第二章
第四节《自由落体运动》教学设计
【课题】自由落体运动
【教材】粤教版物理必修第一册第二章第四节
【教学时间】40分钟
【教学对象】高中一年级学生
【教学内容分析】
课程标准对本节的要求：
通过实验，认识自由落体运动规律。结合物理学史的相关内容，认识物理实验与科学推理在物理学研究中的作用。
2．教材的地位与作用：
《自由落体运动》是高一物理第二章第四节的内容，本节内容是在学生学习了运动学的知识后编排的，是匀变速直线运动的特例。通过对自由落体运动的研究，一方面对前面知识的复习和巩固，同时加强了课本与实际生活的联系；另一方面通过实验培养学生的自主、合作、探究的科学研究方法，为学生的终身发展打下了良好的基础。因此，本节课是本章知识的复习课、培养学生思维的研究课、联系生活的应用课、也是后面课程的知识准备的垫底课。所以本节课在本章中具有重要的地位和作用。
在力学体系中，运动学的内容是研究力学定律的基础。而匀变速直线运动是一种理想化的运动模型，是研究物体运动的知识前提。自由落体运动作为匀变速直线运动的一个特例，与实际比较接近，更加形象的诠释了初速度为零的匀变速直线运动的规律，因此，在物理学体系中具有特殊地位。
教材的编写思路：
本节内容是基于学生在前面几节已学过匀变速直线运动知识，在引导学生回忆相关内容的基础上直接提问引入本节主题内容，随之通过观察实验、对比分析、总结得出自由落体运动的规律。
教材的特点：
本节课的内容主要是组织同学们进行探究活动，培养同学们解决实际问题、探究规律的能力，同时对学生进行科学方法和科学思想的教育。本节课包含了大量的实验，通过实验起到培养学生学会研究物理问题方法的作用。
教材的处理：
鉴于本节内容的基础地位，同时注意到同学们在初中已经接触到该方面知识，本节内容教学设计的理念就是以学生为主体，充分的发挥学生的主观能动作用，让学生通过内心的体验和在积极主动参与师生互动、生生互动的探索交流活动中获取知识，实现传统教学模式和学习方式的转变。课堂教学过程中关键是激发学生的认知冲突，从而引导学生思考影响自由落体运动的因素。激发学生的学习热情，培养严谨求实的科学态度，提高综合分析概括解决问题的能力，同时为整章的内容深入学习打下良好的基础。
同时，因为教材中的实验探究，实验的结论是已知的，所以实质上做的是验证性实验。故实验教学的目的不再是实验结果的探究，而是通过实验提升学生的实验探究能力，以及通过实验数据及现象的分析，体会物理规律、与理想模型是如何从具体的物理现象中提取的。
【学生情况分析】
1.学生的知识基础
通过前三节的学习，学生已经掌握匀变速直线运动的一般规律，对自由落体运动这个运动实例也有一定的了解。因此，应用规律分析、解决实例问题就顺理成章。
在熟练掌握了应用匀变速直线运动的公式来解决一般的匀变速直线运动之后，导出自由落体运动的速度公式和位移公式。最后，需要把自由落体运动作为匀变速直线运动的特例渗透进学生已有的知识中。同时对物理学中的理想模型有了一定的认识，具备了初步的逻辑思维能力和实验设计能力。
从知识的线索看，属于对学生已有知识的自然拓展，是知识迁移本身的要求，学生对这种具有清晰承接关系的知识结构应该容易接受。
2.学生的心理特点
初学高中物理知识的学生，对形象、具体的物理现象容易接受。但空气阻力“看不到”，只能通过想象进行思维演绎，这一定程度上让学生在学习上造成困难。因此，需要创设具体的情境和实例，用形象的方式来克服困难，激发学生的兴趣和提高主动学习、主动建构的积极性。
3.学生的认知困难
根据生活经验，学生对自由落体运动规律有一定认识，但是并不科学严谨。学生会有“重的物体下落快，轻的物体下落慢”的认识，这是学生在日常生活中形成的前概念。并且，学生对落体运动的认识，只是表面的感性认识，需要通过实验探究进一步理性学习。
【教学目标】
1.物理观念
（1）认识自由落体运动及规律；
（2）能解析生活中常见的自由落体现象；
（3）能解决与自由落体相关的简单的实际问题。
2.
