【核心素养】2.4 自由落体运动教学设计
文档属性
| 名称 | 【核心素养】2.4 自由落体运动教学设计 |  | |
| 格式 | docx | ||
| 文件大小 | 41.3KB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2024-12-29 11:12:16 | ||
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文档简介
《自由落体运动》教学设计
【教材分析】：
本节是编排在匀变速直线运动规律等知识之后的一节规律探究课，是对匀变速直线运动规律的进一步应用和特殊化，第二章的一个重点。通过对自由落体运动的研究,既能加深学生对匀变速直线运动规律的理解，促进学生掌握自由落体运动规律，学习伽利略的科学思维方法，还能学会运用物理知识解决实际问题的方法，培养学生研究物理问题的方法和思维能力。
【学情分析】：
本节课的教学对象是高一年级的学生，从心理上讲，这一时期的学生好奇善问、对生活中各种落体现象和物理实验兴趣浓厚，能产生探究其本质的愿望。而此前，学生已经基本掌握了匀变速直线运动的规律，具有了一定的分析和解决运动问题的能力。通过《用打点计时器测速度》与《探究小车速度随时间变化的规律》两个实验，学生也能熟练的使用打点计时器，能根据纸带上各点的速度绘制v-t图像以处理数据求加速度，也能根据逐差法处理数据，还大致具备了设计探究性实验的基本思路。
由于学生对重的物体下落得快、轻的物体下落得慢的日常生活经验印象较深，又对伽利略“比萨斜塔实验”的结论有认识，所以学生内心还是有尚未解决的矛盾，所以理解物体下落快慢和质量无关是应抓住的思维碰撞的关键点。
【核心素养分析】
1. 知道自由落体运动的条件、特点和性质（物理观念）;
2. 会通过实验测得自由落体运动的加速度g，知道g随纬度的变化规律（科学探究）
3. 掌握自由落体运动的规律，并能解决实际问题（科学思维）
4. 了解伽利略研究自由落体运动的思路和方法（科学态度与责任）
【教学目标】
1.了解影响物体下落快慢的因素，知道什么是自由落体运动和物体做自由落体运动的条件；
2.通过设计实验探究方案自由落体运动加速度的大小，建立重力加速度的概念；
3.掌握自由落体运动的特点和规律。
【教学重点】
理解和掌握物体下落快慢与质量无关，自由落体运动的概念、性质、规律；
【教学难点】
通过实验探究得到自由落体加速度的大小g=9．8m/s2。
【教学方法】
1、学法：
学生已经掌握了匀变速运动的规律和处理方法，可以说理论知识上已经没有什么障碍，但是学生对重的物体下落得快、轻的物体下落得慢的日常生活经验印象很深，因此重的物体落的快这个问题既是难点也是教师应该抓住的思维碰撞的关键点，充分发挥学生的主体作用，引导学生积极参与，激发学习兴趣，活跃课堂气氛，调动学生的学习积极性，使学生始终保持积极探索的学习心态。
2、教法：
本节课的知识很重要而且有一定的难度，所以，教学设计以建构主义理论为指导，在以学为中心的建构主义学习环境中采用“抛锚式教学法”把教学内容以问题的形式提出，通过实验和多媒体最大程度的呈现物理情景，应用启发与探究相结合的方式有目的的引领学生互相交流，互相沟通，互相启发，互相补充使课堂中所有的设计与安排都要围绕学生来展开。
【课时安排】
2课时
【教学过程】
第一课时：主要为自由落体运动性质（加速度）的实验探究及规律推导
一、新课引入（时间约2分钟）——提出问题
1．落体运动是司空见惯的，人类对它的认识差不多经历了2000多年的时间。早在公元前4世纪的古希腊哲学家亚里士多德就经过大量的观察结论：质量大的物体下落得快。
2．过渡：同学们认可这种观点吗？理由是什么？（实验探究、或者伽利略的反证法）
3. 演示：释放书和一张A4纸，确实发现书下落快。那物体下落的快慢到底是受到了什么因素的影响呢？（空气阻力，质量双因素）
