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

教 学 设 计 课题名称 自由落体运动 一、教材内容分析 《自由落体运动》是高一物理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基础课。所以本节课在本章中具有重要的地位和作用。 教学重点：自由落体运动的性质和规律。 教学难点：设计实验并验证自由落体运动为匀变速直线运动。 二、教学目标 物理观念 1、 知道物体做自由落体运动的条件。 2、 掌握自由落体运动的特点和规律。 科学探究 1、 培养学生观察能力和分析、处理实验数据的能力，使之能够验证物体的运 动是匀变速直线运动； 2、通过分析，归纳出自由落体运动的速度，位移公式，培养分析、推理、综合的能力。 3、通过实验探究自由落体运动　加速度的大小，体会实验在发现自然规律中的作用。 科学态度与责任 1、使学生领悟突出主要因素，忽略次要因素的哲学思想。 2、通过实验探究，使学生形成实事求是的科学态度 三、学生特征分析   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，并利用电磁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。 采用：提取旧知识——积极思维——实验探索——构建新知——巩固深化的学法。 四、教学环境及资源准备 1、演示实验：硬币、纸片、牛顿管、多媒体设备等； 2、实验：打点计时器、纸带、交流电源、刻度尺。 五、教学过程 教学内容 教师活动 学生活动 视频导入 今天我给大家先分享几个物体做下落运动的精彩视频。 播放视频 视频中这些人蹦极、跳水、跳伞都是在下落运动，可称作为落体运动，而在落体运动中，有一种特殊的运动，叫自由落体运动。今天我们就一起学习这种特殊的运动。 同学们，根据我们的生活经验，你觉得物体下落的快慢相同吗？ 那物体下落快慢和什么有关呢？ （学生回答不出来，则演示粉笔和纸片从同一高度下落，粉笔比纸片下落快） 跟质量或重力的关系又是怎样的呢？ 这是同学们根据生活中观察的许多事例得到的结论，早在2000多年前，古希腊哲学家亚里士多德也总结出了“重的物体下落快，轻的物体下落慢”的结论，这个观点是否正确呢？ 从正面能证明：重的物体下落快的事例很多，但说服力不够，同学们想想数学上证明一个结论可以正面去论证，还可以——？ 对，并且反证法更具说服力。 思考：下面我们先来推敲一下，这句话的反面意思有哪些情况？（3种是否是全部？） 很好，当然，如果我们发现同样重的物体下落快慢不一样，也能推翻这个观点。 PPT展示三个观点： （1）轻的物体比重的下落快 （2）轻、重物体下落一样快 （3）同样重的物体下落快慢不同 我给你们准备了一些简单器材：大纸片一张，相同小纸片两张，粉笔头一个，实验时不一定所有器材都用。你们两人为一小组，自行设计实验验证一下其中一个观点。在实验过程中，一个人做，另外一个一定要仔细观察。这里三个观点一个大组研究一个观点，第一组研究（1），第二大组研究（2），第三大组研究（3） （下去巡视学生的完成情况） 证明第一种，这边哪个同学来说一下你们设计的实验。 （学生如果设计的是大纸片和小纸片，可以请同学改进实验，变成大纸片和小纸团做实验，小纸团明显比大纸片先落地） 证明第二种，中间同学哪个来展示成果？ （纸团和粉笔头实验，几乎一起落地） 证明第三种 （如果时间不够可不要），这边来个同学展示一下。 （相同的纸片，一个捏成团，比纸片先落地） 由以上三个实验我们发现，物体下落的快慢与物体重力、质量是无关的。 思考：那是什么导致它们下落快慢不一样的呢？ 比如说跳伞，我们来现场模拟一下，有伞时阻力大，比无伞下落慢。 思考：那如果没有空气阻力存在，猜想轻重不同的物体下落快慢将如何呢？ 让我们一起来验证一下，这是牛顿管，里面有铁片和一片玫红色羽毛，课前老师已经把里面基本抽成了真空，下面我让它们一起由静止开始下落，同学们注意观察它们是否同时落下？由于比较快，同学们可以声音来看羽毛的位置。 再看一遍 经过大家的观察，我们发现铁片和羽毛确实是一起下落的。刚才牛顿管里是接近真空，历史上有人在绝对真空状态下也做了这个实验，那只能是在哪里做呢？ 太空 第一次登上月球的宇航员阿姆斯特朗，在月球上特地将羽毛和重锤从同一高度同时释放，结果如何呢？，我们一起看一下，由于视频清晰度不够，大家睁大眼睛仔细一点。 从荧屏上看到，铁锤和羽毛并排下落，同时落到月球表面。 我们把像这样，物体只受重力且从静止开始下落的特殊运动就叫做自由落体运动。 （这句话可再斟酌） 由定义我们可以总结出物体做自由落体运动的条件是什么？大家仔细斟酌定义，我请同学起来回答一下。 