2.5 自由落体运动 课时教案（表格式）2025--2026年鲁科版高中物理必修第一册

2.5《自由落体运动》课时教案
学科 物理 年级册别 高一上册 共1课时
教材 鲁科版高中物理必修第一册 授课类型 新授课 第1课时
教材分析
教材分析
本节内容选自鲁科版高中物理必修第一册第二章第2.25节《自由落体运动》，是匀变速直线运动规律在实际情境中的典型应用，具有承上启下的作用。教材通过生活实例引入，引导学生探究物体下落的规律，打破“重物下落快”的错误前概念，建立自由落体运动的科学模型。内容包括自由落体的定义、条件、加速度g的测量与理解，以及基本公式推导与应用，体现了从现象观察到理论建构的物理思维过程。
学情分析
高一学生刚接触高中物理，具备一定的初中力学基础，知道重力概念，但普遍存在“重的物体下落更快”的前认知误区。他们思维活跃，对实验现象兴趣浓厚，但抽象思维能力和科学探究能力尚在发展中。部分学生在数学运算、单位换算和图像分析方面存在困难。因此，教学需通过直观实验破除迷思，借助慢放视频、DIS传感器等数字化手段增强感知，引导学生经历“质疑—实验—建模—验证”的完整探究过程，在合作中提升数据处理与表达能力。
课时教学目标
物理观念
1. 理解自由落体运动的定义和条件，知道自由落体是初速度为零、加速度为g的匀加速直线运动。
2. 掌握自由落体运动的基本规律，能运用v = gt、h = gt 、v = 2gh等公式解决简单问题。
科学思维
1. 通过对比实验和数据分析，归纳自由落体运动的规律，发展归纳与演绎的科学思维能力。
2. 能将实际下落问题抽象为自由落体模型，并进行合理估算与判断。
科学探究
1. 能设计并参与“探究下落快慢与质量关系”“测量重力加速度”等实验，体验控制变量法的应用。
2. 能使用打点计时器或光电门等器材获取数据，并进行初步处理与误差分析。
科学态度与责任
1. 在实验中养成实事求是、严谨细致的科学态度，尊重实验数据。
2. 认识伽利略科学思想的伟大，体会人类对自然规律探索的曲折与执着，增强科学精神。
教学重点、难点
重点
1. 自由落体运动的定义、条件及其运动规律（v = gt, h = gt , v = 2gh）。
2. 重力加速度g的物理意义及数值特点。
难点
1. 突破“重物下落快”的前概念，理解自由落体运动的普遍性。
2. 实验数据的准确获取与处理，理解空气阻力对实验的影响。
教学方法与准备
教学方法
情境探究法、实验探究法、讲授法、合作学习法
教具准备
牛顿管、抽气机、手机慢放功能、DIS光电门系统、小球、刻度尺、打点计时器、纸带、多媒体课件
教学环节 教师活动 学生活动
情境导入，破除迷思
【5分钟】 一、生活情境引发认知冲突 （一）、提出驱动性问题，激发探究欲望。
教师手持一张A4纸和一个相同大小的硬纸板，提问：“同学们，请预测一下，如果我同时从同一高度释放这两样东西，谁会先落地？”绝大多数学生会回答“硬纸板先落地”。教师随即演示，结果确实如此。紧接着，教师将A4纸揉成纸团，再次与硬纸板同时释放，这次两者几乎同时落地。学生表现出惊讶与疑惑。
引导语：“为什么同样是这张纸，平放时落得慢，揉成团就和硬纸板一样快了？这说明物体下落的快慢可能和什么有关？真的是越重越快吗？”
（二）、讲述伽利略的故事，树立科学精神。
教师讲述：“在400多年前，伟大的科学家伽利略也曾对这个问题产生怀疑。当时人们普遍相信亚里士多德的观点——重的物体下落快，轻的物体下落慢。但伽利略认为，如果把重物和轻物绑在一起，按照这个理论，会出现矛盾：一方面，总重量更大，应该下落更快；另一方面，轻物会拖慢重物，应该下落更慢。这个悖论让他坚信，所有物体在真空中下落的快慢应该是一样的。”
过渡语：“伽利略的思想是伟大的，但当时没有真空环境，他如何验证呢？他巧妙地采用了‘冲淡重力’的方法——让小球沿斜面滚下，减缓运动过程便于观察。今天，我们借助现代技术，可以直接探究自由落体的奥秘。” 1. 观察实验现象，形成初步猜想。
