2.4 自由落体运动 教学设计-2026-2027学年高一上学期物理人教版必修第一册

2.4自由落体运动（教学设计）

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一、教材分析

本节课是人教版2019高中物理必修第一册第二章第四节内容，是匀变速直线运动规律的具体应用与典型特例。本节内容承接前三节匀变速直线运动的速度、位移公式，是对匀变速规律的收尾与升华，同时是学生首次系统学习理想化物理模型，在直线运动章节中具有总结性、应用性、建模性的重要地位。

教材编排逻辑清晰：首先通过生活现象与对比实验，破除“重的物体下落快、轻的物体下落慢”的错误认知；再通过牛顿管实验验证空气阻力对下落运动的影响，建构自由落体运动理想模型；随后通过打点计时器实验探究运动性质，得出自由落体是初速度为零的匀加速直线运动；进而定义重力加速度、介绍其大小、方向与分布规律；最后结合匀变速公式推导自由落体运动专属规律，联系生活实际解决落体问题。

本节课承载物理实验探究、模型建构、科学推理的核心育人功能，所学规律是后续竖直上抛运动、力学综合、机械能守恒学习的重要基础，是高中力学体系的基础性核心课时。

二、学情分析

1.知识基础：高一学生已经熟练掌握匀变速直线运动三大核心公式、运动性质判断方法、打点计时器实验操作与数据处理方法，具备推导自由落体运动规律的完整知识储备。

2.能力基础：学生具备基础实验操作、图像分析、数据运算、小组探究能力，能够通过纸带数据判断运动类型，具备一定的科学推理与归纳能力。

3.思维障碍：学生受生活直觉影响，根深蒂固认为“重物下落更快”，难以理解空气阻力的干扰作用；对理想化物理模型认知浅薄，容易忽略自由落体的适用条件；对重力加速度的矢量性、地域差异理解模糊，解题时常忽略方向、随意取值。

三、教学目标

（一）物理观念

1.理解自由落体运动的定义、产生条件与运动性质，明确其为初速度为零的匀加速直线运动。

2.掌握重力加速度的定义、方向、大小及地域变化规律，熟记标准重力加速度数值。

3.熟练掌握自由落体运动的速度、位移公式，能够规范应用公式解决生活落体运动问题。

（二）科学思维

1.通过对比实验辨析、理想化推理，学会剔除次要因素、抓住主要因素，建构物理理想模型，培养模型建构思维。

2.经历“现象猜想—实验验证—数据推理—规律总结”的完整过程，提升科学推理与归纳总结能力。

3.能够将普通匀变速运动规律迁移应用到自由落体运动，培养知识迁移与等效建模思维。

（三）科学探究

1.参与纸片、硬币对比实验、牛顿管实验、打点计时器落体实验，亲历自由落体运动性质的完整探究过程。

2.能够独立完成纸带数据处理，通过逐差法、速度图像判断落体运动为匀加速直线运动，提升实验探究与数据处理能力。

（四）科学态度与责任

1.结合伽利略落体研究的物理学史，体会科学探究敢于质疑、严谨求证、坚持不懈的科学精神。

2.结合生活中雨滴下落、物体坠落、反应时间测量等实例，体会物理源于生活、用于生活，培养学以致用的科学态度。

四、教学重难点

（一）教学重点

1.自由落体运动的定义、产生条件与运动性质。

2.重力加速度的方向、大小与变化规律。

3.自由落体运动规律公式的推导与规范应用。

（二）教学难点

1.破除生活直觉误区，理解空气阻力对落体运动的影响，建构自由落体理想化模型。

2.实验数据处理与运动性质判断，精准理解重力加速度的矢量内涵。

3.区分实际下落运动与理想自由落体运动，规范公式应用的适用条件。

五、教学准备

1.实验器材：硬币、轻薄纸片、牛顿管、抽气泵、打点计时器、低压交流电源、重物、纸带、刻度尺、铁架台。

2.教学教具：多媒体课件、牛顿管实验动态视频、伽利略落体物理学史资料、纸带数据处理模板、课堂例题与分层习题。

3.学生准备：复习匀变速直线运动公式与纸带处理方法，4人一组组建探究小组，明确分工。

六、教学过程（45分钟）

（一）情境激趣，问题导入（5分钟）

1.生活情境创设

教师展示生活现象：树叶飘落、雨滴下落、苹果落地、高空坠物，提问学生：轻重不同的物体从同一高度下落，谁下落得更快？

2.师生互动小实验