5自由落体运动教学设计模板

5　自由落体运动　 高中物理       人教2003课标版

1．通过观察演示实验概括出自由落体运动的条件，渗透物理方法，从而培养学生的观察、概括、科学抽象能力。

2．通过学生的合作实验研究自由落体运动的规律，领会科学探究方法（提出问题、猜想假设、设计实验方案、分析实验数据、总结交流结论成果），理解自由落体运动的实质是加速度为g的匀加速直线运动。

3．归纳出自由落体加速度的大小和方向，会判别不同地点重力加速度的大小。

4．运用理想化方法，通过比较重力与空气阻力的大小，将实际问题转化为自由落体问题。

5．会运用匀变速直线运动的规律解决自由落体的问题，激发学生探究科学的热情，增强学生将物理知识应用于生活和生产的意识。

学生前面已认识描述运动的基本物理量──位移、路程、速度、加速度，掌握匀变速直线运动的规律，并且通过对以上问题的研究，已体会到物理学研究问题的一些方法，如运用理想模型和数学方法（图象、公式），以及测加速度、处理实验数据等方法。

本节教学的重点在于引导学生思考研究自由落体运动的实验原理和方法，特别是利用打点计时器记录运动轨迹和时间的方法及实验数据处理、结论得出、误差分析等实验方法。

本节教学的难点在于实验探究的思路、方法。

让学生利用已有的知识和方法，经历科学探究的过程，培养科学探究能力，体现物理学是以实验为基础这一特点，具体设计思路流程如右图。虚线框内为探究过程。

【教学过程】

一、通过演示实验，引出要探究的问题

1．概括落体运动是竖直向下的直线运动

(1)悬挂在铁架台上的小球，它受到几个力的作用？（重力、悬线拉力）

演示1：用火将悬线烧断，引导学生观察小球的运动。

（学生观察到：小球在重力作用下，沿竖直方向作直线运动。）

(2)落体运动是最常见的一种运动

演示2：石块、粉笔头从手中落下

(3)结论：任何物体只在重力作用下自由下落，都是沿着竖直方向作直线运动。

（过渡：这节课，我们就来学习一种特殊的下落运动。）

（板书：自由落体运动。）

2．物体下落快慢的因素分析

(1)提出问题：究竟是重的物体下落快还是轻的物体下落快呢？

演示3：等大铁片和纸片同时、等高、无初速下落。

（学生观察到：重的铁片先落地。）

(2)得出“物体越重下落越快”的结论。观点是否正确呢？你能否设计实验证明你的观点？

（激发学生思考）

(3)让学生上讲台演示其设计的实验，并说明其观点。

学生演示：较重的铁纸片和轻小纸团同时、等高、无初速下落，或等大的铁片和纸片叠在一起无初速下落。

（学生观察到：轻小纸团比较重的铁片下落快，或铁片和纸片一样快。）

(4)引导学生得出正确结论

①根据前面的实验和分析，同学们猜想一下，物体下落的快慢跟重力的大小有什么关系呢？（生：没有关系。）

②那怎么解释前面的实验现象呢？

（生：空气阻力影响了物体下落的快慢。）

③同学们猜想一下，如果完全没有空气阻力的影响，轻、重物体谁下落得快呢？

演示4：科普知识：1971年美国宇航员斯科特在月球上让一把锤子和一根羽毛同时下落，观察到它们同时落到月球表面。

演示5：钱羽管实验

（学生观察到：在抽去空气的钱羽管内，轻重不同的铁片、羽毛同时落下。）

结论：在没有空气阻力时，物体下落的快慢跟物体重力无关。我们把这样的运动称为自由落体运动。

（板书：定义：物体只在重力作用下，由静止开始的下落运动叫自由落体运动。）

(5)在日常生活中，我们平时见到的落体运动由于大气层的存在，自由落体运动是一种理想运动，但掌握了这种理想运动的规律，也就为研究实际运动打下了基础。当空气阻力不太大，与重力相比较可以忽略时，实际的落体运动可以近似地当作自由落体运动。

