人教版高中物理必修第1册教学设计
2.4自由落体运动
课题
自由落体运动
课时
2
学科
物理
年级
高一
学习
目标
1．知识与技能
（1）知道自由落体运动的条件以及运动性质。
（2）掌握自由落体加速度的大小和方向。
（3）能够运用匀变速直线运动规律分析、解决有关自由落体运动的问题。
（4）了解伽利略对自由落体运动的研究方法。
2．过程与方法
（1）小组通过实验探究、讨论交流，体验自由落体运动现象。
（2）经历伽利略对自由落体运动的研究过程，体验伽利略的科学研究方法。
3．情感、态度与价值观
（1）体会身边的自由落体运动，学以致用，激发学生的学习热情。
（2）通过应用自由落体运动规律，解决实际问题，培养学生关注生活的态度。
（3）通过经历伽利略对自由落体运动的研究过程，进一步提升对方法论的认识。
重点
自由落体运动的特点和规律
伽利略对自由落体运动研究的过程、方法。?
难点
自由落体运动的性质及自由落体加速度。
伽利略否前人错误结论的逻辑推理、斜面实验结论的合理外推。
教学过程
教学环节
教师活动
学生活动
设计意图
导入新课
第一课时：
出示图片：常见物体的下落
物体下落的运动是司空见惯的，例如雨滴下落，雪花纷飞、树叶飘落等，但人类对它的认识却经历了差不多两千年的时间。
出示图片：亚里士多德
教师叙述亚里士多德的观点：二千多年前，古希腊哲学家亚里士多德认为物体下落的快慢跟它的轻重有关，重的物体下落得快。
他的这一论断符合人们的常识，以至于其后两千年的时间里，大家都奉为经典，你能举例推翻这一结论吗？
出示参考答案：取两张质量不同的纸，取质量小揉成纸团，再让它们同时下落。可观察到什么现象？
现象：质量小的纸团下落的快。
教师总结：可见亚里士多德的观点是错误的
影响落体运动快慢的因素可能是空气阻力的作用。
学生观察图片
学生观察并思考，提出自己的猜想，并动手设计自己的可行方案。说出实验现象以及结论
了解常见的物体下落的现象
掌握一定的历史史实，学会一些基本的推理方法，初步养成置疑的习惯，激发学生的学习兴趣。
讲授新课
一、自由落体运动
1、伽利略认为，根据亚里士多德的论断，会推出相互矛盾的结论。
出示图片：大小石头
（1）假定大石头的下落速度为8，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。
结论1：整个物体的下落速度应该小于8；
（2）把两块石头捆在一起后，整体重量增加，则速度增加。
结论2：整个物体下落的速度应该比8还要大。
教师总结：这种相互矛盾的结论，说明亚里士多德“重的物体下落得快”的看法是错误的。
那么，轻重不同的物体下落的情况到底怎样？下面我们一起来做个比较精细的实验，仔细研究一下。
2、演示实验：轻重不同的物体下落快慢的研究
出示图片：牛顿管
甲 有空气 乙 真空
（1）实验器材：牛顿管（一个两端封闭的玻璃管，其中一端有一个开关，玻璃管可以与外界相通）、真空泵、质量不相同的铁片和羽毛等。
（2）实验步骤
①在有空气阻力时，把质量不相同的铁片和羽毛放到玻璃管中；
②把玻璃管竖直放置，让铁片和羽毛从玻璃管上方同时开始下落，观察物体下落的情况；
③启动真空泵，把牛顿管里的空气抽出一些，把玻璃管竖直放置，让铁片和羽毛从玻璃管上方同时开始下落，观察物体下落的情况；
④把牛顿管里的空气几乎全部抽出，重复步骤③，观察物体下落的情况。
（3）演示牛顿管的实验视频
教师总结：
（4）实验现象：如果牛顿管里有空气，金属片和羽毛下落的快慢不同；把牛顿管里的空气抽出一些，金属片和羽毛下落的快慢就变得接近；当把牛顿管里的空气几乎全部抽出时，金属片和羽毛下落的快慢就相同了。