4. 设问：我们该怎样探究到底是哪个因素真正影响了落体快慢呢？
二、实验探究、深化认识
1. 自由落体运动──探究实验，利用身边触手可及的器材
实验探究——控制变量（同一高度由静止释放）
1.质量相同的物体可不同时落地；——只能说明，空气阻力确实会影响到落体快慢！
2.怎样控制空气阻力一定，探究质量对落体快慢是否产生影响？
过渡：空气阻力不好控制，不妨抽真空，不同质量的物体下落的快慢是否真的相同呢？
自由落体运动─—牛顿管演示实验
演示实验：让质量不同的鸡毛、铁片等物体在一个抽掉空气的玻璃管里下落，可以明显看到不同质量的物体下落的快慢是相同的。放入空气后，再重复前面的实验，发现其中的羽毛和铁片下落的快慢不相同。
（替代方案：世界上最大的真空室——自由落体研究）
实验结论：在没有空气的空间里，物体下落的快慢步调完全一致，与物体质量完全没有关系。也就是所有物体，无论轻重，在只受重力作用时，其运动遵循完全相同的规律。也就是研究清楚一个物体在只受重力情况下的落体运动，就可以见微知著！！
三、建构新知
（1）自由落体运动模型构建
条件：V0=0，只受重力
强调：实际中，如果空气阻力相比重力很小，则忽略，看看做自由落体。是一种理想化的运动模型。
（2）自由落体运动──—性质（实验研究是重点，学生要经历）
设疑诱思：我们可以根据加速度的特点将直线运动的性质划分为匀速直线运动，匀变速直线运动、变加速直线运动则自由落体运动是哪一种性质的运动呢？如何证明？（给同学2分钟时间思考，提出方案）
方案一：用打点计时器研究自由落体运动，通过分析纸带可得出自由落体运动的特点；
方案二：频闪摄影法研究自由落体运动，看课本P45页的问题与练习5，体验逐差法求加速度；
根据现有实验数据，请学生判定自由落体运动的性质，并进行数据处理求加速度，再进行误差分析。
小结:自由落体运动是初速度为0的匀加速直线运动。由实验测得自由落体加速度为_________
（3）自由落体加速度——重力加速度：看课本P44
在同一地点一切物体在自由落体运动中加速度都相同，这个加速度叫自由落体加速度也叫重力加速度（符号：g）
方向：竖直向下，强调≠指向地心≠垂直于接触面向下
大小：与地点有关（让学生看课本P45页表格找规律）
一般计算中取9.8 m/s,粗略计算时可取g = 10m/s，实际题目看情况取值
（4）自由落体运动的规律
让学生推导自由落体运动的v-t关系、x-t关系、v-x关系及其它常用推论；
（5）自由落体运动规律的应用
应用1：测当地重力加速度——介绍滴水法测重力加速度
应用2：测高度——如房高、井深。。。。
应用3：测时间——如测反应时间(课本P45,做一做)
应用4：测速度——考虑雨滴下落能否当作自由落体
做一做：测量反应时间（时间4分钟）
自由落体运动是一个非常有用的运动，我们可以用他做很多事，现在我做做一个游戏，现在请一位同学上来，伸出两根手指，我一释放这个书签，你就抓住它。
每一个人在发现某种情况到采取相应的行动，都要延迟一小段时间，这段时间我们叫它反应时间。利用自由落体运动就可以设计一个测量反应时间的实验。请同学们根据开始的小游戏自行设计。
学以致用：
【例1】关于自由落体运动，说法中正确的是（ ）
不同物体做自由落体运动，运动规律不同；
自由落体运动的加速度与物体质量大小无关；
物体只在重力作用下的下落运动一定是自由落体运动；
自由落体运动只在没有空气的空间里才能发生；在有空气的空间里，如果空气阻力的作用比较小，可忽略不计时，从静止下落可看做自由落体
【例2】做自由落体运动的物体，在最后1s内通过的位移是55m ，求：
（1）物体开始下落时的高度？
（2）落到地面所需的时间；
（3）落地的速度。（g =10m /s2）
例3：屋檐每隔一定时间滴下一滴水，当第5滴正欲滴下时，第1滴刚好落到地面，而第3滴与第2滴分别位于高1m的窗子的上、下沿，g =10m /s2，问：此屋檐离地面多高？滴水的时间间隔是多少？
