5自由落体运动优秀教学设计

5　自由落体运动　 高中物理       人教2003课标版

1、知识与技能

（1）认识自由落体运动，知道影响物体下落快慢的因素，理解自由落体运动是在理想条件下的运动。

（2）能用打点计时器得到相关的运动轨迹，并能自主分析纸带上记录的位移与时间等运动信息。

（3）初步了解探索自然规律的科学方法，培养学生的观察、概括能力。

2、过程与方法

通过对落体运动的实验探究，初步学习使用控制变量法。

3、情感态度价值观

（1）通过实验探究落体运动的规律，激发学习兴趣，增强求知的欲望。

（2）调动学生积极参与讨论的兴趣，培养逻辑思维能力及表述能力。

（3）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。

（4）培养学生仔细观察、认真思考、积极参与、勇于探索的精神。

（5）培养学生严谨的科学态度和实事求是的科学作风。

在前面的教学中，学生已经初步掌握了平均速度、瞬时速度、加速度的概念，并用电磁打点计时器研究过匀速直线运动和匀变速直线运动，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运用控制变量的研究方法。凭学生的生活经验会认为重的物体比轻的物体下落的快。

（1）认识自由落体运动，知道影响物体下落快慢的因素，理解自由落体运动是在理想条件下的运动。

（2）能用打点计时器得到相关的运动轨迹，并能自主分析纸带上记录的位移与时间等运动信息。

（一）引入新课

我们已经学习匀变速直线运动的规律，下面我们一起来研究我们常见的运动——落体运动。

（二）进行新课

1、活动设计：测“反应时间”

教师活动：课前设计制作好“测反应时间尺”（在一约50cm长的尺的一面标记上自由下落对应长度所用的时间，以一面朝向学生）

引出问题：“一般刻度尺是用来测量什么的？”

学生活动：学生习惯性回答：测长度。

教师活动：老师手中的这把尺很神奇，它不仅能测量长度，还能测量时间，并且能测出同学们的大脑反应时间，谁想知道自己的大脑反应时间是多少？可以用我的这把尺来测量。（选3～4名学生上来玩“测反应时间”的游戏。）

学生抓住尺的同时就报出其反应时间，可采用“比比谁的反应时间短”的方式调动学生积极性。（实际教学效果表明学生对这一活动非常感兴趣，踊跃参与）

设计说明：在此将教材中的“做一做”栏目中的“测定反应时间”改为放在课前引入，目的是通过这一游戏产生“惊奇”效果，激发学生探究的兴趣，增强学生的感性认识，激发学习物理的兴趣，活跃课堂气氛。