（5）实验结论：在没有空气的空间里，物体下落的快慢相同
3.自由落体运动
（1）定义：物体只在重力作用下，从静止开始下落的运动。
（2）特点：只受重力、v0=0
（3）当空气阻力的作用比较小，可以忽略不计时，从静止开始下落的物体可视为自由落体运动。
例1、关于自由落体运动，下列说法正确的是 ( )
A、物体竖直向下的运动一定是自由落体运动
B、不同的物体做自由落体运动，它们的运动规律是不同的
C、物体只有在重力作用下从静止开始下落的运动叫自由落体运动
D、自由落体运动的加速度与物体的质量无关
答案：CD
二、实验：研究自由落体运动的规律
1、实验器材：铁架台、打点计时器、纸带、电源、夹子、导线、重物。
2、原理：纸带在重物的作用下自由下落，纸带受到的阻力较小，近似认为纸带做自由落体运动，根据打出的纸带点的情况，分析出重物的运动规律。
出示图片：打点计时器
3、实验步骤：
①把打点计时器竖直固定在铁架台上，纸带一端系着重物，另一端穿过计时器。
②让重物靠近打点计时器，用手捏住纸带上端，启动打点计时器，
松手后重物自由下落，计时器在纸带上留下一串小点，最后要关闭电源。
③仿照前面对小车运动的研究，测量重物下落的加速度。
④改变重物的质量，重复上面的实验。
4、数据处理
（1）计数点瞬时速度的求法
例题：计数点2时的瞬时速度
参考答案
用计算较准确的平均速度来代替某点的瞬时速度。
出示纸带：
教师出示计算结果和图像
试验结论：v-t图像为一条倾斜的直线，所以自由有落体运动是匀变速直线运动。
实验误差：
1.纸带与打点计时器的摩擦
2.空气阻力的影响
3.测量误差
知识拓展
由纸带判断物体做匀变速直线运动的方法：
如图所示，0、1、2……为时间间隔相等的各计数点，S1、S2、S3……为相邻两计数点之间的距离，若△S= S2－S1=……=C（常数），即若两连续相等的时间间隔的位移之差为恒量，则与纸带相连的物体的运动为匀变速直线运动。
△S =aT2
自由落体加速度
对不同物体进行的实验结果表明，在同一地点，一切物体自由下落的加速度都相同。
1、定义：物体在自由落体运动中的加速度叫做自由落体加速度，也叫重力加速度。
2、符号：通常用g表示。
3、方向：竖直向下。
地 点
纬 度
重力加速度
赤道海平面
0°
9.780
马尼拉
14°35′
9.784
广州
23°06′
9.788
武汉
30°33′
9.794
上海
31°12′
9.794
东京
35°43′
9.798
北京
39°56′
9.801
纽约
40°40′
9.803
莫斯科
55°45′
9.816
北极
90°
9.832
你从表中发现了什么规律吗？
做一做：用手机测自由落体加速度
阅读课文用手机自己测一测自由落体加速度。
出示图片：手机截屏的自由落体运动
用手托着手机，打开加速度传感器，手掌迅速向下运动，让手机脱离手掌而自由下落，然后接住手机，观察手机屏幕上加速度传感器的图像。
自由落体运动的规律
1、自由落体运动是初速度为0的匀加速直线运动。
你能根据匀变速直线运动的基本公式，总结自由落体运动的规律吗？
自由落体运动规律
匀变速直线运动
自由落体运动规律
第一课时：
新课引入
自由落体运动是一种比较简单的运动，但是对这种简单运动现象的研究并非一蹴而就。一起来学习：
一、介绍亚里士多德的观点及其成因
二、伽利略的研究过程：
1、伽利略是如何反驳亚里士多德的观点？
2、伽利略反驳完了，这个问题是不是就结束了？伽利略在考虑什么问题？
3、伽利略对落体运动的最初认识是怎样的？
4、伽利略是怎样大胆猜测：下落物体的速度是随时间均匀增加的，即 v∝t ？
5、介绍伽利略研究过程中遇到的困难：给学生时间思考与体悟?
