（核心素养目标）2.4 自由落体运动 教学设计（表格式）

《自由落体运动》教学设计
【课题】自由落体运动
【教材】人教版物理必修一第二章第四节
【教学时间】40分钟
【教学对象】高中一年级学生
【教学内容分析】
1.教材的地位和作用
自由落体运动时必修一第二章第四节的内容，本节内容是在学生学习了运动学的根本概念、匀变速直线运动等知识后编排的，对自由落体运动的探究过程可以回顾与应用前面已学习的知识，也为后面学习平抛运动做铺垫，同时也加强了课本与实际生活的联系。此外，自由落体运动是匀变速直线运动的一种具体情形，在日常生活中比较常见，具有重要的研究价值。
历史上曾经有很多科学家研究过落体运动，亚里士多德、伽利略等对落体运动的研究，对物理学的开展起到了非常重要的推动作用。伽利略研究自由落体运动时的推理和实验相结合的研究方法在物理学研究中具有重要作用，为物理学的研究奠定了基础。通过本节内容可了解体会伽利略研究自由落体运动的实验和推理方法，为之后的物理研究奠定基础。
本节课是本章知识的复习课、后面课程的知识准备的垫底课、联系生活的应用课，也是培养学生思维的研究课，所以本节课在本章中具有重要的地位和作用。
2.教材内容安排
课程标准对本节的要求是：通过实验，认识自由落体运动规律。结合物理学史的相关内容，认识物理实验与科学推理在物理学研究中的作用。查阅资料，了解伽利略研究自由落体运动的实验和推理方法。根据课标的要求，教材内容如下：
对于物理学史部分，教材先通过两个生活实例引出落体运动，接着给出了历史上关于落体运动的争论，在旁注介绍伽利略推理与实验相结合的方法及其重要性，同时在“科学漫步”栏目介绍伽利略对自由落体运动的研究，介绍关于自由落体运动的重要史实，使学生认识物理实验与科学推理在物理学研究中的作用。
对于自由落体运动规律部分，通过牛顿管实验引出空气阻力的影响，进而定义自由落体运动。给出定义后，利用打点计时器探究自由落体运动规律，根据实验结果定义重力加速度，最后总结、应用自由落体运动规律。此外，教材中还设置了选做实验：用手机测自由落体加速度，对学生而言更具趣味性和探索性。
教材对本节的内容安排体现了两大特点：第一，引导学生了解亚里士多德和伽利略对自由落体运动的研究，培养学生科学思维能力；第二，注重实验教学，通过实验让学生自己探究认识自由落体运动的特点。
3.对教材的处理
根据对教材的分析，对教材做了如下的处理：
适当调整教学顺序
教材在完成打点计时器探究自由落体运动规律的实验后，定义重力加速度，最后总结、应用自由落体运动规律，将伽利略对自由落体运动规律的研究放到了“科学漫步”选学部分，在实际教学过程中学生不能真正体会到伽利略用斜面实验验证推理的过程。
为了让学生更好地了解伽利略研究自由落体运动的实验和推理方法，将其融入到教学中，对该部分做了如下调整：在打点计时器的实验之前，介绍伽利略所处时代技术的局限：无法测定瞬时速度及落体运动时间等，激发学生求知欲，再讲授具体实验方案及研究过程，引导学生正确看待伽利略和亚里士多德的贡献。随后，让学生讨论如何利用现代技术设计验证实验，再演示打点计时器并让学生处理数据、分析结果，最后定义重力加速度，总结、应用自由落体运动规律。
增加引导学生评价科学家的环节
教材中仅简单介绍了亚里士多德的观点，既没有对观点的适用范围和前提等进行说明，也没有说明亚里士多德所处的时代背景，这不利于学生正确看待亚里士多德的贡献。为了让学生正确评价科学史上的每一位巨人，对科学的发展的形成正确认识，在介绍伽利略的斜面实验和研究方法的重要性后，引导学生正确评价伽利略和亚里士多德的贡献。