科学思维
（1）经历自由落体规律及概念建构过程，理解物理模型和概念建构的方法；
（2）通过观察实验，让学生把理论与实践通过实验联系起来，同时通过讲解亚里士多德以及伽利略的相关物理学史，可以培养学生的科学论证，质疑创新等科学思维能力。
3.科学探究
（1）从观察常见的落体运动入手，先探究物体下落快慢与质量的关系开始，接着探究物体自由下落的运动规律和加速度，直到最后利用自由落体规律探究生活中一些自由落体运动的规律。
（2）引导学生运用控制变量等研究方法设计实验方案，学会分析和处理实验数据的方法，提高科学探究能力。
4.科学态度与责任
（1）通过实验探究，调动学生积极参与讨论，培养学生学习物理的浓厚兴趣。同时，探
究过程中对相关现象及规律进行归纳总结，得出自由落体运动规律。
（2）通过观察自由落体运动实例，形成应用物理学解释、解决生活问题的态度与责任心。
（3）引导学生结合物理学史认识实验探究与科学思维的结合对物理学发展的重要作用。
【教学重点】
1.
物体做自由落体运动的加速度g。
2.
自由落体运动规律。
3.通过实验，认识自由落体运动特点，联系匀变速直线运动规律，推导出自由落体运动规律。
【教学难点】
实验过程中科学猜想、数学推导、合理外推得出自由落体运动性质。
自由落体运动的规律应用。
运用自由落体规律解决实际问题。
【教学策略设计】
本节课坚持以“学生为主体，教师为主导”的教学方法。在具体的教学实施过程中，注重情境创设、基于情境设计贴合学生思维特点的问题，并以问题推动课堂发展，最后达成教学目标。
1.教学方法
应用讲授法和实验探究法，通过教师形象生动、富于引导式的讲解以及各种实验的配合，启发学生思维，使学生从感性认识上升到理性认识。同时在讲授知识的同时渗透探究的思想，在探究过程中讲授必要的物理知识。
2.学法指导
引导学生观察、想象生活现象，让学生尝试基于现象提出问题、思考、分析，并初步寻找解决描述自由落体运动规律的物理概念。最后，在师生共同研讨下，建构自由落体运动的概念，以此让学生领会物理模型概念建构的方法，形成物理工具解释、解决问题观念。
【教学用具】
多媒体、PPT、纸等
【教学流程图】
【教学过程设计】
【教学过程设计】
教学环节和教学内容
教师活动
学生活动
设计意图
[创设情境，引入课题]
展示生活中物体下落的动图，提出问题：物体下落有什么特点？物体下落的快慢与那些因素有关？
生活经验：苹果和树叶同高度释放谁下落的快
提出问题：物体下落有什么特点？物体下落的快慢与那些因素有关？
从常见现象出发逐步引导学生思考，进而引出本节课的主题。
观察
思考
分析
表达：
与物体质量有关，与空气阻力有关。
用学生熟悉的生活落体现象引出课题，充分暴露学生认为重的物体下落快的错误前概念。体现物理学科的实用性和可理解性，激发学生学习兴趣。
【实验探究，形象感知，亲身体验】
2、演示实验
（1）将质量相同的纸片和纸团同高度同时释放
（2）将纸片揉成纸团和另一纸团同高度同时释放
（3）将大纸团和小纸团同高度同时同高度释放
演示实验
2、引导学生思考：
（1）物体下落快慢与物体质量是否有关？
（2）究竟什么因素影响两物体下落快慢？
3、引导规范学生准确表述回答问题。感受物理学科的逻辑性。
观察
思考
分析
猜想与结论;