困难一、瞬时速度不易测量，伽利略通过数学推导，间接证明位移与时间的平方成正比就可以。?
困难二、当时没有准确的计时工具，很难测定物体自由下落的时间。伽利略采用“冲淡重力”的办法??
6、再现伽利略当年的实验过程，得到初步结论???
7、伽利略将结论合理外推，得到落体运动的规律；讨论伽利略将结论外推的逻辑的合理性??
8、伽利略的勇气???
9、整体展现伽利略的研究过程与方法????
10、伽利略科学方法的深远影响
课堂小结
伽利略的科学方法：对现象的一般观察→提出假设→运用逻辑得出推论→实验进行检验→对假设进行修正和推广。
伽利略的科学思想方法的核心是把实验 和逻辑推理(包括数学推理)和谐地结合起来，从而发展了人类科学思维方式和科学研究方法。
课堂练习
1、重力加速度的大小与纬度有关，一般来说，纬度越高，g值越大大（填大或小），重力加速度的方向总是竖直向————（填“下”或“上”）．
答案：下
2、一个物体从房檐自由落下，通过一个高为1.8m的窗户用了0.2s，g取10m/s2，则房檐距窗户下沿的高度为————。
答案：5m
3．从某一高度相隔1s先后释放两个相同的小球甲和乙，不计空气阻力，它们在空中任一时刻（ ）
A．甲乙两球距离始终保持不变，甲乙两球速度之差保持不变
B．甲乙两球距离越来越大，甲乙两球速度之差也越来越大
C．甲乙两球距离越来越大，甲乙两球速度之差保持不变
D．甲乙两球距离越来越小，甲乙两球速度之差也越来越小
答案C
4．让两颗质量不同的石子，从同一高度同时开始下落（忽略空气阻力），下列说法正确的是（ ）
A．质量大的石头下落的快
B．质量小的石头下落的快
C．两颗石子下落的快慢相同
D．两颗石子在下落的过程中具有不同的加速度
答案：C
5、下列哪一个物体的运动可视为自由落体运动（ ）
A．树叶的自由下落过程
B．运动员推出的铅球的运动
C．从桌面轻轻滑落的钢笔的运动
D．石子从水面自由落到水底的运动
答案C
学生猜想：物体下落得快慢不相同?
学生自主总结回答出自由落体的运动规律
学生练习
学生自主操作实验
学生分析并计算纸带数据
学生讨论后回答思路．
学生掌握自由落体运动是初速度为0的匀加速直线运动，并说出自由落体运动的规律
学生自主课堂练习
学生自主课堂练习
锻炼学生自主学习能力以及总结能力
理解掌握自由落体运动的基本概念
理解掌握自由落体运动的加速度是一个定值（在同一地点）。引导学生学会分析数据，归纳总结规律。
了解伽利略对自由落体运动的研究
板书
一、自由落体运动
1、定义：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。
2、条件：V0=0，只受重力
3、性质：初速度为零的匀加速直线运动
二、自由落体加速度
1、定义：物体在自由落体运动中的加速度叫做自由落体加速度，也叫做重力加速度。
2、符号：g
3、方向：竖直向下
4、大小：一般 g =9.8m/s2,粗略计算 g=10m/s2
说明：同一地点g值不变，g值随纬度的增加而增大。
三、自由落体运动规律
四、利略对自由落体运动的研究
1.亚里士多德绵延两千年的错误：
2.伽利略对自由落体运动的研究：
帮助学生整理课堂笔记，达到熟练记忆知识点
人教版（2019）高一物理必修第一册教案
2.4自由落体运动
一、教学目标
（一）知识与技能
1.知道物体做自由落体运动的条件。
2.通过实验探究自由落体运动加速度的特点,建立重力加速度的概念。知道重力加速度的大小、方向。
3.掌握自由落体运动的规律,并能解决相关实际问题。
4.了解伽利略对自由落体运动的研究方法,领会伽利略的科学思想。
（二）过程与方法
1．培养学生利用物理语言归纳总结规律的能力．