2. 思考教师提问，产生认知冲突。
3. 倾听伽利略的故事，感受科学质疑精神。
4. 明确本节课探究主题。
评价任务 现象描述：☆☆☆
猜想提出：☆☆☆
兴趣激发：☆☆☆
设计意图 通过反直觉的实验制造认知冲突，迅速抓住学生注意力，激活前概念。引入伽利略的科学史，不仅解释了问题的由来，更渗透了“质疑—推理—实验验证”的科学方法，为后续探究奠定思想基础，体现科学态度与责任的培养。
实验探究，建构规律
【15分钟】 一、真空管实验，验证普遍性 （一）、演示牛顿管实验，直观呈现理想条件。
教师展示牛顿管（内装羽毛、金属片、软木塞等不同质量、密度的物体），先在空气状态下倒置，让学生观察物体下落的先后顺序。然后用抽气机将管内空气抽出，再次倒置。学生清晰地看到，在真空状态下，所有物体几乎同时到达底部。
引导语：“请大家仔细观察，抽真空前后，物体下落情况发生了什么根本变化？这说明影响物体下落快慢的主要因素是什么？”
学生讨论后得出结论：空气阻力是导致轻小物体下落慢的主要原因，在没有空气阻力的情况下，所有物体下落的快慢相同。
（二）、定义自由落体运动，明确条件。
教师板书并强调：物体只在重力作用下从静止开始下落的运动，叫做自由落体运动。其条件是：① 初速度为零（v = 0）；② 只受重力作用（或空气阻力可忽略不计）。
举例说明：熟透的苹果从树上落下、蹦极者跳下瞬间、忽略空气阻力的雨滴下落等都可近似看作自由落体运动。
二、测量重力加速度，获取核心数据 （一）、分组实验：使用DIS光电门系统测g。
将学生分为若干小组，每组配备DIS光电门、小球、铁架台、刻度尺。教师讲解实验原理：小球从静止释放，通过两个间距为h的光电门，系统自动记录通过时间t 、t ，可计算出两位置的速度v 、v ，利用公式v - v = 2gh计算g。
教师巡视指导，强调操作要点：确保小球从静止释放、光电门位置准确测量、多次测量取平均值以减小误差。
（二）、数据处理与分析。
各小组将测得的g值填入黑板上的统计表。教师引导学生观察数据：虽然各组结果略有差异，但都集中在9.8 m/s 左右。
教师总结：“这个加速度是由重力产生的，我们称之为重力加速度，通常用g表示。它的方向竖直向下，大小在地球表面附近约为9.8 m/s ，粗略计算时可取10 m/s 。g的大小与物体的质量、形状、材料无关，只与地理位置有关。” 1. 观察牛顿管实验，对比分析现象差异。
2. 参与小组实验，操作DIS系统测量g值。
3. 记录并处理实验数据，计算重力加速度。
4. 汇报实验结果，参与全班数据讨论。
评价任务 实验操作：☆☆☆
数据记录：☆☆☆
结论归纳：☆☆☆
设计意图 牛顿管实验是破除迷思的关键，通过“有无空气”的对比，让学生亲眼见证理想条件下的物理规律，建立“自由落体”的科学概念。DIS实验则让学生亲历科学探究全过程，从操作到数据处理，培养实验技能和科学思维。通过全班数据共享，体会测量的重复性与误差的存在，理解g的普遍性与近似性。
公式推导，深化理解
【10分钟】 一、从匀变速规律推导自由落体公式 （一）、类比迁移，建立数学模型。
教师引导：“我们已经知道自由落体是初速度为零的匀加速直线运动，其加速度为g。那么，我们能否将匀变速直线运动的一般公式应用到自由落体中？”
教师板书匀变速直线运动基本公式：v = v + at，x = v t + at ，v - v = 2ax。
引导学生思考：在自由落体中，v = 0，a = g，x = h（下落高度）。请学生尝试代入，推导出自由落体的专用公式。
学生在教师引导下得出：v = gt，h = gt ，v = 2gh。
（二）、解读公式，理解物理意义。
教师逐条解读：
1. v = gt：下落速度与时间成正比，每秒增加约9.8 m/s。
2. h = gt ：下落高度与时间的平方成正比，说明下落越来越快。
3. v = 2gh：速度平方与下落高度成正比，可用于估算落地速度。
教师强调：这三个公式只适用于自由落体运动，即v =0、a=g、仅受重力的理想条件。
