自由落体 用手机测重力加速度 教学设计-2026-2027学年高一上学期物理人教版必修第一册

课题：《自由落体运动》拓展实验——用手机测自由落体加速度

授课教师：＿＿＿＿＿＿＿            

授课班级：＿＿＿＿＿＿＿

教材分析

（一）手机加速度计的结构与原理

很多智能手机都有加速度传感器，能够感知和测量加速度。利用手机中的加速度传感器和有关的应用软件，可以方便直观地认识自由落体运动的加速度。

手机的加速度计是一个微小的电子机械振动系统，是一种振动结构；由于外界加速度会影响结构的振动特性，因此可以用来测量加速度。加速度计测量加速度本质上是通过测量力而实现的，其测量原理可以抽象为"弹簧—重物"模型：它内含x轴、y轴、z轴方向的三组弹簧，重物质量已知。

以x轴为例：当把手机水平静止放置时（手机背部与水平桌面接触），内部"弹簧—重物"模型中弹簧无形变，则ax=0；当手机沿x方向向右以加速度a运动时，重物相对于中心位置发生移动，x轴方向的弹簧就发生形变。根据牛顿第二定律F=ma和胡克定律F=kx，就可以求出此时物体在x轴方向上的加速度与形变量之间的关系。

（二）为什么有的读数"静止时是g，落下时是0"？

若实验中直接采用手机的加速度计测量自由落体加速度，相对线性加速度计而言，测量结果会产生一个坐标轴平移：由于在竖直方向上受重力，起初手机处于静止状态时，加速度计在z轴所测的加速度大小为重力加速度，显示为g；而当手机发生自由落体运动时，手机处于完全失重状态，手机内部的"弹簧—重物"系统受力为0，因此加速度计会显示所测加速度为0，并在下落过程中持续为0。

换句话说：普通加速度计测的是"视加速度"（包含重力的等效贡献），线性加速度计则已扣除重力分量，直接给出真实的运动加速度——用它测自由落体，得到的才是约−10 m/s²（方向向下）。

地位：

本课对应必修第一册第二章"自由落体运动"，取材于校本教材《第七部分》韩斯宇老师的设计：利用智能手机内置的加速度传感器与相关App，方便直观地认识自由落体运动的加速度。

作用：

把"高科技"带进课堂：学生用自己的手机就能完成一次真实的g值测量，既贴近生活，又能接触到现代传感技术与数字化实验方法。

学情分析

学生心理特点：

学生对"用手机做实验"天然亲近，参与热情极高；但容易只顾"玩手机"，需要明确的任务分工与数据要求。

已有基础：

已学习自由落体运动的规律，知道g≈9.8 m/s²，会用打点计时器测加速度。

存在问题：

①分不清"加速度计"与"线性加速度计"的区别，对"静止时显示g"感到困惑；②不会从曲线上读取有效数据段；③忽略保护手机等实验安全细节。

教学目标

知识目标：

①了解手机加速度计的结构与原理（弹簧—重物模型）；②能用手机App记录并读取自由落体加速度；③理解"完全失重时传感器示数为0"的原因。

能力目标：

学会使用数字化工具采集数据、从曲线中截取有效区间并求平均值。

素养目标：

体会现代技术对科学探究的推动作用，养成爱护设备、规范操作的习惯。

教学重难点

教学重点：

用手机记录自由落体的加速度并读取g值。

教学难点：

理解加速度计与线性加速度计读数的差异（坐标轴平移问题）。

教学仪器与材料准备

每组（2～3人）：智能手机1部（提前安装可显示加速度的App，在应用商店搜索"传感器""sensor""phyphox"等关键字即可）、厚海绵垫或软枕1块（保护手机）、课桌或台阶（作为释放点）、记录单。

教师演示用：平板或手机1部（投屏）、大块海绵垫、课件（传感器结构示意图、示例曲线）。

安全提示：手机下方必须铺厚海绵；建议给手机套上保护壳；释放高度不宜过高（1～1.5 m即可）；一次只测一部手机，避免相互碰撞。