2.4 自由落体运动 课时教案（表格式）2025--2026年粤教版高中物理必修第一册

2.4《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 粤教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
本节内容位于粤教版高中物理必修第一册第二章“匀变速直线运动”的第四节，是学生在学习了匀变速直线运动基本规律后对特殊情形的深入探究。自由落体运动作为初速度为零、加速度为g的匀加速直线运动的典型实例，具有承上启下的作用。教材通过伽利略的研究历程引入，强调科学思维的发展过程，并借助实验与理论推导相结合的方式建立自由落体运动模型，突出物理学科“从生活走向物理，从物理走向社会”的课程理念。
学情分析
高一学生已具备初步的逻辑推理能力和实验观察能力，掌握了位移、速度、加速度等基本概念及匀变速直线运动的基本公式。但受日常经验影响，普遍存在“重物下落快、轻物下落慢”的前概念误区。学生的抽象思维仍处于发展阶段，对理想化模型（如忽略空气阻力）的理解存在一定困难。此外，部分学生在数据处理和图像分析方面能力较弱。因此教学中需通过直观实验打破错误认知，利用数字化实验手段增强感知，引导学生经历“提出问题—猜想假设—实验验证—归纳结论”的完整探究过程，实现认知结构的重构。
课时教学目标
物理观念
1. 理解自由落体运动的概念，知道其是初速度为零、只受重力作用下的竖直向下匀加速直线运动。
2. 掌握自由落体加速度g的大小、方向及其在地球不同位置的变化规律，能运用匀变速直线运动公式解决自由落体相关计算问题。
科学思维
1. 通过对比不同物体下落实验现象，学会控制变量法进行科学探究，能够辨析并纠正“质量影响下落快慢”的常见误解。
2. 能够将实际下落过程抽象为理想化的自由落体模型，理解模型建构在物理学研究中的重要意义。
科学探究
1. 经历设计并操作“光电门测自由落体加速度”或“打点计时器记录自由落体运动”的实验过程，掌握测量重力加速度的基本方法。
2. 能对实验数据进行处理，绘制v-t图像，通过斜率求解g值，并评估实验误差来源。
科学态度与责任
1. 感悟伽利略敢于挑战权威、坚持实证精神的科学品质，在探究过程中培养实事求是的科学态度。
2. 认识自由落体规律在生活实践（如高空作业安全、体育跳高）和技术应用（如重力勘探、航天返回舱着陆）中的价值，增强社会责任意识。
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、数值特征及方向。
难点
1. 理解自由落体运动是一种理想化模型，明确“只受重力”这一前提条件的实际含义。
2. 实验中如何准确测量时间与位移，并通过数据分析得出g值，理解系统误差与偶然误差的影响。
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
教具准备
真空管装置（牛顿管）、金属片与羽毛、手机慢动作摄像功能、光电门+数字计时器、小钢球、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
情景导入，破除迷思
【6分钟】 一、生活现象引发认知冲突 （一）、展示两个明显不同的物体同时下落：
教师手持一张A4纸和一本物理课本，站在讲台前，向全班提问：“如果我现在让它们从同一高度同时释放，谁会先落地？”绝大多数学生会回答“课本先落地”。接着教师演示：第一次，平放纸张与课本同时松手——课本迅速落地，纸张缓慢飘落；第二次，将纸张揉成紧密的小团，再与课本同时释放——两者几乎同时落地。此时学生中出现惊讶与讨论声。