【学生情况分析】
1.学生的知识基础
通过前面知识的学习，学生已经了解了匀变速直线运动的规律，基本掌握了研究匀变速直线运动问题的方法，为进行自由落体运动规律的实验探究打下比较坚实的基础。
通过四年级语文课文《两个铁球同时着地》的学习，学生已经知道同样高度落下的两个铁球同时落地的现象，但是对于原因并不了解。
2.学生的心理特点
高一年级的学生具有很强的好奇心，对学习与生活相关的内容有较浓厚的学习兴趣，其积极性、主动性、参与意识与接受能力较强。
3.学生的认知困难
落体运动在生活中比较常见，学生对落体运动是熟悉的，但容易根据生活经验形成错误的前概念，即“物体下落快慢与物体的重量有关”、“物体越重下落越快”。因此，在教学过程中要以学生的前概念为切入点，通过实验观察、多媒体辅助教学和问题的引导，让学生逐步认识“重的物体不一定比轻的物体下落得快”及自由落体运动具有的特点。
由于语言的误导，学生容易认为只要从某一高度静止下落的物体做的就是自由落体运动。因此，在教学过程中要注重自由落体运动理想模型的构建，强调在实际生活中，仅当空气阻力远小于重力，空气阻力的影响可以忽略不计时物体做的才是自由落体运动。
【教学目标】
1.物理观念
了解亚里士多德关于力与运动的主要观点；
了解伽利略研究自由落体运动的实验和推理方法；
理解自由落体运动的概念，掌握自由落体运动的条件和规律；
理解重力加速度的概念，掌握其大小和方向；
2.科学思维
体会并应用“忽略次要因素、抓住主要因素”这一科学思维方法，学会在研究物理规律的过程中建立理想物理模型——自由落体运动。
了解伽利略对自由落体运动的研究过程及推理与实验相结合的科学方法，树立批判思维，敢于质疑。
3.科学探究
通过观察生活中物体下落的现象提出问题：落体运动与什么因素有关；
结合物理学史上伽利略对自由落体运动的思考，对问题“自由落体运动具有什么规律”提出合理的猜想和假设；
依据所学知识设计可行的实验方案，会利用打点计时器研究自由落体运动规律；
能够使用计算和作图等方法处理和分析数据，基于数据处理寻找证据得出探究结果 ,能够结合数据对结果做出解释；
4.科学态度与责任
通过亚里士多德和伽利略的物理学史，感受物理学家对科学本质不断探索的态度和精神，学会在以了解科学家所处的时代特点基础上，用科学的眼光看待前人的成果。
【教学重点】
自由落体运动的理想模型构建
【教学难点】
物体下落快慢与物体轻重无关的理解
自由落体运动规律的探究
【教学策略设计】
本节课在教学的指导思想上，始终坚持“教师为主导，学生为主体”的原则，通过教师创设问题情境和有效的设问引导，让学生亲历物理知识的构建过程。
1.教学方法
综合应用实验演示、实验探究、讲授、谈话和讨论等多种方法,并辅以多媒体等手段,把教学过程设计成以学生对落体运动认识的前概念为切入点，以观察实验和已有知识为基础，以问题为主线的师生对话交流的过程。
2.学法指导
在学法指导上，让学生尝试自己观察思考、描述实验现象，分析概括，得出物理规律，使学生在获取知识过程中，领会物理学的研究方法，受到科学思维方法训练以及协作精神、探索精神等情感态度价值观教育。
【教学用具】
纸板、纸团、真空管、抽气机、重物、打点计时器、纸带、铁架台、刻度尺
【教学流程图】
【教学过程设计】
教学环节和教学内容 教师活动 学生活动 设计意图