物体下落快慢与质量无关，可能与空气阻力有关
动手实验
自身体验
利用简单且效果明显的纸团纸片实验来激起学生已有认知与实验现象的矛盾，激发学生的求知欲望，充分发挥了学生的主观能动性，激起学生的学习兴趣。
启发学生思维，让学生大胆说出自己的想法。从物理视角对客观事物的内在规律进行认识，培养使用科学证据的意识和评估科学证据的能力
【科学实验探索分析】
1、展现牛顿管实验，演示羽毛和金属片分别在空气中，真空中同时下落的情况。
2、事迹链接：介绍阿波罗登月后，宇航员斯科特所做的使羽毛和重锤从同一高度同时释放的实验。总结得到的结论。
1、介绍牛顿管的结构并演示实验。
2、引导学生思考自主分析证实猜想。
1、向学生介绍阿波罗登月后所做实验。
2、渗透科学、技术、社会、环境关系，使学生逐渐形成的对科学和技术应有的正确态度和责任感
3、引导学生总结归纳实验结论，使学生认清物理现象背后的科学本质。
观察两物体在空气中和真空中的下落情况。
分析空气阻力对物体下落快慢的影响
思考
分析
由实验归纳总结得出结论
应用科学实验采用控制变量法，使学生能够清晰的分析出空气阻力影响物体下落的快慢。培养学生通过物理问题，形成猜想和假设，获取和处理信息的能力。
将知识作为育人的载体，充分挖掘知识建构过程中蕴含的情感因素和内在价值，培养学生强烈的家国情怀，积极的人生态度，事实求是的科学精神。
【总结归纳科学规律探索分析】
一、自由落体运动
1、结合生活实例引出自由落体运动的定义、条件。
2、突出介绍自由落体运动是一种理想化模型，日常生活中存在空气阻力，当物体所受的空气阻力远小于物体重力时，可将此物体的运动视为自由落体运动。
3、介绍影响空气阻力大小的因素，结合水滴与雨滴图片详细说明物体下落速度越大阻力越大，空气阻力大到不可忽略时则不可将此运动视为自由落体运动。
4、结合难度适中的习题加深对知识的理解，
二、自由落体加速度
1、引出自由落体运动加速度，依序展开自由落体运动加速度的方向和大小。
2、展示不同地点的自由落体运动加速度，对应不同地点的纬度，从而引出重力加速度随纬度的增大而增大的特点
三、自由落体运动的规律
1、利用频闪照片的图片结合数据引导学生总结自由落体的运动性质。
2、根据运动性质结合匀变速直线运动的公式引导学生总结自由落体运动的公式规律。
引导学生思维：
一、
1.
引导学生在探究实验以及生活实例基础上理解自由落体运动含义以及条件。
2．利用学生生活中的感性经验引导学生理解自由落体运动是一种理想化的物理模型，并在此引导学生利用物理知识解释生活中的下落现象是重的物体下落较快的原因。使学生深刻体会物理研究中突出主要因素，忽略次要因素的研究手段。
3、深化知识，引导学生猜想有哪些因素会影响物体所受的空气阻力，依据生活经验使学生理解速度越大阻力越大，若高空掉落的雨滴不受到空气阻力将具有巨大的速度，则其能量将和切割金属的高压水流一样，而事实并非如此，则说明高空下落的雨滴一定受到空气阻力，结合雨滴下落的形状变化辅助证实其受到空气阻力。
4、显示习题，引导学生正确解答思考习题解答
二、
1、根据前几节学习运动学的规律引出自由落体运动的加速度的定义。强调重力加速度是在重力作用下产生的加速度。
介绍重力加速度的方向为竖直向下，并列举常见“垂直向下”等错误表达。
2、引导学生通过图片自主归纳规律?