例4：一条悬链长6.75m,从悬点处断开，使其自由下落，不计空气阻力，求整条悬链通过悬点正下方12.8m处的一点所需的时间。
【自我评价与反思】：
新课程理念追求教师和学生的心理、情感层面上的接触，追求师生心灵的拥抱。为了全面了解学生的学习历程，激励学生的学习和改进我们的教学，我们不仅要关注学生的学习结果，更要关注学生的学习过程中表现出来的情感与态度，用积极、及时的评价来帮助学生认识自我，建立信心。本节课通过深挖教材，按大纲要求培养学生的目标，以观察实验、分析、归纳、讨论及信息技术的直观演示来理解比较抽象的概念，使学生学习兴趣得到培养，信心得到增强，达到较好的学习效果。
以上是我对《自由落体运动》这节教材的认识和对这堂课的整体设计由于本人水平有限，上面过程肯定有许多缺点和漏洞，希望各位专家多多批评指正。
【补充练习】——强化一题多解
【例1】关于自由落体运动，说法中正确的是（ ）
不同物体做自由落体运动，运动规律不同；
自由落体运动的加速度与物体质量大小无关；
物体只在重力作用下的下落运动一定是自由落体运动；
自由落体运动只在没有空气的空间里才能发生，在有空气的空间里，如果空气阻力的作用比较小，可忽略不计时，从静止下落可看做自由落体
【例2】做自由落体运动的物体，在最后1s内通过的位移是55m ，求：
（1）物体开始下落时的高度？
（2）落到地面所需的时间；
（3）落地的速度。（g =10m /s2）
例3：屋檐每隔一定时间滴下一滴水，当第5滴正欲滴下时，第1滴刚好落到地面，而第3滴与第2滴分别位于高1m的窗子的上、下沿，g =10m /s2，问：此屋檐离地面多高？滴水的时间间隔是多少？
例4：一条悬链长6.75m,从悬点处断开，使其自由下落，不计空气阻力，求整条悬链通过悬点正下方12.8m处的一点所需的时间。
第二课时：伽利略对自由落体运动的研究及竖直上抛运动
一、伽利略对自由落体运动研究
1.【教学方法】——自学与讨论相结合
2.【师生研讨的几个要点】
1. 阅读“绵延两千年的错误”，回答“亚里士多德关于落体快慢的论断是否经历现代科学实验探究过程”，那是怎样得到的？ ——反映了伽利略之前的人们研究问题的方法主要是观察生活现象，进行哲学思辨。
2.阅读“逻辑的力量”，伽利略是通过什么办法否定了亚里士多德的结论？——逻辑归谬。再说具体点是使用了假设法。
3.阅读“猜想与假说”，画出物理学史——运动概念是伽利略建立的，另强调伽利略想解决的问题是自由落体运动的规律，先进行猜想与假设，有两种，并不是胡猜乱想，是受到哲学观念——“自然界的规律是简洁明了的”的影响。
4.阅读“实验验证”，伽利略在验证v正比于t时遇到了怎样的困难？如何解决？逻辑推理，等价于验证x正比于t 。如何解决滴水计时测不了自由落体运动的时间的问题。利用斜面实验“冲淡重力”。得到了怎样的结论？再强调通过外推得到的结论未必都可靠，只有经历的实践的检验，才能称之为“合理外推”。
5. 伽利略研究自由落体运动在物理学史上有什么重要意义？
【进行小结】——观看趣味视频。
二、竖直上抛运动
1.条件：初速度为竖直向上，只受重力作用
2.性质：上升：匀减速直线运动，下降：自由落体
3.规律：规定初速v0方向为正，则a=g
4. 画v-t图，x-t图；
5. 计算重要参数——公式的合理选择
计算上升到最大高度的时间；
上升并返回到出发点的时间；
上升的最大高度
6. 学以致用：
以24m/s的速度竖直向上抛出一个物体，若重力加速度取10m/s2。试求：
（1）物体上升的最大高度；
（2）物体上升到最大高度所用的时间；
（3）物体从抛出至落回原地所用的时间；
（4）物体运动到23.8m高度时所用的时间；
（5）物体落到抛出点以下5m用多长时间；
（6）物体运动到16m高度时所具有的速度；
（7）上抛后经8秒物体落至地面，那么抛出点的高度有多少？