二、图像分析，直观呈现规律 （一）、绘制v-t图像，理解加速度。
教师引导：“根据v = gt，速度与时间是什么关系？它的v-t图像应该是怎样的？”
学生回答：正比例函数，是一条过原点的直线。
教师画出v-t图像，斜率k = Δv/Δt = g，说明斜率即为重力加速度。
（二）、绘制h-t图像，理解位移规律。
教师提问：“h = gt 是二次函数，它的h-t图像会是什么形状？”
学生回答：抛物线。
教师画出h-t图像，强调其开口向上，说明位移随时间加速增加。 1. 回忆匀变速公式，参与公式推导。
2. 理解自由落体公式的物理意义。
3. 分析v-t和h-t图像，建立图像与规律的联系。
4. 笔记关键公式与图像特征。
评价任务 公式推导：☆☆☆
意义理解：☆☆☆
图像分析：☆☆☆
设计意图 通过类比匀变速运动，引导学生自主推导自由落体公式，体现知识的迁移与建构。对公式的逐条解读和图像分析，帮助学生从代数和几何两个角度深化对规律的理解，发展科学思维。强调公式的适用条件，培养学生严谨的物理思维习惯。
应用巩固，解决问题
【10分钟】 一、基础应用，巩固公式 （一）、例题讲解：估算下落时间与速度。
教师出示例题：“某同学从教学楼四楼窗台（离地约12.5m）不小心掉落一支笔，忽略空气阻力，求：（1）笔落地所需时间；（2）落地时的速度大小。”（取g=10m/s ）
教师引导学生分析：这是典型的自由落体问题，v =0，a=g，h=12.5m。
解：（1）由h = gt 得 t = √(2h/g) = √(2×12.5/10) = √2.5 ≈ 1.58s
（2）由v = gt 得 v = 10×1.58 = 15.8 m/s 或由v = 2gh 得 v = √(2×10×12.5) = √250 ≈ 15.8 m/s
强调解题步骤：审题→建模（判断是否为自由落体）→选公式→代入计算→单位与结果。
二、情境拓展，联系生活 （一）、讨论“黄金三秒”与安全距离。
教师提问：“在建筑工地，为何要戴安全帽？如果一块砖从5米高处落下，不戴安全帽会怎样？”
学生计算：t = √(2×5/10) = 1s，v = 10×1 = 10 m/s = 36 km/h，相当于一辆汽车在市区的速度，冲击力巨大。
引导学生理解高空坠物的危险性，增强安全意识。
（二）、估算反应时间。
教师演示“尺子下落测反应时间”实验：让一名学生伸手准备捏住竖直悬挂的尺子的零刻度处，教师突然松手，学生尽快捏住尺子，读出捏住位置的刻度h。
根据h = gt ，可得t = √(2h/g)，代入h即可估算该同学的反应时间。邀请几位学生上台体验。 1. 听讲例题，学习解题规范。
2. 独立计算基础题目，巩固公式应用。
3. 参与讨论，理解物理知识的实际意义。
4. 上台参与反应时间测量，体验物理趣味。
评价任务 公式应用：☆☆☆
解题规范：☆☆☆
安全意识：☆☆☆
设计意图 通过典型例题规范解题步骤，提升学生应用能力。将自由落体与“高空坠物安全”“反应时间测量”等生活情境结合，体现“从生活走向物理，从物理走向社会”的课程理念，增强学生的社会责任感和学习兴趣，实现知识的迁移与升华。
课堂总结，升华主题
【5分钟】 一、结构化总结，梳理知识脉络 （一）、回顾本课核心内容。
教师引导学生共同回顾：今天我们从“重物下落快”的迷思出发，通过牛顿管实验和DIS测量，认识到在忽略空气阻力时，所有物体下落快慢相同，建立了自由落体运动的模型。它是一种初速度为零、加速度为g的匀加速直线运动。我们推导并掌握了三个基本公式：v = gt，h = gt ，v = 2gh。g的大小约为9.8 m/s ，方向竖直向下。
二、升华式总结，感悟科学精神 （一）、致敬伽利略，传承科学之光。