2．引导学生养成进行简单物理研究习惯、根据现象进行合理假设与猜想的探究方法．
3．引导学生学会分析数据，归纳总结自由落体的加速度g随纬度变化的规律。
4. 教师应该在教学中尽量为学生提供制定探究计划的机会．根据学生的实际能力去引导学生进行观察、思考、讨论和交流．
（三）情感态度与价值观
1．渗透物理方法的教育，在研究物理规律的过程中抽象出一种物理模型——自由落体．
2．通过日常经验与科学实验对比，引导学生掌握客观地实事求是地认识事物与现象的态度，认识科学的意义，并由日常经验与科学实验的差异激发学生学习物理的兴趣。
二、教学重点
1．探究自由落体运动的过程，研究其规律，运用其解决实际问题。
2．通过实验探究自由落体运动加速度的特点，建立重力加速度的概念．知道重力加速度的大小、方向．
三、教学难点
1．掌握自由落体运动的规律，并能解决相关实际问题
2.了解伽利略对自由落体运动的研究方法，领会伽利略的科学思想．
四、教学方法
探究、讲授、讨论、练习
教学用具
多媒体课件、牛顿管、硬币、天平、小纸片、打点计时器、刻度尺、铁架台、纸带，重物(两个质量不同)等．
教学过程
一、新课导入：
中国有很多神仙下凡的传说，七仙女、牛郎织女、宝莲灯，那么向往自由的仙人们，下凡是怎样下来的呢？也许象一根木头一样从天空掉下来。木头的这种下落的运动可归属到我们今天要研究的范畴——自由落体运动。
二、新课讲解：
1. 自由落体运动
演示实验：取相同大小纸片二张，演示其释放后落地情况；，
再取大小有一定区别的粉笔头二只，演示其释放后落地情况；
提出问题：1．两次实验现象有何区别？
2．产生这种现象区别的原因是什么？
学生回答
生甲：纸片下降，摇摆不定，粉笔头下降是直线；粉笔头快，纸片慢。
生乙：空气对纸片运动影响的效果大，对粉笔头运动影响效果小。
生丙：粉笔头重，纸片轻。
师：这种现象区别的原因是空气阻力对二次实验物体产生的影响效果不同。而不是因为粉笔头重，纸片轻。为了证明这一点继续做实验。
演示实验：将原二纸片之一搓成团，并向学生说明——同样的两张纸片，一张仍是纸片，另一张却是纸团，二者的重力是相同的，而二者将会受到的空气阻力影响的效果是不同的——纸片易受空气阻力影响，纸团不易受空气阻力影响。接着演示，将纸片与纸团从同一高度，同时释放，结果纸团先落到地面。
总结：这说明相同的重力，空气阻力影响效果大的，下落慢，空气阻力影响效果小的，下落快。
再次演示实验：取已搓成团的纸片和粉笔头放到一起，并向学生说明——纸片已成团，它所受空气阻力的影响效果已基本与粉笔头所受空气阻力影响的效果差不多，但重力却是粉笔头大，纸团小。接着演示，将纸团和粉笔头从同一高度同时释放，结果基本同时落地。
总结：这说明不同重力，在空气阻力影响效果一样时，下落一样快。
师：上面这两个实验的结论说明了什么问题呢？可以推想出来，是——有空气阻力时，落体下落的快慢取决于空气阻力的影响效果。
师：大家由刚才的总结猜想——当没有空气阻力影响时，不同落体下落的快慢是怎样的？
生：一样快。
师：这就是我们这节要讲的自由落体运动。
自由落体运动的特性与规律
师：阅读书本自由落体运动的定义，找出定义中要注意的几点。
生：（阅读）
师：理解自由落体运动的含义要注意三点——
只在重力作用下，没有其他任何作用力，包括没有空气阻力；
从静止开始下落，初速度v。=0；
空气阻力较小时，可忽略空气阻力，将只在重力和空气阻力作用下的落体运动近似看作自由落体运动。
师：那么自由落体运动到底是一种什么运动呢？书本上实验使用打点计时器，我们改进一下，做个简单的实验。
请学生演示：在某一高度标记A，并从A开始往下量等距离两段，做上标记B、C，使得：AB=H，AC=2H。现在B处设挡板，将粉笔从A处释放，用秒表记下从释放到碰到挡板所用的时间t；再将B处挡板撤掉，而在C处设挡板，将粉笔从A处释放，用秒表记下从释放到碰到挡板所用时间T。
