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

自由落体运动教案设计 一、教学基本信息 1. 课程名称：自由落体运动 2. 教材版本：人教版（2019）必修第一册第二章 3. 课时安排：1课时 4. 授课对象：高中一年级学生 5. 学科核心素养目标 物理观念：学生能够准确理解自由落体运动的定义、条件及运动性质，熟练掌握重力加速度的概念、方向和大小特点，清晰建立对匀变速直线运动在自由落体场景中的应用认知。 科学思维：通过对亚里士多德和伽利略观点的对比分析，着重培养逻辑推理能力；借助实验设计与数据分析，有效提升归纳总结和科学论证能力，深刻体会“猜想 - 验证”的科学研究方法。 科学探究：积极参与动手小实验和牛顿管演示实验，认真体验实验探究的完整过程，熟练掌握利用打点计时器研究匀变速直线运动的基本方法，切实提高实验操作和数据处理能力。 社会责任：深入感受物理学发展历程中科学家的探索精神，充分激发对物理学科的学习兴趣，逐步养成敢于质疑、勇于创新的科学态度。 二、教学重难点 1. 重点：自由落体运动的定义、条件和运动性质；重力加速度的概念及相关应用；自由落体运动公式的推导与灵活运用。 2. 难点：引导学生推翻“重的物体下落快”的传统错误认知；深入理解自由落体运动是初速度为零的匀加速直线运动的实验验证过程；帮助学生灵活运用自由落体运动公式解决实际问题。 三、教学准备 1. 实验器材：牛顿管（含羽毛、金属片）、打点计时器、纸带、重锤、铁架台、毫米刻度尺、粉笔、纸片、纸团等。 2. 教学资源：多媒体课件（PPT）、伽利略研究自由落体运动的相关史料图片或视频片段。 四、教学过程设计 （一）课堂导入：情境设问，引发思考（5分钟） 1. 教师展示情境：“站在高层建筑物上，让轻重不同的两个物体从同一高度同时落下，你认为哪个下落得快？” 随后邀请学生自由发言，分享自己的观点及依据。 2. 教师引出历史争议：介绍亚里士多德“重的物体下落快”的传统观点，该观点与学生日常生活中的部分直观感受相符；再引出伽利略的质疑，制造认知冲突，激发学生的探究欲望，进而导入本节课课题——自由落体运动。 （二）探究新知：实验探究 + 逻辑推理，突破重难点（30分钟） 1. 破除错误认知：物体下落快慢与质量的关系（8分钟） 动手小实验：组织学生分组进行以下实验，仔细观察实验现象并记录： 实验1：将一张纸和一只粉笔从同一高度同时由静止释放。 实验2：将同质量的纸团和纸片从同一高度同时由静止释放。 实验3：将两张同质量纸片叠放，第三张同质量纸片卷成团，从同一高度同时由静止释放。 现象分析：引导学生交流实验现象——实验1中粉笔下落快，实验2和实验3中纸团下落快。接着提出问题：“物体下落的快慢是否与质量有关？影响物体下落快慢的可能因素是什么？” 逻辑推理：结合实验现象，师生共同分析得出结论：物体下落的快慢与质量无关，影响落体运动快慢的关键因素是空气阻力的作用。 2. 自由落体运动的定义与条件（5分钟） 牛顿管演示实验：教师操作牛顿管实验，分别展示管内空气较多和空气极少（近似真空）时，羽毛和金属片的下落情况。学生观察到空气较多时两者下落快慢差异明显，空气极少时下落几乎一样快。 概念提炼：基于实验现象，教师给出自由落体运动的定义：物体只有在重力作用下从静止开始下落的运动，叫做自由落体运动。同时明确其两个条件：①只受重力作用；②从静止开始，初速度为0。 实际应用说明：补充说明在实际问题中，若空气阻力与其重力相比很小，可以忽略不计，则物体的下落可近似看作自由落体运动，如苹果落地、雨滴下落（忽略空气阻力时）等。 3. 自由落体运动的运动性质（7分钟） 提出猜想：通过牛顿管实验，学生观察到物体下落速度越来越快，引导学生猜想自由落体运动的性质——可能是初速度为零的匀加速直线运动。 