2、引入课题

教师活动：同学们一定想知道这把尺为什么能测出你的反应时间。它的“奥秘”与我们今天要认识和研究的一种运动密切相关。

录像演示：

a.石头从空中落下

b.重力使屋檐下的雨滴下落

c.树叶从树上竖直飘落

教师引问：观察并指出以上物理情景中物体相似的运动特点。

学生活动：观察，思考，总结

教师活动：教师在学生表述的基础上总结：画面中的物体都是从高处落到地处，这类下落的运动称为落体运动，这节课我们一起来研究落体运动是否具有一定的规律。

设计说明：从生活中构建物理情景或模型，以培养学生在生活中联系物理知识的好习惯。

3.关于落体运动的进一步思考

A.提出问题

落体运动的快慢与什么因素有关？（可以用观看赛跑的生活情景来说明我们研究物体运动往往首先关心的是物体运动的快慢，从而直接引入该问题）

（1）提示学生想象生活中经常见到的落体运动（或具体举例）。

提出疑问：以经验来看是否重的物体一定下落得快？

（2）直接经验：重得物体下落快——也是历史上亚里士多德认可的观点（简介亚里士多德）。

学生小组内相互交流对落体运动快慢的经验感受。

设计说明：此环节将对落体运动的研究落实在其运动的快慢上，直接问“是否重的物体一定下落得快”是为了更易进入主题

B.引导学生从亚里士多德的观点进行逻辑推理，得出矛盾。

相互矛盾的结论既是对学生头脑中错误概念的震撼，也是激发学生进一步学习的手段，学生进行逻辑推理，可相互讨论，然后小组代表举手发言，其余倾听、思考。

逻辑推理为后面的研究指明了方向，使学生明确下一步要解决的问题。

C.组织学生进行实验探究

（1）教师引导学生设计实验，分别用一枚硬币（一元的效果不错）、两枚和硬币大小面积相同的硬纸片、一枚粘有硬纸片的硬币、一粒小塑料球，一团棉花（质量要比小塑料球的大）来比较轻重不同或相同的物体下落快慢。

①.一枚硬币与一枚与硬币面积相同的纸片等高同时下落，比较下落快慢。

②.一枚硬币与一枚粘有面积相同的纸片的硬币等高同时下落，比较下落快慢

③.将一枚硬纸片团成团，与另一枚大小面积相同的硬纸片等高同时下落，比较下落快慢。

④.一粒小塑料球与一大团棉花等高同时下落，比较下落快慢。

设计说明：学生实验过程中教师在各个小组间巡视，收集学生实验过程中会出现的问题，引导学生在实验操作时如何创设实验条件（如怎样保证等高同时释放等）；启发学生注意总结实验现象中两物体下落快慢与物体轻重进行关联比较。

学生准备材料：硬币、纸片。课前要求学生准备材料时并没有告知学生具体用途，学生对此充满好奇，这也从一个侧面调动了学生的学习兴趣。

（2）学生进行实验与探究，小组成员分工进行实验操作、观察记录，在实验现象的基础上进行分析、讨论，得出本小组的结论。

结论一般有三种情况：

a.重的物体下落快；b.轻重不同而下落快慢相同；c.轻重相同而下落快慢不同。

考虑到如果能有与直觉经验完全相反的现象出现，学生的认识会更明确，故增加了“一粒小塑料球与一大团棉花下落快慢比较”的实验设计，体现“轻的物体可以比重的物体下落快”。

（3）分析小节

（a）选小组代表描述所观察的实验情景及小组的讨论。

（b）在学生探究的基础上教师讲解，引导学生明确：实验结果显示出物体下落快慢与其质量没有必然联系。

设计说明：教学的重心应放在精心准备的语言讲解上，归纳、认识、分析、发现。作出科学猜想，然后验证猜想，对学生进行科学方法教育，强化学生对自行探究问题的过程与方法的理解。此处由学生做结论时可以的，但学生的结论不应是最后结论，最后结论应是教师给出的，以加深学生的认识。

4.进一步探究影响物体下落快慢的因素

（1）引问：既然物体下落快慢与其质量没有必然联系，实际生活中物体下落快慢不同可能是受什么因素的影响。学生从实验现象和生活经验可以猜想到是空气阻力影响。

（2）猜想：影响物体下落快慢的因素是空气阻力吗？

教师演示实验，验证猜想：毛钱管实验。（可考虑用电脑课件，老师同步讲解。）

（3）引导学生从观察到的实验现象得出结论。猜想、观察、思考、理解、体会。学生在教师的引导下可以从实验中得出结论：物体下落受到空气阻力的影响。没有空气阻力时，物体下落过程中运动快慢与质量无关。