三、自由落体运动的规律
1、向学生展示自由落体运动的频闪照片，首先引导学生根据相等时间内位移的变化判断自由落体是加速还是减速运动。
其次引导学生根据给出的数据结合测量匀变速直线运动加速度的方法，利用ΔS=aT或者v-t图像法进行验证分析自由落体运动的性质。
2、引导学生通过得到的自由落体运动性质结合匀变速直线运动的公式得出自由落体运动的规律公式。并以表格的形式将公式呈现出来，帮助学生理清思路。
3、给出相应练习题
理解归纳总结自由落体运动的定义和条件。
结合生活经验理解理想化模型，并解释生活中重的物体下落快的原因。
猜想影响空气阻力的因素
观察图片思考速度对空气阻力的影响
即学即用思考例题
理解自由落体运动加速度，
观察图片分析思考总结规律?
回顾测量匀变速直线运动加速度的相关方法，动手计算通过加速度得出自由落体运动的性质。
利用刚得出的自由落体性质来总结归纳其公式规律
即学即练巩固新知
基于实验得出的结论顺理成章的引出自由落体运动，符合学生的认知规律特点，能促进学生对知识更好的掌握。
引导学生观察分析总结：在认知冲突中反复修正完善，有利于提高学生的逻辑分析、归纳总结的能力。
引入生活实例激发学生已有生活经验的共鸣，能够促使学生将感性经验转换成理性认识。更好理解并解释生活中与理论不符的下落现象。培养学生交流、表达的能力。
由浅入深，层层递进，利用多媒体课件进一步展现的物理情境，深化学生感性认识
通过实例不断引发学生的认知冲突，启发学生思维，从而帮助学生建立起正确完整的物理知识体系。
引导学生吸收理解以概念规律形式出现的间接经验，帮助学生进行自主内化，进行有意义的知识生成。
利用多媒体课件进一步展现的物理情境，深化学生感性认识
利用已有的知识来解决新的问题，巩固复习的同时还能让学生感受到解决实际问题的喜悦，培养学生的学习自信。
引导学生总结运动规律并互相补充修正，进一步激发同学们的学习热情，活跃课堂氛围，帮助学生构建完整的运动学逻辑框架，促进学生顺利完成新旧知识的同化与顺应。
利用相关习题来加强学生对自由落体运动的理解，题目基础性强，既能巩固知识又能加强学生的成就感，激发学生的学习欲望，增加学习的正反馈效果。
【回顾历史，获得新知】
四、历史连接
1、通过教材了解人类对于自由落体运动的认识历史，从亚里士多德认为“重的物体下落快”到伽利略“轻重物体下落一样快”的认识发展。
2、介绍伽利略的研究历程，感受伽利略的科学研究方法。
四、
1、引导学生阅读教材了解亚里士多德以及伽利略关于落体运动的观点，并对亚里士多德做出客观的评价。
2、引导学生感受伽利略的研究历程：通过对一般现象的观察，提出问题—合理猜想—逻辑推理—验证推理—合理外推—得出结论。
阅读教材，了解人类对于自由落体运动的认识过程，感受伽利略的科学思维方法和巧妙的实验构思
通过对相关物理史的学习，感受科学家在追寻真理与实验创建时，其优秀的思维过程。对于学生科学思维与素质培养有极高的借鉴价值。
【趣味实验，巩固深化】
五、课后练习
利用自由落体知识来计算反应的时间
五、
1、向学生介绍测量反应时间的步骤，引导学生解释实验原理。
2、提示学生可以通过计算将长度刻度改为时间刻度，做出一把直接可读出反应时间的反应尺。
理解反应时间的操作过程，分析实验原理
思考制作反应尺。
通过趣味性的小实验就可以让学生计算出自己的反应时间，激发学生的动手操作的热情，在游戏中巩固知识，提高能力。
【板书设计】
【教学反思】
教学过程中能够以学生为主体，充分发挥学生的主观能动作用，学生积极主动参与师生互动、生生互动的探索交流活动，通过对比、分析、归纳、总结来获取知识，实现传统教学模式和学习方式的转变。课堂教学过程注意激发学生的认知冲突，同时激发了学生的学习热情，培养严谨求实的科学态度，提高综合分析概括解决问题的能力，同时为整章的内容深入学习打下良好的基础。