【情景回顾 导入新课】 时事引入： 先向学生展示一张东京奥运会时全红婵夺得金牌的照片引起学生的注意。然后，向学生播放一段全红婵跳水比赛的片段，从而引出落体运动。 生活实例引入： 播放树叶飘落、雨滴下落动画 提出问题： 1、全红婵离开跳台后，位置有什么样的变化呢？做的是什么运动呢？ 2、生活中还有哪些常见的落体运动呢？ 提出问题： 上述现象都是生活中常见的落体运动，这种运动有没有什么规律呢？ 期待回答： 1、从高处向地处运动；落体运动 2、蹦极、跳伞、树叶飘落、雨滴下落… 先用贴近时事的例子（全红婵跳水比赛）引入课题，吸引学生注意力，让学生对落体运动有一个初步的认识。再用树叶飘落、雨滴下落生活中常见例子，激发学生学习兴趣。
【形象感知 提出问题】 演示实验：纸板和纸片 取一张硬纸板和一张与纸板等大的纸片，让它们同时从同一高度由静止释放。 现象：纸板下落比纸快 介绍亚里士多德的观点： 早在公元前4世纪，希腊哲学家亚里士多德在观察大量现象的基础上分析归纳认为“重的物体比轻的物体下落得快”。他的这一论断，符合人们的生活经验被大家所认可。 提出问题： 影响物体下落快慢的因素可能有哪些？ 重量不同的物体下落有什么规律？ 引导学生观察纸板和纸片下落的快慢 提出问题： 是不是重的物体一定比轻的物体下落得快呢？ 期待回答： 轻重、重量、空气阻力等 提出观点：越重的物体下落得越快 认真思考 实验现象符合学生的生活经验，为下面激起学生的认知矛盾做准备。 从学生的前概念入手，引入亚里士多德的观点，迎合学生生活经验，给学生一个错误的认识，再通过提问引发学生思考，让学生带着问题进入课堂。
实验演示：纸板和纸团 将与纸板等大的纸片揉成纸团，让纸板和纸团同时从同一高度由静止释放。 现象：纸团下落比纸板快 伽利略“大、小石头”推理 如果物体下落的快慢与物体的大小乘正比，那么，假定一块大石头的下落速度为8，一块小石头的下落速度为4，当把两块石头捆在一起时，大石头会被小石头拖着而变慢，整个物体的下落速度应该小于8；但是，把两块石头捆在一起后，整个物体比大石头要重，因此整个物体下落的速度应该比8还要大，与前面相互矛盾。 1、引导学生观察纸板和纸团下落的快慢。 2、引导学生总结：重的物体不一定下落得快，轻的物体下落不一定慢。 1、介绍伽利略的质疑：认为亚里士多德只依据物质本身的重与轻来解释自由落体运动的原因是有缺陷的 2、介绍伽利略“大、小石头”的逻辑推理 观察并思考实验现象 理解伽利略的逻辑推理 实验现象与原有生活经验相矛盾，产生矛盾冲突，引发学生思考，激发学生学习兴趣。 了解伽利略对亚里士多德的质疑，培养学生敢于质疑的能力。
实验演示：纸片和纸团 取与纸板等大的两张纸片，将其中一张揉成纸团，让纸板和纸团同时从同一高度由静止释放。 现象：纸团下落比纸片快 实验演示：真空管 通过真空管来演示没有抽气时和抽气后羽毛和金属片下落的快慢，探究在没有空气阻力的情况下落体运动的快慢和质量的关系。 播放视频：斯科特月球实验 1971年,美国“阿波罗”15号飞船成功登陆月球, 宇航员大卫.斯科特做一个实验：将一把锤子和一根羽毛从同一高度同时静止释放，最终羽毛和锤子同时落地。 提出问题： 1、大家同意伽利略还是亚里士多德的观点？ 2、亚里士多德忽略了什么因素的影响？物体下落过程中有时重的物体下落得快，有时轻的物体下落得快，说明物体下落的快慢除了跟重量有关外，还跟其他因素有关。那还有什么因素在影响着物体下落的快慢呢？ 1、提出问题： 我们取了两张完全相同的纸片，它们的重量相等，这样重量对物体下落的作用是一样的，再把其中的一张揉成团，让它们从同一高度同时下落，能观察到什么现象？