5自由落体运动优秀公开课教案

5　自由落体运动 高中物理       人教2003课标版

本节课是人教版高中物理新课标必修一第二章“匀变速直线运动的研究”中第五节的内容——自由裸体运动。课程标准要求“知道自由落体运动，能够准确判断自由落体运动，能够正确运用自由落体运动的相关规律解决生活中的实际问题。”该标准要求学生熟悉自由落体运动的定义，掌握自由落体运动的规律，以及相关的计算公式。本节课的内容安排在章末，主要是组织同学们进行探究活动，它既是对本章知识的回顾总结，又是有物理联系实际的内容之一，可以很好地培养学生研究物理的思维与方法。

在学习本节内容前，学生已经学习了匀变速直线运动的相关知识、打点计时器的使用方法以及纸带的处理方法，而自由落体作为匀变速直线运动的一个特殊的实例，其基本的研究方法与研究匀变速直线运动的方法是一致的，因此学生在知识上已经具备了接受自由落体运动知识的条件，在此时引入该内容是恰到好处的。但本节课面向的主要是高一学生，这部分学生已经具备了一定的实际生活经验，通常学生会认为物体越重下落的越快，这种错误的“前概念”直接影响了对本节内容的学习，同时学生的抽象思维比较弱，因此教师需要创设物理情境，通过演示正确合理的实验来创建一定的具体形象模型，从而帮助学生建构正确的自由落体的概念，摒弃前概念的干扰。

知识与能力

了解有关自由落体的现象以及科学的研究方法。
能够运用自由落体运动的规律解决实际问题。

过程与方法

通过实验研究下落物体的性质。
学会运用理想化法来研究物理中遇到的问题。
培养学生分析、综合、推理等思维能力。

情感态度价值观

通过演示实验，激发学生思考与讨论，培养学生实事求是的科学态度。

自由落体运动的判断和自由落体运动规律的应用是本节教学的重点。其中自由落体规律的应用不仅会在以后的平抛运动中用到，而且还是考试的必考内容之一，所以应该引起学生的重视。由于自由落体运动在实际中变式比较多，比较抽象，而刚接触运动学的学生思维逻辑的连贯性不抢，物理研究方法掌握不全面，所以这部分内容也就成了教学的难点。

本节课的教法主要采用讲授法、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。而对于学生，采用“提出问题→猜想→实验探究→分析论证→得出结论”的学法，利用实验探究启发学生学习兴趣，同时设计一系列的对比实验，使学生在认知上产生矛盾冲突，在解决与前概念的冲突中，一步一步的建构正确的知识体系，并且引导学生体会研究物理问题的一般方法。

你能认出真理，因为它既美又简单。——费曼（Richard Feynman）

    笔者用著名物理学家费曼的名言来引出课题，一下子吸引了学生们的眼球——今天需要研究怎样的课题，其中又蕴含着怎样的真理，又为何说这个真理既美又简单。学生充满了期待，情不自禁地跟着教师把名言读了一篇，此时，教师顺理成章地今天研究的课题是“自由落体运动”。

探究一：影响物体下落快慢的因素是什么？

    笔者准备了一把榔头和一根羽毛(如图1)，并问学生：若把它们举高并从同一高度释放，是否同时下落，又是谁先落地？

正如学生的猜想：榔头和羽毛同时下落，但一定是榔头先落地。

    追问学生是什么原因导致总是榔头先落地？

    学生的回答五花八门，有说因为榔头重，有说因为榔头体积大，有说羽毛表面积大，也有说羽毛受到的空气阻力大……

    显然，这超出了一般师的想象空间，怎么有这么多答案，当然学生最集中的回答是因为榔头重，也就是说重的物体下落的快，这个回答是符合生活经验的。但笔者接下来安排的一个简单实验，一下子让学生联想到是空气阻力。

    笔者反问学生是不是一定重的物体下落的快呢？光盘显然比一张比它稍大些普通白纸要重(如图2)，若把白纸揉成纸团，然后让光盘和纸团同时从同一高度下落，谁会先落地呢？

    实验结果是纸团先下落，即轻物（纸团）比重物（光盘）先落地，因为白纸到纸团并没有改变它的重量。

    此时再次追问学生是什么原因让物体下落有快慢之分？

       学生的回答集中于物体与空气接触的表面积和空气阻力，此时只要教师引导学生物体与空气接触的表面积大就意味着下落过程受到了更大的阻力，那么，影响物体下落快慢的因素是空气阻力，学生已脱口而出。