那这样的运动呢？（演示抛粉笔） 所以还需要初速度为0。 生活中，没有真空环境，比如这样的运动能算自由落体运动吗？（演示静止让粉笔、纸片同时下落）这时粉笔受的空气阻力远小于物体的重力，所以可以把空气阻力忽略，这样就可以近似认为粉笔是自由落体运动。但纸片不是。 思考：（那么问题又来了）自由落体运动是一种怎样的运动呢？ 注意观察（演示粉笔下落） 粉笔在下落过程中的运动轨迹是怎样的呢？（直线还是曲线？） 速度怎么变？ 那你们大胆猜测一下，粉笔做怎么样的加速直线运动呢？匀加速还是变加速呢？ 也就是说自由落体运动可能是初速度为0的匀加速直线运动，那我们一起回顾一下，之前我们学习的初速度为0的匀加速直线运动有哪些规律呢？ 匀加速说明加速度恒定 三个基本公式： v=+at v=at h=t+ a h= a； -=2ah -=2ah 速度之比为: 1:2:3…… 位移之比： 1:4:9…… 相等时间间隔内的位移之比呢？1:3:5:7…… （蓝色部分这个地方感觉要改一改） 选择一个简单的规律来研究，加速度恒定，并做出V-T图像可求加速度。 目标明确了，我们做V-T图像需要测出下落物体的速度，马上回顾我们学过哪些方法可以测速度呢？ 很好，我们就用打点计时器的一套装置来测速度。 这就是实验的装置图，之前我们在第一节已经学过了它的使用方法，下面我来给大家做一下这个实验。 演示打纸带，边演示边说注意事项： 纸带要与限位孔平行，减小摩擦。重物应靠近打点计时器，先开电源，再放纸带。 好了，纸带打好了，为了节约时间我们就不在课上测量，老师课前已经帮你们测好了一条纸带，下面我们直接用计算机来处理这些数据。做出v-t图。 我们通过图像可以看到，v-t图确实是一条过原点的直线，并且我们可以直接给出图像函数解析式，那斜率就是加速度的大小。 加速度为9.7 确实是一个恒量，所以说明这个重物做的确实是初速度为0的匀加速直线运动。本来我们应该用不同质量的物体多做几次实验，避免实验的偶然性，由于课堂时间有限，我们现在就不做了。在我们之前已经有很多人通过大量实验验证这一结论。同时通过大量实验还有另一个发现：在同一地点，不同物体做自由落体运动的加速度确实相同的；同一物体在不同地方做自由落体运动的加速度却不相同。 我们把这个加速度命名为重力加速度。 重力加速度就是在地球附近，只在重力作用下产生的加速运动。用符号g表示。 加速度是矢量还是标量呢？ 重力加速度也是矢量，且方向总是竖直向下，与重力同向。 大小呢？ 刚才我们得到的结论：同一地点，不同物体做自由落体运动的加速度确实相同的；同一物体在不同地方做自由落体运动的加速度却不相同。 所以这个虽然是个常量，但是其大小与位置有关。 看下面的数据： 我们发现重力加速度随纬度增加而增大 且基本在9.8左右，保留两位有效数字即为9.8，所以通常取g=9.8m/，近似计算时（题目说明）可取g=10m/。 之前我们实验测出的大小为9.7为什么比较小呢？有空气阻力，和纸带的摩擦力。 我们进一步来总结一下自由落体运动的规律： 它是初速度为0的匀加速直线运动，即为0，加速度为重力加速度g 回顾：我们之前讲得匀变速直线运动的三个基本公式： v=+at h= a； -=2ah 由此你们自己推导一下自由落体运动的速度公式、位移公式、消时公式 （请一个学生写在黑板上） 下面我们通过一道例题来巩固一下。 展示例题： 下面我们通过一个小活动来巩固一下。 阅读书上内容，了解怎样测你的反应时间。 阅读 请两个同学上台来演示一下， 你的大拇指现在可以捏刻度尺的哪一个刻度？ （记录并画图） 提示：注意放尺子时你的手不能上下移动来作弊哟。大家一起监督一下 好下面可以实验了。 好，手指不要动，看一下现在你的大拇指上边缘所对的刻度（记录并画图） 好大家用掌声帮我谢谢这两位同学。 下面看黑板，你们能算出在该同学反应这段时间内，尺子下落的位移h吗？ 很好， 下面任务交给你们，请用今天所学知识计算刚才那位同学的反应时间的表达式。开始动笔 （下去巡逻观察） 好，停下来，有没有那位同学来黑板上给大家演算一下。你们同意他的做法吗？ 我们一起来看一下（老师讲一遍演算） 同学们由表达式我们发现，下落位移越大，则反应时间越长，课后你们可以找人帮你测一下你的反应时间，看看班上谁的反射弧最短，反应最快。 观看视频 不同 （学生各种回答？） 重力或质量； 感觉重的物体下落快，轻的物体下落慢。 正确，不正确 反正法 重的和轻的下落一样快，或者重的反而比轻的慢 学生讨论并实验 学生代表展示实验 一个大纸片和一个小纸团，从同一高度同时静止释放，小纸团先落地 空气阻力 一样快 只受重力 不是，所以自由落体运动还需要物体初速度为0 直线 越来越大 匀加速 打点计时器 矢量 学科网（北京）股份有限公司 $