（让学生体会自由落体运动有着普遍的意义和现代科技的发展与人类科学探究进程的关系。）

演示6：体积相同的小木球和小铁球同时、同高、无初速落下。

（学生观察到：两球几乎同时落地。）

结论：（板书：自由落体运动的条件：a·从静止开始下落，初速为零；b．只受重力，或其他力可忽略不计。）

（说明：让学生思考、讨论，明确空气阻力使下落物体的运动表现得很复杂，科学研究的第一步是先忽略空气阻力，研究物体不受空气阻力的运动。在这样的学习中，学生不仅可以提高观察与推理的能力，而且会逐渐形成观察与思考的习惯。）

（过渡：人们根据简单的观察所得到的直觉观念和结论往往不一定都是可靠的，应当用科学实验对它们进行检验。）

二、探索研究过程

1．提出问题

(1)那么自由落体运动是什么性质的运动呢？（生：（部分）是匀变速直线运动。）如是，怎样通过实验验证？

(2)它的加速度与哪些因素有关？与落体质量有关吗？

(3)你的说法有根据吗？你研究过吗？（反问）

2．猜想假设

(l)落体运动既然是自然界最常见、最普遍的一种运动，那么其中必然蕴藏着最简单的规律。

(2)方法教育：大物理学家们对猜想假设的理解。

一旦科学插上幻想的翅膀，它就能赢得胜利。──法拉第（英国）

没有大胆的猜测就作不出伟大的发现。──牛顿（英国）

(3)让学生大胆猜想自由落体运动是一种最简单的一种变速运动──初速度为零的匀加速直线运动。

(4)怎样研究物体运动的规律？

对于初速度为零的匀加速直线运动，加速度为常量，物体运动的位移s、时间t、速度v之间存在如下关系：        

3．设计实验方案（教师引导，学生通过学生分组合作讨论，提出设计方案。）

方案一：用打点计时器记录的纸带研究物体的自由落体运动

设计原理：

设计要求：

(1)如何提高本实验的准确度？

(2)完成实验后，对纸带进行分析，如何判断其是匀变速运动？

(3)如何利用实验来说明不同物体的自由落体运动规律相同？

设计思路：用打点计时器研究物体的运动时，为提高实验的准确度，应从减少阻力、正确安装器材及操作步骤合理等入手。打点计时器最大的特点就是每打两点的时间间隔相等，它直接记录下的实际是物体在连续相等时间间隔内的位移，通过研究这些位移，看连续相等时间间隔内的位移差△s是否相等，从而得知物体的运动性质。

设计结果： 

(1)由自由落体运动的定义知，要提高实验的准确度，应该从尽量减少阻力入手。具体办法是：整个装置应竖直（如图所示），纸带应平行于打点计时器的限位孔，先打点后放手等。

(2)从相邻两点间的距离可看出，物体越往下落，相同时间间隔内下落的距离越大，即速度越来越大。

(3)各组利用各自的纸带选择清晰的，并量出相邻各点间的距离。 

分组实验：按设计要求操作实验，进行分组实验时，同组实验者要求相互合作。各组实验时所用的重物质量、形状各不相同。

（说明：学生可能会根据匀变速运动的特点会提出多种方案，以下方案的设计老师要给予肯定，有条件的可以根据实际条件进行教师课堂演示，没条件的可以用光电门替代，作为学生课外研究性课题。）

方案二：利用  找出落体物体的速度与时间的关系

测速度随时间变化的关系

方案三：利用 找出落体物体的位移与时间的关系

测位移随时间变化的关系

设计原理：v-t图s-t图

设计思路：利用仪器测出v、s、t各量

设计结果：通过描点作图，得出图象对应的规律。

（说明：教师对以上几种方案进行评价，特别对于方案一要着重分析引导，有利于养成良好的实验习惯。对于方案二、三教师先给予肯定，利用大屏幕投影进行演示。给学生介绍随现代科技的发展，有一种仪器(如图)