小结： 竖直上抛运动的研究方法
分段法：上升阶段：匀减速直线运动
下落阶段：自由落体运动
下落过程是上升过程的逆过程（对称思想）
整体法：从全程考虑。加速度没变过，运动规律是连续函数；
第 1 页 共 5 页
【教材分析】：
本节是编排在匀变速直线运动规律等知识之后的一节规律探究课，是对匀变速直线运动规律的进一步应用和特殊化，第二章的一个重点。通过对自由落体运动的研究,既能加深学生对匀变速直线运动规律的理解，促进学生掌握自由落体运动规律，学习伽利略的科学思维方法，还能学会运用物理知识解决实际问题的方法，培养学生研究物理问题的方法和思维能力。
【学情分析】：
本节课的教学对象是高一年级的学生，从心理上讲，这一时期的学生好奇善问、对生活中各种落体现象和物理实验兴趣浓厚，能产生探究其本质的愿望。而此前，学生已经基本掌握了匀变速直线运动的规律，具有了一定的分析和解决运动问题的能力。通过《用打点计时器测速度》与《探究小车速度随时间变化的规律》两个实验，学生也能熟练的使用打点计时器，能根据纸带上各点的速度绘制v-t图像以处理数据求加速度，也能根据逐差法处理数据，还大致具备了设计探究性实验的基本思路。
由于学生对重的物体下落得快、轻的物体下落得慢的日常生活经验印象较深，又对伽利略“比萨斜塔实验”的结论有认识，所以学生内心还是有尚未解决的矛盾，所以理解物体下落快慢和质量无关是应抓住的思维碰撞的关键点。
【核心素养分析】
1. 知道自由落体运动的条件、特点和性质（物理观念）;
2. 会通过实验测得自由落体运动的加速度g，知道g随纬度的变化规律（科学探究）
3. 掌握自由落体运动的规律，并能解决实际问题（科学思维）
4. 了解伽利略研究自由落体运动的思路和方法（科学态度与责任）
【教学目标】
1.了解影响物体下落快慢的因素，知道什么是自由落体运动和物体做自由落体运动的条件；
2.通过设计实验探究方案自由落体运动加速度的大小，建立重力加速度的概念；
3.掌握自由落体运动的特点和规律。
【教学重点】
理解和掌握物体下落快慢与质量无关，自由落体运动的概念、性质、规律；
【教学难点】
通过实验探究得到自由落体加速度的大小g=9．8m/s2。
【教学方法】
1、学法：
学生已经掌握了匀变速运动的规律和处理方法，可以说理论知识上已经没有什么障碍，但是学生对重的物体下落得快、轻的物体下落得慢的日常生活经验印象很深，因此重的物体落的快这个问题既是难点也是教师应该抓住的思维碰撞的关键点，充分发挥学生的主体作用，引导学生积极参与，激发学习兴趣，活跃课堂气氛，调动学生的学习积极性，使学生始终保持积极探索的学习心态。
2、教法：
本节课的知识很重要而且有一定的难度，所以，教学设计以建构主义理论为指导，在以学为中心的建构主义学习环境中采用“抛锚式教学法”把教学内容以问题的形式提出，通过实验和多媒体最大程度的呈现物理情景，应用启发与探究相结合的方式有目的的引领学生互相交流，互相沟通，互相启发，互相补充使课堂中所有的设计与安排都要围绕学生来展开。
【课时安排】
2课时
【教学过程】
第一课时：主要为自由落体运动性质（加速度）的实验探究及规律推导
一、新课引入（时间约2分钟）——提出问题
1．落体运动是司空见惯的，人类对它的认识差不多经历了2000多年的时间。早在公元前4世纪的古希腊哲学家亚里士多德就经过大量的观察结论：质量大的物体下落得快。
2．过渡：同学们认可这种观点吗？理由是什么？（实验探究、或者伽利略的反证法）
3. 演示：释放书和一张A4纸，确实发现书下落快。那物体下落的快慢到底是受到了什么因素的影响呢？（空气阻力，质量双因素）
4. 设问：我们该怎样探究到底是哪个因素真正影响了落体快慢呢？
二、实验探究、深化认识
1. 自由落体运动──探究实验，利用身边触手可及的器材
实验探究——控制变量（同一高度由静止释放）
1.质量相同的物体可不同时落地；——只能说明，空气阻力确实会影响到落体快慢！