为什么重量相同的物体也不能同时落地呢？ 2、引导学生讨论、分析实验中纸片、纸团下落快慢不同的原因（空气对纸片的阻力对纸片的下落存在影响，而当它被揉成纸团后，空气阻力减小，纸团下落得比纸片快） 引导学生观察抽去空气前后玻璃管中金属片和羽毛同时从静止下落时的快慢是否相同。 总结： 空气对物体的下落存在着影响，当没有空气阻力的影响时，物体只受到重力作用，轻的物体和重的物体下落得同样快。 提出问题：在刚才的实验中真空管内空气相当稀薄，还是存在一定的空气。有没有什么地方没有空气呢？ 期待回答： 1、伽利略； 2、空气阻力 认真观察、思考 提出猜想：空气阻力会影响物体下落快慢 观察并思考实验现象，理解没有空气阻力时，物体下落与物体轻重无关 期待回答： 月球 纠正学生重的物体下落快的错误认识，引导学生猜想影响物体下落快慢的因素是空气阻力，让学生学会排除干扰因素进行物理研究 通过真空管实验验证猜想，同时为引入正确的自由落体概念做好准备。 通过月球实验使学生对真空管实验结论的疑惑彻底打消。
建立自由落体运动的理想物理模型 1）定义： 物体只在重力作用下从静止开始下落的运动，叫作自由落体运动。 2）自由落体运动 ——理想化的物理模型 3）物体的下落可近似看成自由落体运动的条件 4）回顾《比萨斜塔实验》 伽利略在斜塔上从同一高度静止释放了两个质量不同的铁球，最终同时落地。 过渡：在现实生活中人们之所以看到物体下落的快慢不同，是因为空气阻力的影响，空气阻力的影响使问题变得复杂化了。如果没有空气阻力，所有物体下落的快慢都一样。没有了空气阻力后的这种运动，我们现在给它一个定义。 引导学生总结自由落体运动的概念，并强调“自由”的含义：只受重力、初速度为0。 现实空间中，物体下落或多或少都会受到空气阻力的影响，但是为了得到科学的结论和规律，在物理研究中我们常抓住主要因素、忽略次要因素，进行必要的理想化、简化，从而得到结论。自由落体运动是落体运动的理想状态，所以它是一个理想化的物理模型。 提出问题： 生活中物体的下落都会受到空气阻力的影响，那是不是都不能看作自由落体运动呢？生活中有没有什么例子可看作自由落体运动？ 提出问题： 伽利略的斜塔实验中是否会受到空气阻力的影响 为什么实验结果和没有空气阻力时一样呢 知道在物理的研究中，通常是从简单到复杂的 理解自由落体运动的概念，清楚“自由”的含义 知道在物理研究中抓住主要因素、忽略次要因素的思想 倾听、思考理想模型在物理中的地位。 期待回答： 会受到空气阻力的影响，空气阻力远小于重力，空气阻力的影响可以忽略不计，物体的下落可以近似的看作自由落体运动 在已有实验事实的基础上建立自由落体理想运动模型，学生能更好地理解概念。 体现物理探究中抓住主要因素、忽略次要因素的思想，凸显物理模型在科学探究中的重要性。 从小学课文《两个铁球同时着地》入手，让学生进一步理解自由落体运动是理想物理模型， 同时，得到实际生活中物体做自由落体运动的近似条件。