通过毛钱管实验使学生认识：（1）探究现象背后的实质原因必须考虑或排除外界因素干扰。（2）科学实验是科学探究的有效方法。

5.自由落体运动的概念

（1）.概念引入

引问：由于落体运动受到空气阻力影响，要想研究落体运动就必须排除空气阻力，那么，如果物体在下落过程中忽略空气阻力，物体的受力有什么特征。

学生以原有的力学基础可以很快答出：忽略空气阻力，则物体只受重力作用。

（2）.自由落体运动

物体仅在重力作用下，从静止（即初速度为零）开始竖直下落的运动，叫做自由落体运动。

学生思考，联想，答问。概念认识强调自由落体运动实际上是一种理想条件下的运动，实际生活中物体受到空气阻力，但一般重力大于空气阻力。

6.学生自主实验探究自由落体

（1）.引问：若要研究某种运动规律，我们可以采用怎样的方法和器材？

学会回顾前面学习匀变速直线运动的体验，可想到：利用打点计时器采用示踪（轨迹记录）法研究。

（2）组织学生分组实验：利用打点计时器记录重物的下落过程。（提醒学生操作注意事项）

（3）引导学生思考、讨论如何合理利用纸带记录的信息作初步分析：

A.轨迹——直线    方向——竖直向下

B.变速——速度越来越大——比较相等时间内发生的位移。

小组实验、操作、记录、思考、交流讨论，

（可提醒学生课前复习打点计时器的工作原理，重点强调任意两个相邻点（无论匀速或变速）的等时性。）

7.概括自由落体加速度

（1）定义：在同一地点，一切物体在自由落体运动中的加速度都相同，这个加速度叫做自由落体加速度，也叫重力加速度，常用g表示。

（2）方向：竖直向下

下面列出了地球上不同纬度的地方重力加速度的值。

地 点、纬 度、重力加速(m·s-2) 特 点       

赤道

0°

9.780

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

小结：国际上取北纬45°海平面上的重力加速度值作为标准值：即g=9.8m/s2。

     随着纬度的升高g变大；随着海拔高度的升高g变小。

（3）大小：g=9.8 m/s2， 粗略的计算中，g=10 m/s2。

自由落体运动是初速度为零的匀加速直线运动，因此匀加速直线运动的规律，自由落体运动也适用，大家还记得匀加速直线运动的规律吗？

速度规律      Vt=V。+ a t

位移规律      S=V。t+at

速度位移规律  Vt2 - v。2=2aS

自由落体运动是初速度为零，加速度为g的匀加速直线运动。因此：

（4）自由落体运动规律

速度规律     Vt=gt

位移规律     h=gt

位移规律     Vt2=2gh

8、自由落体运动的运动

（1）测量井的深度，楼的高度

（2）测人的反应时间

（三）课堂总结、点评

教师活动：教师概括本节课的内容。

学生活动：认真总结概括本节内容，并把自己这节课的体会写下来、比较其他人的小结，看谁的更好，好在什么地方。

设计说明：总结课堂内容，培养学生概括总结能力。让学生自己总结所学内容，允许内容的顺序不同，从而构建他们自己的知识框架

5　自由落体运动　

5　自由落体运动　

（一）引入新课

我们已经学习匀变速直线运动的规律，下面我们一起来研究我们常见的运动——落体运动。

（二）进行新课

1、活动设计：测“反应时间”

教师活动：课前设计制作好“测反应时间尺”（在一约50cm长的尺的一面标记上自由下落对应长度所用的时间，以一面朝向学生）

引出问题：“一般刻度尺是用来测量什么的？”

学生活动：学生习惯性回答：测长度。

教师活动：老师手中的这把尺很神奇，它不仅能测量长度，还能测量时间，并且能测出同学们的大脑反应时间，谁想知道自己的大脑反应时间是多少？可以用我的这把尺来测量。（选3～4名学生上来玩“测反应时间”的游戏。）

学生抓住尺的同时就报出其反应时间，可采用“比比谁的反应时间短”的方式调动学生积极性。（实际教学效果表明学生对这一活动非常感兴趣，踊跃参与）

设计说明：在此将教材中的“做一做”栏目中的“测定反应时间”改为放在课前引入，目的是通过这一游戏产生“惊奇”效果，激发学生探究的兴趣，增强学生的感性认识，激发学习物理的兴趣，活跃课堂气氛。