2.怎样控制空气阻力一定，探究质量对落体快慢是否产生影响？
过渡：空气阻力不好控制，不妨抽真空，不同质量的物体下落的快慢是否真的相同呢？
自由落体运动─—牛顿管演示实验
演示实验：让质量不同的鸡毛、铁片等物体在一个抽掉空气的玻璃管里下落，可以明显看到不同质量的物体下落的快慢是相同的。放入空气后，再重复前面的实验，发现其中的羽毛和铁片下落的快慢不相同。
（替代方案：世界上最大的真空室——自由落体研究）
实验结论：在没有空气的空间里，物体下落的快慢步调完全一致，与物体质量完全没有关系。也就是所有物体，无论轻重，在只受重力作用时，其运动遵循完全相同的规律。也就是研究清楚一个物体在只受重力情况下的落体运动，就可以见微知著！！
三、建构新知
（1）自由落体运动模型构建
条件：V0=0，只受重力
强调：实际中，如果空气阻力相比重力很小，则忽略，看看做自由落体。是一种理想化的运动模型。
（2）自由落体运动──—性质（实验研究是重点，学生要经历）
设疑诱思：我们可以根据加速度的特点将直线运动的性质划分为匀速直线运动，匀变速直线运动、变加速直线运动则自由落体运动是哪一种性质的运动呢？如何证明？（给同学2分钟时间思考，提出方案）
方案一：用打点计时器研究自由落体运动，通过分析纸带可得出自由落体运动的特点；
方案二：频闪摄影法研究自由落体运动，看课本P45页的问题与练习5，体验逐差法求加速度；
根据现有实验数据，请学生判定自由落体运动的性质，并进行数据处理求加速度，再进行误差分析。
小结:自由落体运动是初速度为0的匀加速直线运动。由实验测得自由落体加速度为_________
（3）自由落体加速度——重力加速度：看课本P44
在同一地点一切物体在自由落体运动中加速度都相同，这个加速度叫自由落体加速度也叫重力加速度（符号：g）
方向：竖直向下，强调≠指向地心≠垂直于接触面向下
大小：与地点有关（让学生看课本P45页表格找规律）
一般计算中取9.8 m/s,粗略计算时可取g = 10m/s，实际题目看情况取值
（4）自由落体运动的规律
让学生推导自由落体运动的v-t关系、x-t关系、v-x关系及其它常用推论；
（5）自由落体运动规律的应用
应用1：测当地重力加速度——介绍滴水法测重力加速度
应用2：测高度——如房高、井深。。。。
应用3：测时间——如测反应时间(课本P45,做一做)
应用4：测速度——考虑雨滴下落能否当作自由落体
做一做：测量反应时间（时间4分钟）
自由落体运动是一个非常有用的运动，我们可以用他做很多事，现在我做做一个游戏，现在请一位同学上来，伸出两根手指，我一释放这个书签，你就抓住它。
每一个人在发现某种情况到采取相应的行动，都要延迟一小段时间，这段时间我们叫它反应时间。利用自由落体运动就可以设计一个测量反应时间的实验。请同学们根据开始的小游戏自行设计。
学以致用：
【例1】关于自由落体运动，说法中正确的是（ ）
不同物体做自由落体运动，运动规律不同；
自由落体运动的加速度与物体质量大小无关；
物体只在重力作用下的下落运动一定是自由落体运动；
自由落体运动只在没有空气的空间里才能发生；在有空气的空间里，如果空气阻力的作用比较小，可忽略不计时，从静止下落可看做自由落体
【例2】做自由落体运动的物体，在最后1s内通过的位移是55m ，求：
（1）物体开始下落时的高度？
（2）落到地面所需的时间；
（3）落地的速度。（g =10m /s2）
例3：屋檐每隔一定时间滴下一滴水，当第5滴正欲滴下时，第1滴刚好落到地面，而第3滴与第2滴分别位于高1m的窗子的上、下沿，g =10m /s2，问：此屋檐离地面多高？滴水的时间间隔是多少？
例4：一条悬链长6.75m,从悬点处断开，使其自由下落，不计空气阻力，求整条悬链通过悬点正下方12.8m处的一点所需的时间。
【自我评价与反思】：
