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、重力加速度及运动公式，从生活中苹果、雨滴下落现象导入，通过亚里士多德与伽利略观点对比，结合归谬法推理和纸片、牛顿管递进实验，引导学生建立理想模型，梳理匀加速直线运动规律。 此资料亮点在于融合物理学史与实验探究，以伽利略归谬法培养科学思维中的质疑创新，通过牛顿管实验和打点计时器视频强化科学探究的证据意识，测量反应时间实践活动落实科学态度与责任。帮助学生构建物理观念，为教师提供可操作的实验教学方案，提升课堂互动与素养落地效果。

《2.4 自由落体运动》教学设计 一、基本信息 1. 学科：高中物理 1. 年级：高一 1. 课题：2.4 自由落体运动 1. 课时：1 课时（45 分钟） 1. 教材：人教版高中物理必修一 二、学科素养目标 （一）物理观念 1. 理解自由落体运动的定义、条件，明确其为初速度为 0 的匀加速直线运动。 1. 掌握重力加速度的概念、大小、方向及影响因素，建立 “理想模型” 的物理观念。 1. 熟记自由落体运动的速度、位移公式，能运用规律解决简单实际问题。 （二）科学思维 1. 通过亚里士多德与伽利略观点的对比，学习归谬法的逻辑推理思维，培养质疑与批判精神。 1. 结合纸片与硬币、牛顿管实验，学会通过实验现象分析、归纳物理规律，提升科学论证能力。 1. 建立自由落体运动的理想化模型，区分实际运动与理想运动，强化模型建构思维。 （三）科学探究 1. 参与纸片、纸团、牛顿管演示实验，观察现象并记录，提升观察与实验操作能力。 1. 了解打点计时器探究自由落体运动的实验原理、步骤，能分析纸带数据，推导运动规律。 1. 参与 “测量反应时间” 实践活动，将物理规律应用于生活，培养动手与探究实践能力。 （四）科学态度与责任 1. 认识物理学史中科学家（亚里士多德、伽利略）的探索精神，感受科学发展的曲折性。 1. 理解空气阻力对落体运动的影响，树立尊重实验事实、严谨求实的科学态度。 1. 体会物理规律在生活中的应用价值，激发学习物理、探索自然奥秘的兴趣。 三、教学重难点 1. 重点：自由落体运动的定义、条件；重力加速度的特点；自由落体运动的公式及应用。 1. 难点：伽利略归谬法的逻辑推理；理解空气阻力对落体运动的影响，建立自由落体理想化模型。 四、教学准备 1. 教具：硬币、纸片、纸团、牛顿管（钱毛管）、铁架台、打点计时器、纸带、学生电源、重物、直尺。 1. 多媒体：PPT 课件、伽利略比萨斜塔实验动画、打点计时器实验视频。 五、教学过程（含师生互动环节） （一）情境导入（5 分钟） 1. 教师活动：展示 PPT 中苹果下落、雨滴下落、雪花飘落的图片，提问：“生活中物体下落的现象很常见，大家思考：物体下落的快慢是由什么决定的？是重量吗？” 1. 师生互动 8. 师：“重的物体下落快，轻的物体下落慢，这是我们日常看到的现象，对吗？” 8. 生：（齐答）对！ 8. 师：“那两千多年前的亚里士多德也是这么认为的，他的观点统治了物理学近 2000 年。但后来伽利略提出了质疑，他为什么会质疑呢？今天我们就一起探究 —— 自由落体运动。” 1. 设计意图：结合生活情境，抛出核心问题，激发学生好奇心，自然引入课题。 （二）历史思辨（8 分钟） 1. 教师活动： 8. 介绍亚里士多德：展示人物图片，说明其观点 ——“物体下落快慢由重量决定，重快轻慢”。 8. 引入伽利略挑战：展示伽利略图片，讲解归谬法逻辑推理：假设重物下落快，将轻重物体捆绑，会推出 “整体更快” 和 “整体更慢” 两个矛盾结论，证明假设不成立。 8. 播放伽利略比萨斜塔实验动画，引导学生初步感知：物体下落快慢与重量无关。 16. 师生互动 8. 师：“如果把 1kg 的铁球和 10kg 的铁球同时从高处扔下，谁先落地？” 8. 生 ：10kg 的快，先落地。 8. 师：“大家思考，为什么平时纸片比硬币下落慢？真的是重量原因吗？” 8. 生：可能有其他力影响。 17. 设计意图：通过物理学史，培养学生逻辑推理能力，打破 “重快轻慢” 的固有认知，埋下 “空气阻力” 的伏笔。 （三）实验探究（12 分钟） 实验 1：纸片 vs 硬币、纸片 vs 纸团 1. 教师活动：演示两组实验，引导学生观察现象。 8. 实验 1：纸片和硬币同高静止释放→硬币快、纸片慢。 8. 实验 2：两张相同纸片，一张展开、一张揉成团，同高释放→纸团快、纸片慢。 19. 师生互动 8. 师：“实验 1 说明什么？实验 2 重量相同，下落快慢不同，又说明什么？” 8. 生 ：实验 1 好像重的快；实验 2 说明重量不是决定因素。 8. 师：“两组实验的变量是什么？” 8. 生：空气阻力！纸片面积大，空气阻力大；纸团面积小，阻力小。 实验 2：牛顿管实验 1. 教师活动：演示牛顿管实验，分 “有空气” 和 “真空” 两步操作，引导学生观察。 8. 有空气：金属片快、羽毛慢。 8. 真空：金属片和羽毛同时下落、同时落地。 21. 师生互动 8. 师：“真空环境下，两者同时落地，说明什么？” 8. 