实验设计：明确验证思路：若自由落体运动是初速度为零的匀加速直线运动，则应满足两个规律：①v - t图像斜率不变；②任意相邻相等时间间隔内的位移之差是一个常数，即。 实验方案：介绍实验装置——打点计时器固定在铁架台上，纸带一端系着重物，另一端穿过计时器。启动打点计时器后松手，重物自由下落，计时器在纸带上留下点迹。改变重物质量重复实验。 数据处理与结论：展示实验测得的纸带数据，引导学生通过计算位移差或绘制v - t图像，验证猜想。最终得出实验结论：自由落体运动是初速度为零的匀加速直线运动，且加速度恒定（与物体质量无关）。 4. 重力加速度（5分钟） 概念定义：教师给出重力加速度的定义：物体只在重力作用下的加速度，叫作自由落体加速度，也叫作重力加速度，用符号g表示。明确其方向为竖直向下。 大小规律：展示不同纬度地区的重力加速度数值表，引导学生观察并总结规律：①地球上不同地方重力加速度的值大小不同，赤道处g值较小，南北极g值较大；②一般取值，有时根据题目要求可取；③标准值。 课堂练习：完成一道关于重力加速度的选择题，巩固对重力加速度矢量性、大小分布规律的理解。 5. 自由落体运动的公式（5分钟） 公式推导：强调自由落体运动是初速度为零的匀加速直线运动，因此匀变速直线运动的公式适用于自由落体运动。将匀变速直线运动公式中的、、（下落高度）代入，推导得出自由落体运动的公式： · 速度公式： · 位移公式： · 速度 - 位移公式： 公式说明：解释各公式中物理量的含义，明确h为下落的高度，v为某时刻的瞬时速度，t为下落时间。 （三）学以致用：课堂练习 + 实践拓展（7分钟） 1. 基础练习题：安排学生完成2道课堂练习题，巩固所学知识： 题1：从空中某处相隔1秒先后让两个小球作自由落体运动，则在空中下落过程中，两球间的距离和速度之差的变化情况是（ ） A．距离保持不变，速度之差保持不变 B．距离逐渐增大，速度之差保持不变 C．距离逐渐增大，速度之差逐渐增大 D．距离保持不变，速度之差逐渐增大 题2：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．自由落体运动是初速度为零、加速度为g的匀加速直线运动 C．质量大的物体自由落体加速度大 D．自由落体运动中，物体的速度与时间成正比 2. 实践拓展：提出问题：“你是否可以用一把测长度的刻度尺改造成一把测‘人反应时间的测量尺’呢？” 引导学生思考：根据自由落体运动的位移公式，若已知物体下落的高度h（由刻度尺测量），可计算出下落时间t，该时间即为反应时间。鼓励学生课后尝试制作。 （四）课堂小结与作业布置（3分钟） 1. 课堂小结：师生共同回顾本节课重点内容：自由落体运动的定义、条件、运动性质；重力加速度的概念、方向和大小；自由落体运动的公式及应用。同时简要介绍伽利略对自由落体运动的研究方法——发现问题、提出假设、逻辑推理、实验验证、修正推广，强调科学探究的严谨性和逻辑性。 2. 作业布置： 基础作业：教材课后相关练习题，巩固自由落体运动公式的应用。 拓展作业：查阅伽利略研究自由落体运动的相关史料，撰写一篇简短的科普短文，介绍其研究过程和科学意义。 实践作业：利用刻度尺制作“反应时间测量尺”，并与同学相互测量反应时间，记录数据并进行简单分析。 五、板书设计 自由落体运动 1. 核心争议：重的物体下落快？（亚里士多德）→ 轻重物体下落一样快（伽利略） 2. 影响因素：空气阻力（主要） 3. 自由落体运动 定义：只受重力、从静止开始的下落运动 条件：①只受重力；②初速度 性质：初速度为零的匀加速直线运动 4. 重力加速度（g） 方向：竖直向下 大小：（常用），随纬度增大而增大 5. 运动公式 速度： 位移： 速度 - 位移： 6. 伽利略研究方法：发现问题→提出假设→逻辑推理→实验验证→修正推广 学科网（北京）股份有限公司 $