【深入探究 总结规律】 提出猜想： 自由落体运动是一种匀加速直线运动 伽利略的斜面实验 不同质量的铜球从不同高度开始沿一定倾角的斜面运动的加速度相同。伽利略进行了合理外推：斜面倾角增大到90°，小球仍然会保持匀加速运动的性质，由于小球做自由落体运动，则自由落体运动为匀加速运动。 提出问题：在认识了什么是自由落体运动之后，新的问题就产生了，自由落体运动究竟是一种怎样的运动呢？它的加速度在下落过程中是否发生了变化呢？ 1、回顾知识：匀加速直线运动速度与时间的关系、位移与时间的关系。 2、介绍当时伽利略遇到的困难及突破方案 3、介绍伽利略对自由落体运动的研究 4、介绍伽利略推理与实验相结合的方法对物理学研究的贡献 5、引导学生正确看待亚里士多德的贡献 提出猜想：匀加速直线运动 回忆第二章前三章中已学知识点 了解伽利略对自由落体的研究过程和方法 学会在以了解科学家所处的时代特点基础上，用科学的眼光看待前人的成果。 回顾所需要的相关知识点，为后续学生设计实验方案做好知识储备 让学生了解伽利略对自由落体的研究过程和方法，体会如何进行合理外推，同时培养学生的探究能力。通过物理学史引导学生用科学的眼光看待前人的成果。
小组讨论，设计验证自由落体运动是匀加速运动的实验方案。 播放视频：打点计时器实验 播放用教材中自由落体运动的实验装置进行实验的视频。 小组合作 课前教师用3种不同重量物体进行实验得到3条纸带，并将纸带片段复印在纸上。课上将学生分为6组，将纸带复印纸发给学生。小组讨论处理数据、分析结果 操作演示、归纳总结 教师多媒体展示处理数据步骤并做总结。 教师将各小组所得加速度展示在黑板上，分析比较不同物体的加速度。 误差分析 展示表格：一些地点的重力加速度 提出问题: 1、相较16世纪，科学技术不断发展进步，我们拥有更多的设备资源去验证自己的猜想。那我们可以怎样验证自由落体运动是一种匀加速直线运动呢？ 2、如何获得自由落体运动的运动信息？怎么证明自由落体运动是由静止开始的匀加速直线运动？ （引导学生结合变速直线运动特点思考怎样去解决以上问题） 播放视频配合讲解实验操作中需注意的事项 1、组织学生分组讨论数据，巡视，引导学生积极思考，给予适当指导。 2、归纳总结：在误差允许的范围内，v-t和x-t 图为直线，物体做匀加速直线运动。自由落体运动是初速度为零的匀加速直线运动。 教师总结： 故在同一地点，物体自由下落的加速度相同。我们将这个加速度叫作自由落体加速度，也叫作重力加速度 精确的实验表现，在地球表面不同的地方，g的大小一般不同。在一般的计算中，g通常取或 提出问题：根据表格，广州重力加速度理论值为,与实验测得不相等。实验中有什么因素导致结果存在误差呢？ 学生小组讨论交流，提出多种实验方案：打点计时器、频闪照片、手机加速度传感器等。 认真观看视频 和小组成员处理数据、分析结果。根据实验数据归纳出自由落体运动是匀加速直线运动。 期待回答： 空气阻力不可完全忽略不计、纸带与打点计时器的限位孔之间存在摩擦 通过小组讨论，培养学生交流合作能力和创新能力，提高逻辑思维能力及表述能力。 为下节课学生前往实验室做实验做铺垫 让学生的主体作用得到充分发挥，也使学生对自由落体的性质有深刻的印象。通过小组合作进行探究，培养学生合作探究、归纳能力，提高逻辑思维能力及表述能力。
匀变速直线运动的公式→自由落体运动的公式 引导学生回忆匀变速直线运动的公式，逐步特殊化得出自由落体运动的运动公式。 回忆公式，将 和代入公式得到自由落体运动的运动公式 培养学生运用已学知识的能力
【课堂小结 巩固练习】 师生共同总结本节课所学内容，并布置作业：教材P55的题5、6 引导学生进行课堂小结：落体运动→自由落体运动→ 自由落体运动的性质→自由落体运动的公式 课题总结 课后完成作业 梳理本节课所学知识，巩固知识
【板书设计】
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