2、引入课题

教师活动：同学们一定想知道这把尺为什么能测出你的反应时间。它的“奥秘”与我们今天要认识和研究的一种运动密切相关。

录像演示：

a.石头从空中落下

b.重力使屋檐下的雨滴下落

c.树叶从树上竖直飘落

教师引问：观察并指出以上物理情景中物体相似的运动特点。

学生活动：观察，思考，总结

教师活动：教师在学生表述的基础上总结：画面中的物体都是从高处落到地处，这类下落的运动称为落体运动，这节课我们一起来研究落体运动是否具有一定的规律。

设计说明：从生活中构建物理情景或模型，以培养学生在生活中联系物理知识的好习惯。

3.关于落体运动的进一步思考

A.提出问题

落体运动的快慢与什么因素有关？（可以用观看赛跑的生活情景来说明我们研究物体运动往往首先关心的是物体运动的快慢，从而直接引入该问题）

（1）提示学生想象生活中经常见到的落体运动（或具体举例）。

提出疑问：以经验来看是否重的物体一定下落得快？

（2）直接经验：重得物体下落快——也是历史上亚里士多德认可的观点（简介亚里士多德）。

学生小组内相互交流对落体运动快慢的经验感受。

设计说明：此环节将对落体运动的研究落实在其运动的快慢上，直接问“是否重的物体一定下落得快”是为了更易进入主题

B.引导学生从亚里士多德的观点进行逻辑推理，得出矛盾。

相互矛盾的结论既是对学生头脑中错误概念的震撼，也是激发学生进一步学习的手段，学生进行逻辑推理，可相互讨论，然后小组代表举手发言，其余倾听、思考。

逻辑推理为后面的研究指明了方向，使学生明确下一步要解决的问题。

C.组织学生进行实验探究

（1）教师引导学生设计实验，分别用一枚硬币（一元的效果不错）、两枚和硬币大小面积相同的硬纸片、一枚粘有硬纸片的硬币、一粒小塑料球，一团棉花（质量要比小塑料球的大）来比较轻重不同或相同的物体下落快慢。

①.一枚硬币与一枚与硬币面积相同的纸片等高同时下落，比较下落快慢。

②.一枚硬币与一枚粘有面积相同的纸片的硬币等高同时下落，比较下落快慢

③.将一枚硬纸片团成团，与另一枚大小面积相同的硬纸片等高同时下落，比较下落快慢。

④.一粒小塑料球与一大团棉花等高同时下落，比较下落快慢。

设计说明：学生实验过程中教师在各个小组间巡视，收集学生实验过程中会出现的问题，引导学生在实验操作时如何创设实验条件（如怎样保证等高同时释放等）；启发学生注意总结实验现象中两物体下落快慢与物体轻重进行关联比较。

学生准备材料：硬币、纸片。课前要求学生准备材料时并没有告知学生具体用途，学生对此充满好奇，这也从一个侧面调动了学生的学习兴趣。

（2）学生进行实验与探究，小组成员分工进行实验操作、观察记录，在实验现象的基础上进行分析、讨论，得出本小组的结论。

结论一般有三种情况：

a.重的物体下落快；b.轻重不同而下落快慢相同；c.轻重相同而下落快慢不同。

考虑到如果能有与直觉经验完全相反的现象出现，学生的认识会更明确，故增加了“一粒小塑料球与一大团棉花下落快慢比较”的实验设计，体现“轻的物体可以比重的物体下落快”。

（3）分析小节

（a）选小组代表描述所观察的实验情景及小组的讨论。

（b）在学生探究的基础上教师讲解，引导学生明确：实验结果显示出物体下落快慢与其质量没有必然联系。

设计说明：教学的重心应放在精心准备的语言讲解上，归纳、认识、分析、发现。作出科学猜想，然后验证猜想，对学生进行科学方法教育，强化学生对自行探究问题的过程与方法的理解。此处由学生做结论时可以的，但学生的结论不应是最后结论，最后结论应是教师给出的，以加深学生的认识。