探究二：如果没有空气阻力，轻重不同的物体下落的快慢如何？

在地球上若要创设没有空气阻力的环境，学生普遍相等了抽真空。于是，笔者在简要介绍牛顿管之后，刻意让阀门打开，迅速倒置，此时学生看到羽毛明显先于铁片落到管底。接着，安排学生利用手摇抽气机对牛顿管进行抽气一段时间(如图3)，关闭阀门，再次迅速倒置，铁片和羽毛几乎同时落到管底。即使有学生看出，两者并非完全同时落到管底，也可以让学生想象出，继续抽气后，两者的下落肯定越来越接近。

事实上，学生对没有空气阻力的环境绝对不想是认为创设的，就想人类对诸多物理学的发现不想停留于实验室，最好是在自然界得到真正的证实。此时，介绍和放映美国宇航员斯科特做的月球落体实验视频，视频中铁锤和羽毛同时落到月球表面，和地球上同样的实验形成鲜明对比，带给学生的不仅仅是视觉上的震撼，更是思维火花的点燃。

探究三：自由落体运动性质是怎样的？请提出你的研究方案！

学生对自由落体运动的直接感受是加速运动，至于是匀加速还是变加速，显然需要学生猜想，因此研究的思路：猜想→提出实验方案→实验探究→结论。

实验方案一：打点计时器+纸带

实验探究1：因为匀变速直线运动必定有：△x=xn-xn-1=aT2，即连续相等时间内位移差是一定值，反之也成立。

实验探究2：分别利用 求出A、B、C、D各点的瞬时速度(如图6)，并由此判断v-t是否成线性递增关系，若是，即为匀加速直线运动。

实验方案二：单反相机+频闪光源

这个方案即频闪照片法，由教师介绍和阐述，但是由于暗室的限制，通常教师只能通过放映Flash课件来模拟暗室里进行拍摄，最后投影图 7，然后启发学生频闪照片拍摄过程非常类似纸带打点过程，分析方法相同。

实验方案三：单反相机+自制教具

这个看似简陋的自制教具结合常见的单反相机却实现了传统实验和频闪、传感器等高科技实验器材无法达到的生活化，可视化，而使用了电脑的视频处理技术，用逐帧播放功能，解决了动态视频到静态图片的转换问题，也让学生学到了一种研究物理运动的新方法。

笔者在课后把一帧一帧的下落照片用Photoshop进行了合成，如图12，发现这是一幅完成可以比拟频闪照片的图片，这也再次说明方案三能够兼具其他多个实验方案的优点，值得推广。

重力加速度g似乎已不是课堂教学的重点，很多教师课堂进行到此处便乏味可陈。其实这恰恰是验证上面方案三得到的重力加速度正确性的好机会，而且还是突出人文关怀的契机。笔者作了如下处理：

首先，笔者阐述了重力加速度的大小主要与地理位置、海拔高度有关，并出示如图13的表格：

    此时，让学生去发现表格的蕴含“纬度越高，重力加速度越大”的特征显然合理而自然，但其实还会很自然地联系到自己当地的重力加速度有多大。而当笔者告知学生巩留的纬度为43.35°，学生一下子又被我吸引住了，因为面前的是一位援疆支教教师。与此同时，学生马上会在表格中寻找该维度对应的重力加速度，很显然，应该在9.806 m/s2左右，而这个数值与刚才方案三实验得到的重力加速度9.917 m/s2还是有比较大的距离，这是为什么呢？

其实，这恰恰又是新疆等地下资源丰富的地方开展相关普及的好机会，因为导致方案三实验得到的重力加速度明显偏大是新疆很多地方，包括巩留县地下有大量煤矿，而这会较为明显地增大重力加速度，所以完全可能在9.90 m/s2左右，换言之，方案三实验是非常成功的。

课堂到此，学生对自由落体运动是“初速度为0的匀加速直线运动”的理解已经到位，那么让学生小结自由落体运动规律也是水到渠成。

自由落体运动是生活中一个简朴而美丽的经典运动模型，从生活中提取相关物理知识和规律是这堂课的教学任务，但回归生活，实践学到的物理知识和规律才能更好地体现物理之美，感受物理应用乐趣。

笔者在课堂上安排的学生实验是人教版必修1的P45“做一做”：看看你反应的快慢，这个实验需要两个同学互相配合，器材只需要一把30cm左右的刻度尺，如图14。简单的器材，简单的操作，带给学生却是合作的意识，物理规律实践的乐趣，也能从侧面检验学生课堂知识与技能目标的达成情况。