追问：“为什么同样是这张纸，展开时落得慢，揉成团就和书差不多快？这说明下落快慢真的只取决于轻重吗？”引导学生意识到空气阻力可能起到了关键作用。
二、历史回眸揭示科学精神 （二）、讲述伽利略比萨斜塔实验的传说与真实探索：
“早在四百多年前，意大利科学家伽利略就曾面对同样的困惑。当时人们普遍信奉亚里士多德的观点——‘物体越重，下落越快’。但伽利略没有盲从权威，他通过思想实验指出其内在矛盾：若将一个重球和一个轻球绑在一起下落，按亚里士多德理论，整体更重应下落更快；但从另一个角度看，轻球会拖慢重球，导致整体下落速度介于两者之间——这就产生了逻辑悖论。”
播放一段30秒动画视频，模拟伽利略在斜面上滚球实验的过程，解释他为何采用“冲淡重力”的方式减缓运动以便测量。“正是这种质疑精神与严谨推理，开启了近代科学的大门。今天，我们也来做一次小小伽利略，亲自揭开自由落体的秘密。” 1. 观察实验现象，思考并回答问题。
2. 参与讨论，表达自己对下落快慢的看法。
3. 听取伽利略的故事，感受科学探究的精神。
4. 明确本节课的学习任务与目标。
评价任务 现象描述：☆☆☆
观点表达：☆☆☆
兴趣激发：☆☆☆
设计意图 通过反直觉实验制造认知失衡，激发探究欲望；结合科学史渗透STS教育，让学生体会科学发展的曲折性与实证精神的重要性，为后续建立理想模型做好心理铺垫。
实验探究，建构模型
【18分钟】 一、理想环境验证：真空管实验 （一）、演示牛顿管实验，排除空气干扰：
教师取出预先准备好的真空玻璃管（内含金属片与羽毛），先不抽气，将其竖直倒置，让学生观察金属片快速落下而羽毛缓缓飘落的现象。然后连接抽气机，将管内空气逐渐抽出至接近真空状态，再次倒置试管。此时学生清晰看到：金属片与羽毛几乎同步下落到底部！教室里响起一片惊叹声。
引导提问：“刚才还在天上慢慢飞的羽毛，现在怎么跟铁片一样快了？这说明什么？”鼓励学生总结：“当没有空气阻力时，所有物体无论轻重，下落快慢相同。”教师顺势引出“自由落体运动”的定义：物体仅在重力作用下从静止开始下落的运动，叫做自由落体运动。强调“仅在重力作用”是核心条件。
二、真实世界测量：小组合作实验 （二）、分组开展光电门测g实验：
将学生分为六组，每组配备一套光电门+数字计时器+支架+小钢球+游标卡尺。教师讲解实验原理：让小球从固定高度h自由下落，穿过上下两个间距为d的光电门，仪器自动记录通过两门的时间t 和t ，从而计算出初末速度v =d/t , v =d/t ，再根据v - v = 2gh求得g值。
发放实验记录表，明确操作步骤：①调节支架使两光电门中心在同一竖直线；②用刻度尺测量两门间距离d；③确定释放点高度h（从球心到上光电门中心）；④多次释放小球取平均时间以减少误差。教师巡视指导，提醒注意安全，防止钢球滚落伤人。
各组完成三次测量后，汇总数据至黑板表格，共同计算g的平均值。发现结果约为9.78 m/s ，略小于标准值9.8 m/s 。引导学生分析误差原因：光电门响应延迟、空气微小阻力、释放瞬间初速不为零等。 1. 观察真空管实验，记录现象差异。
2. 分组动手操作光电门系统，采集数据。
3. 计算各自小组的g值并参与全班汇总。
4. 分析实验误差，提出改进建议。
评价任务 现象观察：☆☆☆
操作规范：☆☆☆
数据分析：☆☆☆
设计意图 通过理想实验确立规律本质，再通过真实实验获得感性认识与定量结果，体现“理论—实践—再理论”的科学方法。小组合作提升协作能力，数据分析培养科学素养，误差讨论深化对测量本质的理解。
规律提炼，深化理解
【12分钟】 一、数学建模推导运动规律 （一）、类比匀变速运动公式进行迁移：
教师在黑板上列出匀变速直线运动三大公式：
v = v + at
x = v t + at
v - v = 2ax