4.进一步探究影响物体下落快慢的因素

（1）引问：既然物体下落快慢与其质量没有必然联系，实际生活中物体下落快慢不同可能是受什么因素的影响。学生从实验现象和生活经验可以猜想到是空气阻力影响。

（2）猜想：影响物体下落快慢的因素是空气阻力吗？

教师演示实验，验证猜想：毛钱管实验。（可考虑用电脑课件，老师同步讲解。）

（3）引导学生从观察到的实验现象得出结论。猜想、观察、思考、理解、体会。学生在教师的引导下可以从实验中得出结论：物体下落受到空气阻力的影响。没有空气阻力时，物体下落过程中运动快慢与质量无关。

通过毛钱管实验使学生认识：（1）探究现象背后的实质原因必须考虑或排除外界因素干扰。（2）科学实验是科学探究的有效方法。

5.自由落体运动的概念

（1）.概念引入

引问：由于落体运动受到空气阻力影响，要想研究落体运动就必须排除空气阻力，那么，如果物体在下落过程中忽略空气阻力，物体的受力有什么特征。

学生以原有的力学基础可以很快答出：忽略空气阻力，则物体只受重力作用。

（2）.自由落体运动

物体仅在重力作用下，从静止（即初速度为零）开始竖直下落的运动，叫做自由落体运动。

学生思考，联想，答问。概念认识强调自由落体运动实际上是一种理想条件下的运动，实际生活中物体受到空气阻力，但一般重力大于空气阻力。

6.学生自主实验探究自由落体

（1）.引问：若要研究某种运动规律，我们可以采用怎样的方法和器材？

学会回顾前面学习匀变速直线运动的体验，可想到：利用打点计时器采用示踪（轨迹记录）法研究。

（2）组织学生分组实验：利用打点计时器记录重物的下落过程。（提醒学生操作注意事项）

（3）引导学生思考、讨论如何合理利用纸带记录的信息作初步分析：

A.轨迹——直线    方向——竖直向下

B.变速——速度越来越大——比较相等时间内发生的位移。

小组实验、操作、记录、思考、交流讨论，

（可提醒学生课前复习打点计时器的工作原理，重点强调任意两个相邻点（无论匀速或变速）的等时性。）

7.概括自由落体加速度

（1）定义：在同一地点，一切物体在自由落体运动中的加速度都相同，这个加速度叫做自由落体加速度，也叫重力加速度，常用g表示。

（2）方向：竖直向下

下面列出了地球上不同纬度的地方重力加速度的值。

地 点、纬 度、重力加速(m·s-2) 特 点       

赤道

0°

9.780

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

小结：国际上取北纬45°海平面上的重力加速度值作为标准值：即g=9.8m/s2。

     随着纬度的升高g变大；随着海拔高度的升高g变小。

（3）大小：g=9.8 m/s2， 粗略的计算中，g=10 m/s2。

自由落体运动是初速度为零的匀加速直线运动，因此匀加速直线运动的规律，自由落体运动也适用，大家还记得匀加速直线运动的规律吗？

速度规律      Vt=V。+ a t

位移规律      S=V。t+at

速度位移规律  Vt2 - v。2=2aS

自由落体运动是初速度为零，加速度为g的匀加速直线运动。因此：

（4）自由落体运动规律

速度规律     Vt=gt

位移规律     h=gt

位移规律     Vt2=2gh

8、自由落体运动的运动

（1）测量井的深度，楼的高度

（2）测人的反应时间

（三）课堂总结、点评

教师活动：教师概括本节课的内容。

学生活动：认真总结概括本节内容，并把自己这节课的体会写下来、比较其他人的小结，看谁的更好，好在什么地方。

设计说明：总结课堂内容，培养学生概括总结能力。让学生自己总结所学内容，允许内容的顺序不同，从而构建他们自己的知识框架