逻辑的力量：把重的物体和轻的物体捆绑在一起，下落的速度是变快了还是变慢了吗？ 引导学生讨论思考，产生矛盾： 讨论一：捆绑之后，质量变大，应该下落得更快； 讨论二：原来A物体下落得快，B物体下落得慢，捆绑之后应该下落快慢介于二者之间，比原来的A慢，比原来的B快！ 矛盾：重的物体下落得快，轻的物体下落得慢——不正确，影响物体下落快慢程度的不是质量。 （这里应该着重让学生了解伽利略对运动的研究那一种逻辑推理与实验相结合的方法） 思考：能不能用实验的方法否定“物体越重，下落越快”呢？ 通过纸片与纸团实验——将一张完整的纸和一张裁一半的纸分别以纸片和纸团的形式释放，观察其运动快慢。 师生：空气阻力影响了物体的下落。 师：若没有空气阻力的影响，物体仅受重力作用时，轻重不同的物体下落快慢如何？ 师：演示牛顿管实验 演示一：管内大部分空气抽走时，轻重物体下落的快慢？ 演示二：管内充满空气时，轻重物体下落的快慢？ 学生通过对比观察证实猜想：空气阻力影响了物体的下落，在没有空气阻力的情况下，不同质量的物体下落得一样快。 播放视频：加油向未来中的大型牛顿管实验 学生观看视频并结合上述实验：讨论出自由落体运动的概念。 （3）自由落体运动的概念 ①定义：物体只在重力作用下从静止开始下落运动，叫自由落体运动。 ②条件：a、初速度为零 b、只受重力 （说明“自由落体运动”是理想化模型，实际生活中在重力比阻力大得多的情况下，可以忽略阻力的影响。使学生了解突出主要因素，忽略次要因素的哲学思想。） 生：学生观察重的物体下落快，轻的物体下落慢。 学生就地取材做实验：重的物体下落快现象的实验。 生：学生参与分析伽利略的逻辑石头下落快慢实验。 生：思考为什么纸团比纸片下落更快。 生：观察有空气和抽掉空气时羽毛和金属片下落快慢。 培养学生的逻辑思维能力。 培养学生研究问题知道忽略什么和重视什么同样重要的研究方法。体会伽利略不迷信权威，勇于探索真理的科研究精神。培养学生细心的观察能力，对比研究问题能力。 激发学生的好奇心，树立为科学而奋斗的精神。 给出自由落体运动的定义 二、自由落体运动的性质 师：请同学们思考一下几种运动可否近似看作自由落体运动？ 树叶落下（不能）：因为它受到的空气阻力不能忽略。 扣篮后篮球的下落（不能）：通过自由落体运动的条件来判断，扣篮的时候篮球有一个初速度，不满足条件；下落的时候还是有一个空气阻力，我们不能忽略。 高空跳伞（不能）：因为当降落伞打开之后，就会有很大的空气阻力。 重锤的下落（能）：它的空气阻力相对比较小，可以近似地把它看成自由落体运动。 师：重锤的下落是越来越快的，所以自由落体运动是一种加速直线运动。那么，它是不是我们之前学的匀加速直线运动呢？ （1）猜想并设计实验原理：自由落体运动是一种匀加速直线运动。 学生猜想：根据前面的实验，自由落体运动是一种匀加速直线运动。 问题导学：怎么证明你的猜想，如果进行实验验证，设计实验的依据（实验原理）又是什么？ 学生温习回顾匀加速直线运动的知识： 作V—t图像，看图像是否一条倾斜直线。 （2） 实验方案的确定： （3）进行实验，数据处理（数据处理示例） 重物自由下落时用打点记时器打出的纸带 B、作V—t图像，看图像是否一条倾斜直线来判断。 位置编号 0 1 2 3 4 5 位置坐标/m 0 v/（m·s-1） ( t/ s v/(m .s -1 ) ) ( ) 通过实验，经数据验证，假设成立。此过程中要充分发挥学生学习自主性、积极性，让学生充分讨论、教师通过excel表格作图让学生直观得感受图像，进行适当的引导，让学生自己分析得出结论，形成以学生为主，教师为辅的课堂教学模式，充分发挥学生的主动性！ 师：自由落体性质：自由落体运动是初速度为零的匀加速直线运动。 生：思考，回答 生：要尽量减少阻力 生：操作，打纸带 生：操作，标出计数点 生：两点时间0.02s。 生：两点的距离可以用直尺测。 生：求每一点的速度。画v-t图。看是否是一条倾斜的直线 生：自由落体性质：自由落体运动是初速度为零的匀加速直线运动。 经历一个完整的实验探究过程。从提出问题、做出猜想、理论探究和实验探究到得出结论。 准确地得到结论 教学设计补充、自由落体运动加速度 3.自由落体加速度 师：如何计算自由落体的加速度大小呢？ 学生动手计算，分享计算结果 师：大量精确的实验表明，在同一地点，一切物体自由下落的加速度都相同，自由落体加速度，也叫重力加速度，用g表示。 思考：请阅读课本49页，试回答：地球表面不同，地方g值相同吗？你发现了什么规律？ 学生总结可得：地球上不同地方，重力加速度不同， 从赤道到两极，重力加速度逐渐增大。 一般g取9.8m/s2或10m/s2。 生：用a=k（算斜率）求加速度 生：纬度越高，g越大。 形成自由落体运动加速度的观念，知道自由落体加速度在各点有差异 教学设计补充、自由落体运动的规 律 4、自由落体运动的规律 师：问题导学：根据匀加速直线运动的规律推 导出“自由落体运动”的规律？ 学生推导：变速运动规律 自由落体运动规律 生：对比匀加速直线运动公式，自己写出自由落运动公式。 形成自由落体运动规律的观念。 五、课堂小结 通过这一节课的学习，我们得到了哪些收获呢？ 师： 生：总结本节课学习内容 培养总结问题的能力，形成知识结构 六、学以致用 思考自由落体运动对“反应尺”的应用： 让学生课下去测一测反应时间。 生：分析， 课后 操作 学以致用，从课堂走向社会 七、板书设计计 影响物体下落快慢的因素 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运动，叫自由落体运动。 2、条件：a、初速度为零 b、只受重力 3、性质：自由落体运动是初速度为零的匀加速直线运动。 自由落体加速度 ：自由落体的加速度叫做自由落体加速度，也叫重力加速度，符号g，一般g取9.8m/s2 粗略取10m/s2。 4、规律： 八、教后反思 本节课从生活实践出发，结合学生在实际生活中的观察，在课堂教学上首先，通过“羽毛球和铁球下落”小实验，给学生以直观的感受，创设学习的良好情景,教师引导学生观察、思考，目的是激发学生探究的兴趣、活跃课堂的气氛，让学生思考、讨论。运用了学生分组实验探究自由落体运动的性质，培养学生处理数据、分析实验数据的能力，先学生通过实验自己得出结论，得出自由落体运动的性质。但是，本节课没有让学生深入了解伽利略的逻辑推理和实验相结合的方法。我们应让学生去感悟伽利略的伟大之处。并了解推理与实验相结合的方法对近代物理学发展的重要性（创造了一套对近代科学的发展极为有益的科学方法，发展了人类的科学思维方式和科学研究方法，为物理学的研究奠定了基础）。同时，本堂课没有通过实验进一步将自由落体加速度以及自由落体运动的规律探究出来，使本堂课内容深度大大减少。 学科网（北京）股份有限公司 $