4．分析实验数据 

5．总结交流结论成果

方案一：利用各组实验数据分析，进行交流，判断得出结论是否相同？算出的口是否相等？

进行交流后，发现不同物体所做的试验结论都相差不大，都在9．5 m/s2左右，在实验误差范围内可以认为相同。

方案二、三：利用logger Pro软件对图象进行拟合后，得出的A接近9．8m/s2。

结论：轻重物体下落快慢相同，都做初速度为零的匀变速直线运动，A接近9．8 m/s2。方案一偏差较大且值都偏小的原因是阻力影响较大（纸带与限位孔、空气阻力等）。

作业：课本练习

【教学后记】

1．通过演示实验，激发了学生的学习兴趣，培养了学生的观察、概括、科学抽象能力。教学时，教学过程的第一部分（通过演示实验，引出要探究的问题）可以适当紧凑些，尽量缩短教学时间。研究物体下落快慢的因素分析时，尽量激发学生思考，利用已有的实验器材（纸片、铁片），放手让学生上讲台来演示，这不仅激发学生学习兴趣，而且活跃了课堂氛围。

2．通过探索研究过程，得出重要的结论：自由落体是匀加速运动、加速度为g；同时“让学生经历科学探究的过程，培养科学探究能力”的精神。最后，自由落体运动规律的得出及应用等知识也就水到渠成。因此，对课本知识的适当延伸、拓展，让学生经历设计实验、合作完成实验、交流实验成果、得出结论，再理论联系实际，有利于培养学生探究能力，观察、分析、解决实际问题的能力，这正是当今素质教育所要求的。

3．在探究过程中，学生会提出很多方案。用打点计时器记录的纸带研究物体的自由落体运动时，学生可能会提出按学生实验“研究小车速度随时间变化的规律”那样测出加速度，或不用小车，用钩码直接钩住纸带跨过滑轮水平拉纸带等，教师要利用自由落体运动的定义出发，引导学生对实验方案进行完善。分组实验时，可以两个或三个同学为一组，数据的处理时一定要灵活，同组实验者分别用计算器计算，这样，可以节省课堂时间，又达到了总结规律的目的。学生也可能会提出用方案二、三，利用图象来研究运动规律，教师要给予肯定，由于实验条件的限制，可以根据实际条件进行演示。通过演示不仅拓展学生的思维，而且巩固了利用图象研究运动的方法。

