2.5 自由落体运动 教学设计 -2025-2026学年高一上学期物理教科版必修第一册

课程名称

自由落体运动

选用教材

高中物理教科版必修一

教学章节

第二章第五节

授课对象

高一学生

授课类型

新授课

授课学时

1课时（45分钟）

一、教学内容分析

本节课以人类对落体运动认知发展为主线，首先通过纸片、橡皮对比小实验推翻亚里士多德片面观点，引入空气阻力的影响；借助牛顿管、月球落体实验证明真空环境下所有物体下落快慢一致，定义自由落体运动；梳理伽利略研究落体的完整科学探究流程：提出猜想、斜面冲淡重力实验、滴水计时测量、合理外推至竖直下落；推导自由落体速度、位移公式，明确重力加速度的大小、方向与地域变化规律；搭配枯井测深度生活例题，区分空气阻力可忽略与不可忽略的场景，配套多维度课后习题巩固概念、计算、推论三类考点，是匀变速直线运动规律在初速度为零场景下的典型应用，兼具物理科学史与定量计算双重价值。

二、学情分析

1. 知识基础

学生已经熟练掌握匀变速直线运动全套公式、v-t 图像、中间时刻推论，能够完成基础匀加速列式计算；生活经验普遍认同重物下落更快，无法自主区分重力、空气阻力两个影响因素；知道匀加速运动规律，但不了解自由落体是特殊初速度为零匀变速；不清楚重力加速度随纬度变化，不熟悉伽利略 “冲淡重力” 实验设计思路。

2. 能力基础

学生具备基础纸带实验、图像分析能力，但自主设计对比实验、控制变量的探究能力薄弱；难以理解斜面冲淡重力、合理外推的科学方法；读取重力加速度表格时不会总结纬度变化规律；处理自由落体实际应用题时，容易忽略空气阻力带来的误差，不会判断阻力能否忽略。

3. 思维基础

学生存在多处典型认知误区：认为物体下落快慢由质量决定，质量越大下落越快；把日常落体直接等同于自由落体运动，忽略真空前提；计算时随意更换重力加速度取值，不会结合场景选用 9.8 或 10；不理解伽利略斜面实验的设计目的，认为斜面运动和竖直下落无关联。

三、教学目标

1. 物理观念

建立自由落体运动物理观念：仅受重力、由静止开始的直线运动为自由落体，真空下所有物体下落加速度相同；自由落体是初速度为零、加速度等于重力加速度的匀加速直线运动；重力加速度竖直向下，数值随纬度升高略有增大；日常小质量、短距离下落可近似当作自由落体处理。

2. 科学思维

依托伽利略人物肖像建立科学史辩证思维；借助牛顿管真空实验图建立控制变量对比思维；利用伽利略斜面推演图建立冲淡重力转化变通思维；结合斜面倾角外推示意图建立极限外推建模思维，实现生活实验质疑、真空实验验证、历史方法推演、定量公式应用完整链条思维训练。

3. 科学探究

完成橡皮、纸片对比小实验，质疑亚里士多德观点；观察牛顿管真空实验，归纳自由落体严格定义；梳理伽利略完整探究步骤，理解斜面冲淡重力、滴水计时、合理外推的巧妙设计；推导自由落体专用公式，结合枯井例题完成实际计算；完整经历 “生活现象质疑→真空实验验证→历史实验推演→定量规律应用” 标准化探究流程。

4. 科学态度与责任

人类对落体的认知历经两千多年修正，体现物理学科不断求真、辩证批判的科学精神；伽利略不盲从权威、依靠实验推理的治学态度是物理研究典范；自由落体规律广泛应用于建筑测深度、高空安全测算、航天月球探测；月球无大气环境下落体实验印证物理规律普适性，感受基础运动规律贯通天地，培养严谨实验、尊重客观事实、敢于质疑权威的科研品格。

四、教学重难点

重点

自由落体运动定义，真空条件下轻重物体下落快慢一致，空气阻力的影响

伽利略研究自由落体的整套科学方法：冲淡重力、滴水计时、合理外推

自由落体速度、位移公式，重力加速度的大小、方向与分布规律

难点

理解伽利略斜面实验设计意图，明白 “冲淡重力” 解决计时困难

区分真实生活落体与理想自由落体运动，判断空气阻力能否忽略

重力加速度随纬度变化规律的归纳，自由落体实际问题误差分析

五、教学方法

对比实验导入法：橡皮、纸片分组小实验制造认知冲突，引出空气阻力；

史实讲授法：伽利略人物肖像梳理两千多年落体认知发展脉络；

演示实验分析法：牛顿管真空实验直观验证无阻力下落规律；

科学方法拆解教学法：斜面推演图分步拆解冲淡重力、外推两大核心思路；

例题实操演算教学法：枯井深度例题规范自由落体公式代入计算。

六、教学资源

教科版必修第一册物理课本；伽利略人物肖像、牛顿管真空实验图、伽利略斜面推演图、斜面倾角外推示意图；橡皮、薄纸片、牛顿管实验器材；重力加速度分布表格；自由落体计算练习单；多媒体课件、黑板、小组实验讨论记录表。

七、教学设计

教学环节

教师活动

学生活动

环节一 生活对比实验，制造认知冲突引入新课（7 分钟）

          组织同桌分组完成课本两个小实验：橡皮与整片纸片同高释放、两张相同纸片一张团起一张展开释放，抛出讨论问题：为什么轻重不同物体下落快慢不同，相同轻重纸片下落速度也有差异？

          引导学生猜想空气阻力是核心干扰因素，顺势引出真空理想运动 —— 自由落体。

          点明本节课主线：真空实验验证落体规律、学习伽利略历史探究方法、推导自由落体公式、结合生活场景完成计算。

动手完成两组对比小实验，记录观察到的下落现象；猜想空气阻力影响下落快慢；带着真空实验、历史探究、公式计算三类目标进入新课。

         展示牛顿管真空实验图

观看牛顿管真空实验图，对比有无空气阻力的下落差异；准确复述自由落体两个前提条件；

环节二 真空实验验证，建立自由落体完整定义（11 分钟）

         演示牛顿管充气、抽气两种状态下羽毛与重物下落现象，结合月球登月落体照片讲解：完全无空气阻力时，所有物体从静止下落快慢完全相同。

         给出严格自由落体定义，区分理想自由落体与日常近似下落场景；展示伽利略人物肖像

         简要介绍亚里士多德观点流传千年的原因，铺垫伽利略的质疑与实验探究。

          同步随堂提问：高楼飘落轻薄树叶能否看作自由落体？

能自主判断短距离、高密度小物体下落可近似使用自由落体公式。

环节三 拆解伽利略探究流程，领会核心科学方法（14 分钟）

          展示伽利略斜面推演图

          分步讲解伽利略整套探究逻辑：提出速度

观看步枪子弹运动分析配图，分步完成联立计算；小组梳理三条公式适配场景；能自主判断题型、快速选出最优计算公式，减少多余运算步骤。