另外，科学地组织设问引导，课前精心设计、充分预判，课堂准确捕捉学生的各种思考中疑点也是是本节课的亮点所在。
本节课还待提高的地方是：实验选取还可更加新颖，与新的技术应用更紧密地结合。(共22张PPT)
2.4
自由落体运动
生活中常见的下落运动
雪花飘落
高空跳伞
水滴下落
树叶飘落
生活经验：苹果和树叶同高度释放谁下落的快
重的物体下落的快
将大纸团和小纸团和同高度同时释放
实验探究
质量相同的纸片和纸团同高度同时释放
将纸片揉成纸团和另一纸团同高度同时释放
纸团先落地
两纸团几乎同时落地
两纸团几乎同时落地
影响物体下落快慢的因素
实验探究2
牛顿管
牛顿管：长约1.5m的玻璃筒，一端封闭，另一端有开关，把金属片、羽毛放到玻璃筒里。把玻璃筒倒立过来，观察这些物体下落的情况。
抽去玻璃管内部空气
金属片下落较快
羽毛与金属片在空气中同时下落
羽毛与金属片在近似真空中同时下落
羽毛和金属片下落时间几乎相同
阿波罗登月实验
1971年，阿波罗飞船登上无大气的月球后，宇航员斯科特做了使羽毛和重锤从同一高度同时释放的实验，观察到二者并排下落，同时落到月球表面。
结论1
结论2
影响物体下落快慢的因素是空气阻力
忽略空气阻力，轻重不同的物体下落快慢是相同的
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。
2.物体做自由落体运动的条件
(1)初速度为零；(2)只受重力。
3.自由落体运动是一种理想化模型
空气阻力远小于重力---------可视为自由落体运动。
形状，体积，空气密度，速度
一、自由落体运动
3，自由落体运动是一种理想化模型
空气阻力远小于重力---------可视为自由落体运动。
[例1]
关于自由落体运动，下列说法中正确的是
( )
A.质量大的物体自由下落时的加速度大
B.从水平飞行的飞机上释放的物体将做自由落体运动
C.雨滴下落的过程是自由落体运动
D.从水龙头上滴落的水滴的下落过程，可以近似看成自由落体运动
D
二、自由落体运动的加速度（
g
）
(1)定义：在同一地点，一切物体在做自由落体运动的加速度都相同，这个加速度叫自由落体加速度,也叫重力加速度（只在重力作用下产生的加速度）
(2)方向：竖直向下
(3)大小
①一般情况g＝9.8
m/s2，粗略计算g＝10
m/s2。
一些地点的重力加速度g/(m/s2)标准值：g=9.80665m/s2
地点
纬度
重力加速度
赤道
0o
9.780
广州
23o06?
9.788
武汉
30o33?
9.794
上海
31o12?
9.794
东京
35o43?
9.798
北京
39o56?
9.801
纽约
40o40?
9.803
莫斯科
55o45?
9.816
北极
90o
9.832
g值随纬度升高而增大，随高度升高而减小。
其他星球上也可以做自由落体运动，g不同。
三、自由落体运动的规律
1.运动性质
自由落体运动是初速度为0，加速度为g的匀加速直线运动。
三、自由落体运动的规律
2.公式
匀变速直线运动
自由落体运动
速度与时间
位移与时间
速度与位移
亚里士多德提出：轻的物体
下落慢，重的物体下落快。
-----物体下落的快慢由它们的重量决定．
生活经验：
重的物体往往比轻的物体先落地
延续了近两千年
影响物体下落快慢的因素
历史链接
亚里士多德
若：重的物体下落得快
V12＞8
V1=8
V2=4
4结论与假设出现了矛盾！
猜想:重物与轻物下落得同样快
伽利略
物体下落速度是随时间均匀变化的
速度与时间成正比
实验困难一：速度无法直接测量
间接验证（逻辑推理）
若v0＝0,且
必有
t1
x1
t1
x2
t1
x3
3x1
5x1
2
t
s
?