分析数据：AB/AC=H/2H=1/2，t2/T2≈1/2
即：AB/AC=t2/T2
∴ AB∝t2, AC∝T2
此与 s=?at2, S=?aT2满足同一比例关系。
结论：粉笔下落的运动是初速为零的匀加速直线运动，而粉笔下落的运动是自由落体运动。
总结：自由落体运动是初速为零的匀加速直线运动。
师：科学家曾用大量物体做自由落体实验，发现了以下三点：
在同一地点，一切物体自由下落的加速度都相同；
自由落体运动加速度的方向竖直向下；
在地球上不同地方，自由落体运动加速度的大小一般不同；
师：因为自由落体运动加速度具有以上特点，所以科学家们作了以下规定：
自由落体运动的加速度叫自由落体加速度，也叫重力加速度，用g表示；
一般计算中取g=9.8m/s2或g=10m/s2，本书中没有特别说明时，都按g=9.8m/s2进行计算；
师：现在，请大家推导自由落体运动的速度、位移以及速度、位移、加速度关系公式。
生甲：v=gt
生乙：h=?gt2
生丙：v2=2gh
自由落体运动问题的解决
师：为了深化对自由落体运动的理解和掌握，我们进行以下锻炼。
例1．小孩从十五层高的楼顶跌下来，被一青年在楼底接住。若每层楼高2.8m，且这位青年从所站之处冲到楼下需时1.3s，请估算，他要接住孩子，最多允许他有多长的反应时间？
问：此题的自由落体运动位移与时间关系是什么样一种关系式？
生甲：h=?gt2
问：设由h=?gt2解得t=t?，则青年从所站之处冲到楼下所需之时间1.3s，以及青年的反应时间，哪一个包括在t?之内？
生乙：1.3s和反应时间都包括在t?之内。
问：若计算最大允许反应时间，则1.3s、反应时间T，以及t?之间是什么关系？
生丙：T+1.3s=t?
师：大家计算这道题。
生：（计算）
师：请两位同学上黑板写出自己的解答。
生甲：（黑板上演算）
生乙：（黑板上演算）
请学生总结本节课内容
学生：（总结）
参考总结：本课告诉我们通常空气阻力的影响效果能决定空气中落体的快慢，但没有空气阻力及其他影响时的落体运动即为自由落体运动，它是初速为零的匀加速直线运动，由于同一地点，自由落体加速度g都相同，所以同一地点自由落体的快慢相同。
2.伽利略对自由落体运动的研究
（1）绵延两千年的错误
人们日常生活的经验告诉我们，重的物体下落总是比较快.在16世纪以前，以亚里士多德为代表的学者认为物体下落的快慢由物体的重力决定，物体越重下落越快.为什么2000年里没有人提出质疑？
分析原因有三个：
第一、是因为他的这个论断符合人们的常识；
第二、由于亚里士多德在各方面的突出成就，人们将他的观点奉为经典；
第三：运动的问题含糊不清，人们不知道怎么去研究或者根本不想去研究。
（2）逻辑的力量
伽利略是怎么推翻亚里士多德的结论的呢？学生回答
我们可以举什么其它例子，来驳斥亚里士多德的观点呢？
让学生利用三张完全相同的纸片设计实验来推翻。
这使亚里士多德的理论陷入了困境.为了摆脱这种困境，伽利略认为只有一种可能性：重物与轻物应该下落得同样快。观看视频：比萨斜塔实验
点评：通过讲述以上内容使学生明白
1,从生活经验直接得到的结论不一定就是科学的真相。
2.伽利略善于思考，大胆质疑，敢于突破。
伽利略提出了新的观点，他并没有就此止步。既然大小两球同时落地，说明它们遵循了同样的规律，那么落体运动的规律是怎样的呢? （ 观察现象，提出问题）
（3）猜想与假说
在有了认真观察，仔细思考和较为严密的推理之后，对问题的认识就要有一个科学的猜想，或者叫假说，这是对事物认识的模型，是对事物认识的基础，是建立概念描述规律的?前提.