新课程理念追求教师和学生的心理、情感层面上的接触，追求师生心灵的拥抱。为了全面了解学生的学习历程，激励学生的学习和改进我们的教学，我们不仅要关注学生的学习结果，更要关注学生的学习过程中表现出来的情感与态度，用积极、及时的评价来帮助学生认识自我，建立信心。本节课通过深挖教材，按大纲要求培养学生的目标，以观察实验、分析、归纳、讨论及信息技术的直观演示来理解比较抽象的概念，使学生学习兴趣得到培养，信心得到增强，达到较好的学习效果。
以上是我对《自由落体运动》这节教材的认识和对这堂课的整体设计由于本人水平有限，上面过程肯定有许多缺点和漏洞，希望各位专家多多批评指正。
【补充练习】——强化一题多解
【例1】关于自由落体运动，说法中正确的是（ ）
不同物体做自由落体运动，运动规律不同；
自由落体运动的加速度与物体质量大小无关；
物体只在重力作用下的下落运动一定是自由落体运动；
自由落体运动只在没有空气的空间里才能发生，在有空气的空间里，如果空气阻力的作用比较小，可忽略不计时，从静止下落可看做自由落体
【例2】做自由落体运动的物体，在最后1s内通过的位移是55m ，求：
（1）物体开始下落时的高度？
（2）落到地面所需的时间；
（3）落地的速度。（g =10m /s2）
例3：屋檐每隔一定时间滴下一滴水，当第5滴正欲滴下时，第1滴刚好落到地面，而第3滴与第2滴分别位于高1m的窗子的上、下沿，g =10m /s2，问：此屋檐离地面多高？滴水的时间间隔是多少？
例4：一条悬链长6.75m,从悬点处断开，使其自由下落，不计空气阻力，求整条悬链通过悬点正下方12.8m处的一点所需的时间。
第二课时：伽利略对自由落体运动的研究及竖直上抛运动
一、伽利略对自由落体运动研究
1.【教学方法】——自学与讨论相结合
2.【师生研讨的几个要点】
1. 阅读“绵延两千年的错误”，回答“亚里士多德关于落体快慢的论断是否经历现代科学实验探究过程”，那是怎样得到的？ ——反映了伽利略之前的人们研究问题的方法主要是观察生活现象，进行哲学思辨。
2.阅读“逻辑的力量”，伽利略是通过什么办法否定了亚里士多德的结论？——逻辑归谬。再说具体点是使用了假设法。
3.阅读“猜想与假说”，画出物理学史——运动概念是伽利略建立的，另强调伽利略想解决的问题是自由落体运动的规律，先进行猜想与假设，有两种，并不是胡猜乱想，是受到哲学观念——“自然界的规律是简洁明了的”的影响。
4.阅读“实验验证”，伽利略在验证v正比于t时遇到了怎样的困难？如何解决？逻辑推理，等价于验证x正比于t 。如何解决滴水计时测不了自由落体运动的时间的问题。利用斜面实验“冲淡重力”。得到了怎样的结论？再强调通过外推得到的结论未必都可靠，只有经历的实践的检验，才能称之为“合理外推”。
5. 伽利略研究自由落体运动在物理学史上有什么重要意义？
【进行小结】——观看趣味视频。
二、竖直上抛运动
1.条件：初速度为竖直向上，只受重力作用
2.性质：上升：匀减速直线运动，下降：自由落体
3.规律：规定初速v0方向为正，则a=g
4. 画v-t图，x-t图；
5. 计算重要参数——公式的合理选择
计算上升到最大高度的时间；
上升并返回到出发点的时间；
上升的最大高度
6. 学以致用：
以24m/s的速度竖直向上抛出一个物体，若重力加速度取10m/s2。试求：
（1）物体上升的最大高度；
（2）物体上升到最大高度所用的时间；
（3）物体从抛出至落回原地所用的时间；
（4）物体运动到23.8m高度时所用的时间；
（5）物体落到抛出点以下5m用多长时间；
（6）物体运动到16m高度时所具有的速度；
（7）上抛后经8秒物体落至地面，那么抛出点的高度有多少？
小结： 竖直上抛运动的研究方法
分段法：上升阶段：匀减速直线运动
下落阶段：自由落体运动
下落过程是上升过程的逆过程（对称思想）
整体法：从全程考虑。加速度没变过，运动规律是连续函数；
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