2.5 自由落体运动—【新教材】人教版（2019）高中物理必修第一册教学设计

2.5 自由落体运动
教材分析：
自由落体运动，是完成匀变速直线运动的相关规律的学习后，运用这些规律解决具体问题的一次尝试。自由落体运动作为匀变速直线运动的特例，其运动规律对学生来说并不难掌握，但两千多年来人们一直对其认识不清，直到伽利略的出现，才为人们研究落体运动提供了新的方法，使人们发现事物的本质规律。故本节的关键是让学生经历抽象概括和推理的过程，通过实验探究自由落体运动，体会基于事实证据和科学推理对不同观点和结论进行质疑、分析和判断的科学研究方法。
教学目标与核心素养：
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；了解重力加速度的概念，掌握其大小、方向，知道地球上不同地点的重力加速度可能会不同。
科学思维：体会基于事实证据和科学推理对不同观点和结论进行质疑、分析和判断的科学研究方法。
科学探究：体会在逻辑推理的基础上，提出问题，再通过实验，解决问题，做出合理推理的过程，从而探究自由落体运动的规律。复习使用打点计时器测量物体运动的方法。
科学态度与责任：科学起源于人对自然现象的好奇，科学的发展源于质疑和创新，体会技术对科学发展的重大意义。
教学过程：
一、自由落体运动
问题引入：让轻重不同的两个物体从同一高度同时下落（比如熟透的苹果和秋叶），哪个物体下落得快？原因是什么？
古希腊学者亚里士多德：物体下落的快慢和它的轻重有关，重的物体下落得快（其后两千多年被奉为经典）。
两千多年后……
伽利略：重的物体下落得快，这是真的吗？（演示实验：两张一样的纸，一张揉成团，一张是纸片，观察下落的快慢。）
推理：假设大石头下落速度为8，小石头下落速度为4，当两块石头捆在一起时，大石头会被小石头拖着变慢，整个物体下落的速度应该小于8。但是，把两块石头捆在一起后，整个物体比大石头还要重，因此整个物体下落的速度应该大于8。矛盾！！！
猜测：重的物体与轻的物体应该下落得同样快！
问题：轻重不同的物体下落的情况到底是怎样的呢?
轻重不同的物体下落快慢的研究：
①课堂演示牛顿管实验
②播放有少量空气的牛顿管实验和与大气相通的牛顿管实验的慢放对比视频
科学推理：如果完全没有空气（真空），羽毛的下落是不是更快？能否和铁片同时落地？
③播放真空中的实验视频
结论：如果没有空气阻力，所有物体下落的快慢都一样。
自由落体运动：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。（在有空气的空间，如果空气阻力的作用比较小，可以忽略，物体的下落可以近似看作自由落体运动。）
问题：自由落体运动到底是一种怎样的运动呢？速度如何变化？加速度如何变化？
自由落体加速度
实验探究自由落体运动的规律
①怎样测物体运动的速度、加速度？ 打点计时器。
1631950191770 ②怎样设计实验？

③演示实验，换用不同质量的物体重新实验
④数据处理（参照第二章第一节）：图像法
⑤结论：自由落体运动是初速为0的匀加速直线运动，且加速度的数值接近9.8m/s2
自由落体加速度（g）：
(1)方向：竖直向下（但不一定垂直地面）；
(2)大小：①在同一地点，重力加速度都相同。
②不同的地点，其大小随纬度的增加而增大，赤道上最小，两极处最大。但各处的重力加速度都接近9.8 m/s2，一般计算中g取9.8 m/s2或10 m/s2。

问题：如何判断纬度的高低？
问题：为什么纬度越高，重力加速度最大？（为以后的万有引力埋下伏笔，无须具体解释）
做一做：利用手机传感器（phyphox）测量重力加速度
自由落体运动规律
匀变速直线运动规律自由落体运动规律

课堂小结：