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，通过“伽利略手稿失窃案”情境导入，衔接匀变速直线运动知识，为平抛运动铺垫，帮助学生构建从定义、规律到重力加速度的完整认知。 以探案为主线，设计青铜砝码对比实验、phyphox测g等数字化探究，落实科学探究。结合伽利略斜面实验培养科学思维中的合理外推，结案复盘联系法律增强科学态度与责任，为教师提供创新情境与实操流程，提升课堂效率与素养培养。

《自由落体运动》教学设计 【课标解读】 依据《普通高中物理课程标准（2017年版2025年修订）》要求，本节课的核心是通过实验，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。课程强调培养学生物理学科核心素养，要求学生经历科学探究过程，同时了解伽利略的实验研究方法及其对科学发展的意义，落实立德树人根本任务。 【教材分析】 本节课选自高中物理必修一第二章第5节，是匀变速直线运动规律的重要应用，起到承前启后的作用。学生已掌握匀变速直线运动的速度、位移公式，为推导自由落体运动规律奠定理论基础，为后续学习平抛运动做铺垫，同时也是理解重力、加速度等概念的关键载体。 【学情分析】 1.知识基础：掌握匀变速直线运动的基本公式，了解实验探究的基本流程，但对“理想化模型”（忽略空气阻力）的理解仍需深化。 2.认知误区：受日常经验影响，多数学生潜意识认同“重的物体下落快”的错误观点，需通过实验打破固有认知。 3.能力特点：对“间接验证”“合理外推”等科学方法的理解和运用能力较弱。 4.学习兴趣：学生对“探案”“破解线索”等情境化学习形式兴趣较高，可借助这一特点激发主动探究的积极性。 【教学目标】 （一）物理观念 1.理解“自由落体运动”是理想化模型，区分自由落体运动与实际落体运动的差异。 2.建立重力加速度的认知。 （二）科学思维 1.分析“重快轻慢”谬误与实验现象的矛盾，培养质疑、批判的思维习惯。 2.结合伽利略斜面实验，理解“转换变通”“合理外推”的思维方法。 （三）科学探究 1.参与“破解青铜砝码”实验，设计有无空气阻力的对比方案，记录现象，提升实验设计能力。 2.运用phyphox手机传感器测量重力加速度，培养用数字化工具收集、处理数据的能力。 3.跟随“探案”任务的科学探究流程，体验完整探究过程。 （四）科学态度与责任 感受伽利略突破谬误的勇气，树立“尊重事实、敢于质疑”的科学态度，感受物理学对人类认识自然的推动作用，增强科技强国的责任感。 【教学重难点】 1. 重点：自由落体运动的定义、特点、性质及规律；自由落体加速度；伽利略探究自由落体运动的科学方法。 2.难点：理想化模型的建构（忽略空气阻力的条件）；伽利略斜面实验的推理逻辑与对合理外推思想的理解。 【教学方法】 1. 情境教学法：以“伽利略手稿失窃案”为贯穿始终的情境，激发学生探究兴趣。 2. 数字化辅助法：利用phyphox手机传感器测量重力加速度，突破传统实验限制，体现课标“信息技术赋能教学”的要求。 【教学过程】 （1） 情境导入 呈现“佛罗伦萨博物馆手稿失窃”情境，寻找现场留下的线索，分配角色，发放探案包。 设计意图：通过“探案”情境打破传统课堂的枯燥感，角色分配明确学生职责，激发学生的代入感和主动参与意识，为后续探究环节奠定基础，初步培养学生的团队协作意识。（科学态度与责任） （二）探究新知 线索1：破解“青铜砝码”——揭穿“重快轻慢”伪证 ①线索解读 设计意图：由伽利略的假设与亚里士多德的结论出现矛盾，初步引发认知冲突，培养质疑思维（科学思维）。 ②实验探究： 1.实验一（空气中）： 2.实验二（模拟真空）：重复释放铁球和羽毛，学生观察到真空中“两者同时落地”。 •得出结论：师生共同总结“物体下落快慢与质量无关，差异由空气阻力造成”，揭穿窃贼“重快轻慢”伪证，投影证物卡一，伽利略手稿（一）（“无空气阻力时，轻重物体同时落地”）。 •建构概念：结合实验结论，明确自由落体运动的定义和特点，强调“理想化模型”的适用条件（空气阻力远小于重力时可近似看作自由落体），深化物理观念与科学思维。 设计意图：通过对比实验，让学生直观感受空气阻力的影响，构建自由落体运动概念（物理观念）；实验设计与操作过程提升科学探究能力，同时通过修正错误认知培养科学思维。 线索2：破解“斜面图纸” ①线索解读：展示斜面图纸，引导学生回忆教材P53-54，梳理伽利略探究落体运动的流程（提出问题→猜想假设→数学推理→实验验证→合理外推→得出结论），体验科学探究过程（科学探究）。 •分析“困难一（速度无法直接测量）”：引导学生思考伽利略的解决方法，将“测速度”转化为“测位移和时间”，体会“间接验证”思想（科学思维）。 •分析“困难二（下落时间太短）”：讲解“冲淡重力”方法（用斜面减小加速度，延长运动时间），展示不同倾角斜面的实验数据（质量不同小球同一斜面加速度相同，倾角越大加速度越大），引导学生“合理外推”：当倾角为90°时，斜面运动即为自由落体运动，且加速度恒定（科学思维）。 •得出结论：落体运动下落距离与时间的平方成正比，即速度与时间成正比，物体下落的过程是一个速度随时间均匀增大的过程。投影伽利略手稿（二）（斜面实验报告）。 设计意图：通过梳理伽利略的探究流程，让学生体会科学方法的形成过程。（科学思维）伽利略虽然没有得出落体运动下落距离与时间的平方的比值，但对科学发展和人类进步作出了巨大贡献，为他写诗进行歌颂，学习伽利略的科研精神。 ②实验验证：用tracker软件分析自由落体运动的视频轨迹，生成“位移-时间”图像（抛物线）， •建构概念：重力加速度：结合实验数据介绍重力加速度g（大小9.8m/s²，方向竖直向下），展示不同纬度g值表格，引导学生总结“纬度越高，g值越大”规律；指导学生用phyphox手机APP实测g值，加深对重力加速度的认知（物理观念），提升数字化实验能力（科学探究）。 设计意图：借助软件分析和手机实测，将抽象的“匀加速”转化为直观的数据证据，突破“合理外推”的难点（科学探究）；同时深化自由落体运动的物理观念，理解重力加速度的特点。 线索3：破解“加密字条”——还原“位移公式”真相 ①线索解读：展示加密字条，结合前2个证物。 设计意图：引导学生回忆匀变速直线运动位移公式，建立知识间的联系。 投影伽利略手稿（三），确认“加密字条”答案。 设计意图：引导学生回忆匀变速直线运动位移公式，建立知识间的联系。 •公式推导：学生小组合作，将v0=0、a=g代入公式，完成规律对比表格，提升逻辑推导能力（科学思维）。 设计意图：通过“公式推导”衔接已有知识（匀变速直线运动）与新内容（自由落体），帮助学生构建完整的运动规律体系（物理观念）。 （三）结案复盘 1.线索复盘：每组证据整合员手持3份证据卡，汇报《破案报告》，核心内容包括：①自由落体运动的定义和特点；②自由落体运动的规律（公式、g值）。 2.还原真相：展示窃贼留言（“鸡蛋高空抛物砸伤管理员，趁机偷手稿”），结合《治安管理处罚法》第43条（高空抛物违法），讨论“自由落体运动与高空抛物的联系”，引导学生认识物理知识的社会意义，增强社会责任意识（科学态度与责任）。 3.学生分享：邀请学生分享“作为侦探，本节课印象最深刻的地方”（如实验现象、科学方法、社会责任等），促进思维碰撞，深化核心素养认知。 4.教师总结： （四）不留名的战书（作业布置） 鼓励学生课后用自由落体规律解释“雨滴下落”“蹦极下落”等生活现象，尝试设计测量楼高的实验方案。 设计意图：通过课外延伸任务激发学生持续探究的兴趣，进一步培养核心素养。 【板书设计】 1 学科网（北京）股份有限公司 $