提问：“自由落体运动是否符合这些规律？它的初速度v 是多少？加速度a又是什么？”引导学生回答：v = 0，a = g（重力加速度），方向竖直向下。于是将上述公式代入得到自由落体专用公式：
v = gt
h = gt
v = 2gh
强调g是一个常量，在地球表面通常取9.8 m/s ，粗略计算可取10 m/s 。指出g的方向始终竖直向下，与运动方向无关。
二、拓展认知边界：g值的地域差异 （二）、展示全球重力加速度分布图：
多媒体投影一幅彩色地图，显示地球上不同纬度地区的g值变化情况。可以看到赤道附近g≈9.780 m/s ，两极地区g≈9.832 m/s 。提问：“为什么会有这样的差异？”引导学生回忆地球自转知识：地球并非完美球体，而是赤道略鼓、两极稍扁的椭球体，且自转导致赤道处离心效应更强，故重力偏小。
补充说明：海拔越高，g越小；地下矿藏密度异常也会影响局部g值，地质勘探中常用重力仪探测油田或空洞。让学生感受到物理规律不仅存在于课堂，更活跃在广阔天地之中。 1. 回忆匀变速公式，参与公式推导。
2. 理解并记忆自由落体三大公式。
3. 观察g值分布图，思考地域差异原因。
4. 联系地理知识，理解g变化的物理机制。
评价任务 公式推导：☆☆☆
概念理解：☆☆☆
联系实际：☆☆☆
设计意图 通过知识迁移降低学习难度，强化公式的适用条件；引入g的空间变化拓宽视野，打破“g处处相等”的片面认识，体现物理与地理、工程技术的交叉融合，提升综合思维水平。
应用迁移，解决问题
【6分钟】 一、基础应用：计算下落时间与速度 （一）、例题示范：屋檐滴水问题
题目呈现：某住宅楼屋檐距地面高度为4.9米，雨滴从屋檐由静止滴落，忽略空气阻力，求雨滴落地所需时间和落地瞬间的速度。（取g=9.8 m/s ）
教师板书解题过程：
已知：h = 4.9 m, g = 9.8 m/s , v = 0
由 h = gt 得 t = 2h/g = (2×4.9)/9.8 = 1 → t = 1 s
由 v = gt = 9.8 × 1 = 9.8 m/s
答：雨滴落地时间为1秒，速度为9.8 m/s。
强调单位统一与公式选择依据。
二、情境延伸：生活中的自由落体 （二）、提问启发：现实中的近似自由落体
“我们生活中有哪些运动可以近似看作自由落体？”引导学生举例：苹果从树上掉落、跳伞运动员开伞前的下降阶段、蹦极起跳后的初始阶段等。
进一步设问：“若你在高楼边缘不小心掉落一支笔，楼下行人抬头看到笔才反应躲避，来得及吗？”给出数据：楼层高20米，人反应时间约0.5秒。让学生估算下落时间t==≈2s > 0.5s，说明理论上有机会躲开，但极其危险。
借此进行安全教育：“高空抛物危害极大，哪怕是一枚鸡蛋，从十楼落下也可能致人死亡。请同学们珍爱生命，杜绝高空抛物。” 1. 跟随教师思路，完成例题演算。
2. 思考并列举生活中的自由落体现象。
3. 参与安全情境讨论，估算反应时间。
4. 建立物理知识与生活安全的联系。
评价任务 公式应用：☆☆☆
情境联想：☆☆☆
安全意识：☆☆☆
设计意图 通过典型例题巩固公式使用，提升计算能力；联系生活实际增强知识实用性；借物理规律进行生命教育，落实“科学态度与责任”目标，实现育人价值升华。
课堂总结，情感升华
【3分钟】 一、结构化回顾核心知识 （一）、师生共同梳理本课主线：
“今天我们沿着伽利略的足迹，经历了一场思想与实验的旅程。我们发现：在没有空气阻力的理想条件下，一切物体都以相同的加速度g自由下落——这是大自然简洁而深刻的法则之一。我们学会了用v=gt、h= gt 、v =2gh这三个公式描述它，也知道了g≈9.8m/s ，方向竖直向下，且随纬度和海拔略有变化。”