教师深情总结：“伽利略曾说：‘一切推理都必须从观察与实验得来。’他没有盲从权威，而是用思想和实验挑战了统治近两千年的错误观念。今天，我们手中的每一个数据，每一条公式，都闪耀着先贤智慧的光芒。自由落体不仅是一个物理模型，更是一种科学精神的象征——敢于质疑，勇于探索，尊重事实。希望同学们在未来的学习中，也能像伽利略一样，用自己的眼睛去观察世界，用自己的头脑去思考问题，让科学的种子在心中生根发芽。” 1. 回顾本节课主要知识点。
2. 理解自由落体的物理模型与公式。
3. 感悟伽利略的科学精神。
4. 形成尊重实验、敢于质疑的科学态度。
评价任务 知识梳理：☆☆☆
精神感悟：☆☆☆
态度形成：☆☆☆
设计意图 通过结构化总结帮助学生构建清晰的知识框架。以伽利略的名言和科学史收尾，将知识学习上升到科学精神的传承，激发学生的科学热情与人文情怀，实现情感态度与价值观的深度升华，使课堂余韵悠长。
作业设计
一、基础巩固
1. 关于自由落体运动，下列说法正确的是（ ）
A. 物体从静止开始下落的运动就是自由落体运动
B. 自由落体运动是初速度为零、加速度为g的匀加速直线运动
C. 在空气中，轻重不同的物体下落快慢一定不同
D. 重力加速度g的方向总是垂直向下
2. 一物体从离地80m高处由静止开始自由下落，求：（g取10m/s ）
（1）物体下落3秒时的速度大小；
（2）物体在第3秒内的位移大小；
（3）物体落地所需总时间。
二、能力提升
3. 某同学用手机慢动作拍摄一小球从静止下落的过程，每隔0.1秒截取一帧画面，测得连续三帧中小球位置距起点的距离分别为4.9cm、19.6cm、44.1cm。请利用这些数据估算当地的重力加速度g，并判断小球的运动是否符合理想自由落体规律。（提示：利用Δh = gT ）
三、实践探究
4. 设计一个简易实验，利用直尺和同伴，测量你自己的反应时间。写出实验步骤、测量数据，并计算结果。思考：如何提高测量的准确性？
【答案解析】
一、基础巩固
1. B（解析：A缺少“只受重力”条件；C忽略了空气阻力的影响；D应为“竖直向下”）
2. （1）v = gt = 10×3 = 30 m/s
（2）第3秒内位移 = h - h = ×10×3 - ×10×2 = 45 - 20 = 25 m
（3）由h = gt 得 t = √(2h/g) = √(2×80/10) = √16 = 4 s
二、能力提升
3. Δh = 19.6 - 4.9 = 14.7 cm = 0.147 m
Δh = 44.1 - 19.6 = 24.5 cm = 0.245 m
T = 0.1 s
若为自由落体，Δh应相等且Δh = gT g = Δh / T
但Δh ≠ Δh ，说明存在空气阻力或测量误差。取平均Δh = (0.147 + 0.245)/2 = 0.196 m
g ≈ 0.196 / (0.1) = 19.6 / 1 = 19.6 m/s ？ 明显偏大，应使用逐差法：g = (Δh - Δh )/T = (0.245 - 0.147)/0.01 = 9.8 m/s 。故g≈9.8m/s ，符合理想规律。
板书设计
自由落体运动
——只在重力作用下，从静止开始下落
条件：v = 0，仅受重力（或f_阻 G）
性质：初速度为零的匀加速直线运动
加速度：重力加速度 g ≈ 9.8 m/s ，方向竖直向下
基本公式：
速度公式：v = gt
位移公式：h = gt
速度位移公式：v = 2gh
v-t图像：过原点的直线，斜率 = g
h-t图像：抛物线
教学反思
成功之处
1. 以“纸团与硬纸板”实验导入，有效制造认知冲突，极大激发了学生探究兴趣，课堂氛围活跃。
2. 结合伽利略科学史进行教学，不仅传授知识，更渗透了科学方法与精神，实现了多维目标的融合。
3. DIS实验数据共享与分析环节，学生参与度高，对g的理解从抽象符号变为具体数值，效果显著。
不足之处
1. 部分学生在公式应用时仍习惯套用，对物理过程的分析不够深入，需加强建模训练。
2. DIS设备数量有限，部分小组等待时间较长，影响实验效率，今后可增加传统打点计时器作为备选。
3. 作业第3题难度偏大，部分学生对逐差法不熟悉，需在课上补充讲解或提供更详细提示。