展示课件，提出问题：
1.伽利略研究落体运动首先应解决的问题是什么？
2.用什么量来描述物体“运动性质”？
3.伽利略作了怎样的猜想？
小组讨论，选代表回答.
伽利略猜想：物体下落的速度应该与它下落的时间成正比。
（4）实验验证
猜想毕竟是猜想，是否正确，是否具有指导意义，还需要验证.
展示问题：伽利略遇到了什么困难？如何解决的？
（学生仔细阅读后讨论，得出）
1.困难之一：无法测量瞬时速度.
解决方案：借助于数学推理得出从静止开始做匀加速直线运动的物体，通过的位移与时间的平方成正比.
2.困难之二：没有准确的计时工具，无法测定像自由落体这样较短的时间.
解决方案：设计了著名的“冲淡重力”的斜面实验.
点评：通过该问题的创设，培养学生自主探究的能力，体会伽利略所采用的方法的巧妙，鼓励学生要敢于猜想，大胆发现，勇于创新.
指导学生上台操作实验，重现伽利略当时的实验过程。
分别从改变质量，改变倾角的角度获取三组数据。
分析数据，
这样的实验，伽利略反复做了几百次，结果表明：小球沿斜面的运动的确是匀加速运动，只要倾角一定，小球的加速度就相同，与小球轻重无关。斜面的倾角变大，仍为匀加速运动且加速度变大。
3.困难之三：小球沿斜面的运动并不是落体运动，怎么得到落体运动的规律呢？学生讨论
伽利略在这个基础上进行合理外推，当倾角增大到90度时，实验结论仍应成立，此即落体运动.至此，伽利略就完成了对自由落体运动的研究.。
点评：伽利略把斜面的倾角从5度外推到90度，这需要很大的勇气，他曾经说过：追求科学需要特殊的勇敢。
伽利略在实验过程中遇到了种种困难，但是他没有放弃，克服困难最后得到了落体规律。鼓励学生在今后的学习中，遇到困难挫折，应该勇敢地面对，要有坚强的信念。
4.如何解释人们常常看到的石头比树叶下落得快呢？
让学生用一块橡皮和几片完全相同的纸片，先猜想，再实验，再外推，得出结论。学生学大师，自己做大师。学以致用。
（5）伽利略的科学方法
伽利略对运动的研究，不仅确立了许多用于描述运动的基本概念，而且创造了一套对近代科学的发展极为有益的方法.请同学们总结本节内容，归纳这种科学方法.
同学讨论后归纳：对现象的一般观察→提出猜想→运用逻辑得出推论→实验进行检验→合理外推→对假设进行修正和推广→……
而亚里士多德的方法呢？对现象的一般观察→经验总结
两种方法对比，分析亚里士多德失败了，他的失败就在于他把生活经验等同于科学研究。而伽利略大胆地把逻辑推理和实验结合起来，引入到科学探究的方法中来，从而使物理学踏上了正确的轨道。
点评：方法比知识更重要。
七、板书设计
自由落体运动
空气中落体快慢取决于空气阻力的影响效果；
物体只在重力作用下从静止开始下落的运动叫自由落体运动；
空气阻力较小时，空气中落体可近似看作自由落体。
自由落体运动的特性和规律
是初速为零的匀加速直线运动；
同一地点g相同，不同地点g一般不同，g=9.8m/s2，一般取g=10m/s2；
v=gt，h=?gt2,v2=2gh
三.伽利略对自由落体运动的研究
（1） 对自由落体的两种观点：
1、亚里士多德的错误观点
2、伽利略的观点
（2）伽利略的猜想和假说：
（3）伽利略猜想的实验验证：
（4）伽利略的科学方法：对现象的一般观察→提出假设→运用逻辑得出推论→实验进行检验→对假设进行修正和推广