实验困难二：
落体运动时间太短，无法准确测量
突破：“冲淡”重力，使其加速度减小
质量不同小球同一斜面下落，加速度相同
增大斜面倾角，加速度变大
倾角很大，接近落体运动
倾角900，就是自由落体运动！
1
4
3
2
合理外推
如果完全排除空气阻力，所有物体做自由落体运动将一样快。
实验结论：物体下落快慢与物体的轻重无关
落体
运动?
v∝
t
x∝
t2
小球在斜面
上运动实验
外推至
落体运动
伽利略的科学方法
提出问题
逻辑推理
合理外推
实验验证
合理猜想
得出结论
课后练习：计算反应时间
A
同学用两个手指捏住直尺的顶端，B
同学用一只手在直尺
0
刻度位置做捏住直尺的准备，但手不碰到直尺。在
A
同学放开手指让直尺下落时，B
同学立刻捏住直尺。读出
B
同学捏住直尺的刻度，就是直尺下落的高度，根据自由落体运动公式算出直尺下落的时间，就是
B
同学的反应时间。学生学案设计
【学习目标】
1、知道自由落体运动概念，了解物体做自由落体运动的条件。
2、掌握自由落体运动规律，并能解决相关实际问题。
【学习重点】
目标1、2
【学法指导】
1、同学们要培养观察、分析理解问题的能力。
2、物理学是一门以实验为基础的自然科学，所以在物理学学习的过程中一定要重视做实验，这一点在本节体现得更明显，亲手做一下书上的演示实验，进一步体会、理解自由落体运动的规律。
【学习过程】
课前预习
（一）自由落体运动
1、定义：物体只在
作用下从
开始下落的运动。
2、特点
（1）运动性质：初速度等于_______的匀加速直线运动。
（2）受力特点：____________________的作用。
注：实际上，在有空气的空间就会存在空气阻力，因为其作用较小一直可以忽略近似看成自由落体运动。因此，在有空气的空间中自由落体运动是一个理想化模型。
自由落体运动的规律
定义：在同一个地点，一切物体自由下落的加速度都相同，这个加速度叫作自由落体加速度，也叫___________________，用符号g表示。
方向：_______________。
大小
一般情况g=9.8m/s2,粗略计算g=10m/s2。
g值随纬度升高而增大，随高度升高而减小。
公式
速度公式___________
位移公式：s=___________
速度-位移公式：
物理学史
亚里士多德的观点：物体下落的快慢是由它们的____________决定的。
伽利略的观点：从_______________的结论出发，通过逻辑推理，否定了亚里士多德的结论。由此推出：重的物体不会比轻的物体下落得快。通过实验探究得出结论：物体下落快慢与物体___________无关。
二、课堂学习与研讨
（一）、交流整理预习中的问题
（二）、课堂学习
1、实验一：见课本第47页表2-4-1
观察实验，记录现象
实验内容
实验结果
结论
两张一样的纸，将其中一张搓成团，另一张铺平，从同一高度同时由静止开始释放
将铺平的纸搓成团和另一纸团同一高度同时释放
将大纸团和小纸团同一高度同时释放
现象分析与结论：
2、实验二：课本第47页观察与思考，图2-4-1所示，
观察把牛顿管倒立过来后金属片和羽毛下落的快慢，记录现象
实验内容
实验现象
牛顿管内有空气
牛顿管内的空气被抽出一些
牛顿管内空气被全部抽出（近似真空）
现象分析与结论：
归纳：由上述实验一和实验二得到结论：__________________________________________
_____________________________________________________________________。