生：没有空气阻力时，物体下落快慢与重量无关！ 22. 教师总结：引出自由落体运动定义—— 物体只在重力作用下，从静止开始下落的运动；强调两个条件：①初速度 v₀=0；②只受重力（忽略空气阻力），是理想化模型。 23. 设计意图：通过层层递进的实验，让学生直观感知空气阻力的影响，自主建构自由落体理想化模型，落实科学探究素养。 （四）规律学习（10 分钟） 1. 自由落体加速度（g） 8. 教师讲解：定义、方向（竖直向下）、大小（通常 9.8m/s²，粗略 10m/s²）、影响因素（纬度越高 g 越大，海拔越高 g 越小）。 8. 师生互动：师：“重力加速度的方向是垂直地面吗？” 生：不是，是竖直向下。 25. 自由落体运动规律 8. 教师推导：自由落体是初速度为 0、加速度为 g 的匀加速直线运动，推导公式： ①速度公式：v=gt ②位移公式： ③速度位移公式：v²=2gh 8. 补充推论：连续相等时间末速度比 1:2:3…；连续相等时间内位移比 1:3:5… 8. 师生互动： 8. 师：“自由落体运动和匀加速直线运动是什么关系？” 8. 生：自由落体是特殊的匀加速直线运动（初速度为 0，加速度为 g）。 【实验拓展】 播放打点计时器探究自由落体运动视频，简要说明实验器材、步骤、数据处理，得出 “连续相等时间位移差恒定，是匀加速直线运动” 的结论。 设计意图：由模型到规律，层层递进，让学生掌握核心公式，理解规律本质，落实物理观念与科学思维素养。 （5） 例题练习（7 分钟） 【例题 1 】计算下落时间和落地速度 一个小球从离地面80米高的楼顶自由下落，不计空气阻力，重力加速度 g 取10 m/s²。求： （1）小球经过多长时间落到地面？ （2）小球落地时的速度是多少？ 【解析】 （1）根据自由落体位移公式，变形可得：t =4 s （2）根据速度与时间的关系公式v = gt，可得：v =40 m/s 【变式】计算最后 1 秒内的位移 条件同上题：小球从80米高处自由下落，求小球在下落过程中最后1秒内的位移是多少？ 解：（常规方法：总位移法） 思路：总位移减去前 (n-1) 秒内的位移。 ① 先求前 3 秒内的位移： ② 最后 1 秒内的位移： Δh = h₄ - h₃ =35 m 拓展：也可利用“初速度为零的匀变速直线运动”在连续相等时间内的位移比例求解。 【实践活动】测量反应时间 8. 教师讲解原理：利用 ，变形 ，测量直尺下落高度 h，计算反应时间。 8. 师生互动：师：“课后大家可以两人一组，互测反应时间，比比谁更快？” 随堂练习： 1. 关于自由落体运动，下列说法中正确的是（ ） A．自由落体运动是匀变速直线运动 B．自由落体运动是物体不受力的运动 C．自由落体运动是加速度为g的曲线运动 D．纸片在大气中的下落是自由落体运动 答案：A 2．物体自某一高处做自由落体运动的平均速度为10m/s，则该高度为(g取10m/s2)(　　) A．5.0m B．10m C．20m D．25m 答案：C 3.一名航天员在某星球上完成自由落体运动实验，让一个质量为1 kg的小球从一定的高度自由下落，测得在第5 s内的位移是18 m，则(　　) A．小球在2 s末的速度大小为20 m/s B．小球在第5 s内的平均速度大小是3.6 m/s C．该星球上的重力加速度大小为5 m/s2 D．小球在5 s内的位移大小是50 m 答案：D 设计意图：通过典型例题，强化公式应用，及时巩固新知，提升解题能力。 （六）课堂小结（3 分钟） 8. 师生共同梳理： 8. ①自由落体运动（定义、条件）； 8. ②自由落体加速度（g）； 8. ③运动公式与推论。 （七）布置作业（1 分钟） 1. 基础作业：教材课后习题，巩固公式应用。 1. 实践作业：完成 “测量反应时间” 实验，记录数据并计算。 1. 拓展作业：查阅资料，了解更多伽利略的科学成就。 六、板书设计 2.4 自由落体运动 一、落体快慢的决定因素 1. 亚里士多德：重快轻慢（错误） 1. 伽利略：与重量无关（归谬法、实验验证） 1. 关键：空气阻力 二、自由落体运动 1. 定义：只受重力、v₀=0 的下落运动 1. 条件：①v₀=0 ②只受重力（理想模型） 三、自由落体加速度（g） 1. 方向：竖直向下 1. 大小：9.8m/s²（粗略 10m/s²） 四、运动规律 1. v=gt 1. 1. v²=2gh 七、教学反思 本节课围绕自由落体运动，以生活情境引入，结合物理学史与递进式实验，较好达成教学目标，落实了物理核心素养。课堂通过纸片、纸团、牛顿管实验，帮助学生直观认识空气阻力的影响，建立自由落体理想模型；师生互动充分，学生参与度较高，能在思辨与观察中形成 “落体快慢与重量无关” 的正确观念。 教学中存在不足：牛顿管实验后排观察效果一般，实验细节展示不够；伽利略归谬法推理节奏偏快，部分学生理解不深；时间分配稍紧，规律应用与小结略显仓促。 后续改进：优化实验呈现方式，增强可视性；放慢逻辑推理节奏，分步引导；合理分配课堂时间，加强分层提问与练习，兼顾不同层次学生，进一步提升课堂效率与素养落地效果。 学科网（北京）股份有限公司 $