二、激励性结语致敬科学先驱 （二）、引用爱因斯坦评价伽利略：
“伽利略的伟大之处，不在于他发现了什么，而在于他开创了一种全新的科学研究方法——用实验检验假说。”当我们仰望星空，看到航天器精准返回地球，或是工程师设计出安全的防坠系统，背后都有这条简单却强大的自由落体定律在默默支撑。愿你们也能像伽利略一样，保持好奇，敢于质疑，用理性的光芒照亮未知的世界。 1. 跟随教师回顾本节课主要内容。
2. 理解自由落体规律的科学意义。
3. 感受科学家精神的感召力量。
4. 形成尊重规律、敬畏自然的情感。
评价任务 知识归纳：☆☆☆
情感共鸣：☆☆☆
价值认同：☆☆☆
设计意图 通过结构化总结帮助学生构建知识网络；引用名人名言提升文化品位；将物理规律与科技发展、人类文明相联系，激发学生使命感，实现知识、能力、情感三维目标的有机统一。
作业设计
一、基础巩固：公式应用训练
1. 一位登山者在悬崖边不慎掉落一块小石子，经过3秒后听到石子落地的声音。已知声音传播速度为340 m/s，忽略空气阻力，g取10 m/s 。求悬崖的高度。（提示：总时间包括石子下落时间和声音传回时间）
2. 某物体做自由落体运动，在最后一秒内下落了25米。求物体下落的总时间和总高度。（g取10 m/s ）
二、实验探究：家庭小实验
利用手机慢动作拍摄功能（建议120fps以上），录制一枚硬币和一张纸片同时从同一高度释放的下落过程。观察并描述两者运动轨迹的差异。再将纸片揉成团重复实验，比较前后现象。撰写一份不少于200字的小报告，说明你从中得到的物理启示。
三、拓展阅读：科学史短文
查阅资料了解伽利略是如何通过“斜面实验”间接证明自由落体规律的。思考：他为什么要用斜面？这种方法体现了哪些科学思想？
【答案解析】
一、基础巩固
1. 设下落时间为t，则 h = ×10×t = 5t ；声音返回时间 = (3-t)，则 h = 340×(3-t)。联立得 5t = 340(3-t)，整理得 t + 68t - 204 = 0，解得 t ≈ 2.94 s（舍去负根），h ≈ 5×(2.94) ≈ 43.2 m。
2. 设总时间为t，则最后1秒初速度为g(t-1)，该秒内位移 h' = g(t-1)×1 + g×1 = 10(t-1) + 5 = 25，解得 t = 3 s。总高度 H = ×10×3 = 45 m。
二、实验探究
预期现象：纸片展开时飘忽不定、下落慢；揉成团后与硬币几乎同步下落。结论：空气阻力显著影响轻质物体运动，当阻力相对重力可忽略时，所有物体下落加速度相同。
板书设计
自由落体运动
——只受重力，v =0，a=g≈9.8m/s ↓
【左侧】实验现象对比：
→ 纸 vs 书：空气阻力影响大
→ 真空管：金属片 & 羽毛 同步下落
→ 结论：无阻力时，所有物体下落一样快
【中部】运动规律（g代替a）：
v = gt
h = gt
v = 2gh
【右侧】g的特点：
大小：9.8 m/s （一般取）
方向：竖直向下
变化：纬度↑→g↑；海拔↑→g↓
【底部】科学方法：
观察→猜想→实验→建模→应用
教学反思
成功之处
1. 以“纸与书”实验开场有效激发兴趣，真空管演示震撼力强，成功破除“重快轻慢”的迷思概念。
2. 小组实验分工明确，学生参与度高，多数小组能独立完成数据采集与初步处理，体现了探究式学习的价值。
3. 结合伽利略科学史与现代技术（手机慢动作），既传承科学精神又贴近学生生活，课堂氛围积极活跃。
不足之处
1. 光电门实验中个别小组因安装不当导致数据偏差较大，今后需增加预实验调试环节。
2. 对g值变化的讲解略显仓促，部分学生未能完全理解地球形状与自转对g的影响机制。
3. 作业中综合题难度偏高，预计有三分之一学生需辅导才能完成，下次应分层设计习题。