5　自由落体运动　

5　自由落体运动　

让学生利用已有的知识和方法，经历科学探究的过程，培养科学探究能力，体现物理学是以实验为基础这一特点，具体设计思路流程如右图。虚线框内为探究过程。

【教学过程】

一、通过演示实验，引出要探究的问题

1．概括落体运动是竖直向下的直线运动

(1)悬挂在铁架台上的小球，它受到几个力的作用？（重力、悬线拉力）

演示1：用火将悬线烧断，引导学生观察小球的运动。

（学生观察到：小球在重力作用下，沿竖直方向作直线运动。）

(2)落体运动是最常见的一种运动

演示2：石块、粉笔头从手中落下

(3)结论：任何物体只在重力作用下自由下落，都是沿着竖直方向作直线运动。

（过渡：这节课，我们就来学习一种特殊的下落运动。）

（板书：自由落体运动。）

2．物体下落快慢的因素分析

(1)提出问题：究竟是重的物体下落快还是轻的物体下落快呢？

演示3：等大铁片和纸片同时、等高、无初速下落。

（学生观察到：重的铁片先落地。）

(2)得出“物体越重下落越快”的结论。观点是否正确呢？你能否设计实验证明你的观点？

（激发学生思考）

(3)让学生上讲台演示其设计的实验，并说明其观点。

学生演示：较重的铁纸片和轻小纸团同时、等高、无初速下落，或等大的铁片和纸片叠在一起无初速下落。

（学生观察到：轻小纸团比较重的铁片下落快，或铁片和纸片一样快。）

(4)引导学生得出正确结论

①根据前面的实验和分析，同学们猜想一下，物体下落的快慢跟重力的大小有什么关系呢？（生：没有关系。）

②那怎么解释前面的实验现象呢？

（生：空气阻力影响了物体下落的快慢。）

③同学们猜想一下，如果完全没有空气阻力的影响，轻、重物体谁下落得快呢？

演示4：科普知识：1971年美国宇航员斯科特在月球上让一把锤子和一根羽毛同时下落，观察到它们同时落到月球表面。

演示5：钱羽管实验

（学生观察到：在抽去空气的钱羽管内，轻重不同的铁片、羽毛同时落下。）

结论：在没有空气阻力时，物体下落的快慢跟物体重力无关。我们把这样的运动称为自由落体运动。

（板书：定义：物体只在重力作用下，由静止开始的下落运动叫自由落体运动。）

(5)在日常生活中，我们平时见到的落体运动由于大气层的存在，自由落体运动是一种理想运动，但掌握了这种理想运动的规律，也就为研究实际运动打下了基础。当空气阻力不太大，与重力相比较可以忽略时，实际的落体运动可以近似地当作自由落体运动。

（让学生体会自由落体运动有着普遍的意义和现代科技的发展与人类科学探究进程的关系。）

演示6：体积相同的小木球和小铁球同时、同高、无初速落下。

（学生观察到：两球几乎同时落地。）

结论：（板书：自由落体运动的条件：a·从静止开始下落，初速为零；b．只受重力，或其他力可忽略不计。）

（说明：让学生思考、讨论，明确空气阻力使下落物体的运动表现得很复杂，科学研究的第一步是先忽略空气阻力，研究物体不受空气阻力的运动。在这样的学习中，学生不仅可以提高观察与推理的能力，而且会逐渐形成观察与思考的习惯。）

（过渡：人们根据简单的观察所得到的直觉观念和结论往往不一定都是可靠的，应当用科学实验对它们进行检验。）

二、探索研究过程

1．提出问题

(1)那么自由落体运动是什么性质的运动呢？（生：（部分）是匀变速直线运动。）如是，怎样通过实验验证？

(2)它的加速度与哪些因素有关？与落体质量有关吗？

(3)你的说法有根据吗？你研究过吗？（反问）

2．猜想假设

(l)落体运动既然是自然界最常见、最普遍的一种运动，那么其中必然蕴藏着最简单的规律。

(2)方法教育：大物理学家们对猜想假设的理解。

一旦科学插上幻想的翅膀，它就能赢得胜利。──法拉第（英国）

没有大胆的猜测就作不出伟大的发现。──牛顿（英国）

(3)让学生大胆猜想自由落体运动是一种最简单的一种变速运动──初速度为零的匀加速直线运动。

(4)怎样研究物体运动的规律？

对于初速度为零的匀加速直线运动，加速度为常量，物体运动的位移s、时间t、速度v之间存在如下关系：        

3．设计实验方案（教师引导，学生通过学生分组合作讨论，提出设计方案。）

方案一：用打点计时器记录的纸带研究物体的自由落体运动

设计原理：

设计要求：

(1)如何提高本实验的准确度？

(2)完成实验后，对纸带进行分析，如何判断其是匀变速运动？

(3)如何利用实验来说明不同物体的自由落体运动规律相同？

设计思路：用打点计时器研究物体的运动时，为提高实验的准确度，应从减少阻力、正确安装器材及操作步骤合理等入手。打点计时器最大的特点就是每打两点的时间间隔相等，它直接记录下的实际是物体在连续相等时间间隔内的位移，通过研究这些位移，看连续相等时间间隔内的位移差△s是否相等，从而得知物体的运动性质。

设计结果： 

(1)由自由落体运动的定义知，要提高实验的准确度，应该从尽量减少阻力入手。具体办法是：整个装置应竖直（如图所示），纸带应平行于打点计时器的限位孔，先打点后放手等。

(2)从相邻两点间的距离可看出，物体越往下落，相同时间间隔内下落的距离越大，即速度越来越大。

(3)各组利用各自的纸带选择清晰的，并量出相邻各点间的距离。 

分组实验：按设计要求操作实验，进行分组实验时，同组实验者要求相互合作。各组实验时所用的重物质量、形状各不相同。

（说明：学生可能会根据匀变速运动的特点会提出多种方案，以下方案的设计老师要给予肯定，有条件的可以根据实际条件进行教师课堂演示，没条件的可以用光电门替代，作为学生课外研究性课题。）

方案二：利用  找出落体物体的速度与时间的关系

测速度随时间变化的关系

方案三：利用 找出落体物体的位移与时间的关系

测位移随时间变化的关系

设计原理：v-t图s-t图

设计思路：利用仪器测出v、s、t各量

设计结果：通过描点作图，得出图象对应的规律。

（说明：教师对以上几种方案进行评价，特别对于方案一要着重分析引导，有利于养成良好的实验习惯。对于方案二、三教师先给予肯定，利用大屏幕投影进行演示。给学生介绍随现代科技的发展，有一种仪器(如图)

4．分析实验数据 

5．总结交流结论成果

方案一：利用各组实验数据分析，进行交流，判断得出结论是否相同？算出的口是否相等？

进行交流后，发现不同物体所做的试验结论都相差不大，都在9．5 m/s2左右，在实验误差范围内可以认为相同。

方案二、三：利用logger Pro软件对图象进行拟合后，得出的A接近9．8m/s2。

结论：轻重物体下落快慢相同，都做初速度为零的匀变速直线运动，A接近9．8 m/s2。方案一偏差较大且值都偏小的原因是阻力影响较大（纸带与限位孔、空气阻力等）。

作业：课本练习

【教学后记】

1．通过演示实验，激发了学生的学习兴趣，培养了学生的观察、概括、科学抽象能力。教学时，教学过程的第一部分（通过演示实验，引出要探究的问题）可以适当紧凑些，尽量缩短教学时间。研究物体下落快慢的因素分析时，尽量激发学生思考，利用已有的实验器材（纸片、铁片），放手让学生上讲台来演示，这不仅激发学生学习兴趣，而且活跃了课堂氛围。

2．通过探索研究过程，得出重要的结论：自由落体是匀加速运动、加速度为g；同时“让学生经历科学探究的过程，培养科学探究能力”的精神。最后，自由落体运动规律的得出及应用等知识也就水到渠成。因此，对课本知识的适当延伸、拓展，让学生经历设计实验、合作完成实验、交流实验成果、得出结论，再理论联系实际，有利于培养学生探究能力，观察、分析、解决实际问题的能力，这正是当今素质教育所要求的。

3．在探究过程中，学生会提出很多方案。用打点计时器记录的纸带研究物体的自由落体运动时，学生可能会提出按学生实验“研究小车速度随时间变化的规律”那样测出加速度，或不用小车，用钩码直接钩住纸带跨过滑轮水平拉纸带等，教师要利用自由落体运动的定义出发，引导学生对实验方案进行完善。分组实验时，可以两个或三个同学为一组，数据的处理时一定要灵活，同组实验者分别用计算器计算，这样，可以节省课堂时间，又达到了总结规律的目的。学生也可能会提出用方案二、三，利用图象来研究运动规律，教师要给予肯定，由于实验条件的限制，可以根据实际条件进行演示。通过演示不仅拓展学生的思维，而且巩固了利用图象研究运动的方法。