5　自由落体运动

5　自由落体运动

你能认出真理，因为它既美又简单。——费曼（Richard Feynman）

    笔者用著名物理学家费曼的名言来引出课题，一下子吸引了学生们的眼球——今天需要研究怎样的课题，其中又蕴含着怎样的真理，又为何说这个真理既美又简单。学生充满了期待，情不自禁地跟着教师把名言读了一篇，此时，教师顺理成章地今天研究的课题是“自由落体运动”。

探究一：影响物体下落快慢的因素是什么？

    笔者准备了一把榔头和一根羽毛(如图1)，并问学生：若把它们举高并从同一高度释放，是否同时下落，又是谁先落地？

正如学生的猜想：榔头和羽毛同时下落，但一定是榔头先落地。

    追问学生是什么原因导致总是榔头先落地？

    学生的回答五花八门，有说因为榔头重，有说因为榔头体积大，有说羽毛表面积大，也有说羽毛受到的空气阻力大……

    显然，这超出了一般师的想象空间，怎么有这么多答案，当然学生最集中的回答是因为榔头重，也就是说重的物体下落的快，这个回答是符合生活经验的。但笔者接下来安排的一个简单实验，一下子让学生联想到是空气阻力。

    笔者反问学生是不是一定重的物体下落的快呢？光盘显然比一张比它稍大些普通白纸要重(如图2)，若把白纸揉成纸团，然后让光盘和纸团同时从同一高度下落，谁会先落地呢？

    实验结果是纸团先下落，即轻物（纸团）比重物（光盘）先落地，因为白纸到纸团并没有改变它的重量。

    此时再次追问学生是什么原因让物体下落有快慢之分？

       学生的回答集中于物体与空气接触的表面积和空气阻力，此时只要教师引导学生物体与空气接触的表面积大就意味着下落过程受到了更大的阻力，那么，影响物体下落快慢的因素是空气阻力，学生已脱口而出。

探究二：如果没有空气阻力，轻重不同的物体下落的快慢如何？

在地球上若要创设没有空气阻力的环境，学生普遍相等了抽真空。于是，笔者在简要介绍牛顿管之后，刻意让阀门打开，迅速倒置，此时学生看到羽毛明显先于铁片落到管底。接着，安排学生利用手摇抽气机对牛顿管进行抽气一段时间(如图3)，关闭阀门，再次迅速倒置，铁片和羽毛几乎同时落到管底。即使有学生看出，两者并非完全同时落到管底，也可以让学生想象出，继续抽气后，两者的下落肯定越来越接近。

事实上，学生对没有空气阻力的环境绝对不想是认为创设的，就想人类对诸多物理学的发现不想停留于实验室，最好是在自然界得到真正的证实。此时，介绍和放映美国宇航员斯科特做的月球落体实验视频，视频中铁锤和羽毛同时落到月球表面，和地球上同样的实验形成鲜明对比，带给学生的不仅仅是视觉上的震撼，更是思维火花的点燃。

探究三：自由落体运动性质是怎样的？请提出你的研究方案！

学生对自由落体运动的直接感受是加速运动，至于是匀加速还是变加速，显然需要学生猜想，因此研究的思路：猜想→提出实验方案→实验探究→结论。

实验方案一：打点计时器+纸带

实验探究1：因为匀变速直线运动必定有：△x=xn-xn-1=aT2，即连续相等时间内位移差是一定值，反之也成立。

实验探究2：分别利用 求出A、B、C、D各点的瞬时速度(如图6)，并由此判断v-t是否成线性递增关系，若是，即为匀加速直线运动。

实验方案二：单反相机+频闪光源

这个方案即频闪照片法，由教师介绍和阐述，但是由于暗室的限制，通常教师只能通过放映Flash课件来模拟暗室里进行拍摄，最后投影图 7，然后启发学生频闪照片拍摄过程非常类似纸带打点过程，分析方法相同。

实验方案三：单反相机+自制教具

这个看似简陋的自制教具结合常见的单反相机却实现了传统实验和频闪、传感器等高科技实验器材无法达到的生活化，可视化，而使用了电脑的视频处理技术，用逐帧播放功能，解决了动态视频到静态图片的转换问题，也让学生学到了一种研究物理运动的新方法。

笔者在课后把一帧一帧的下落照片用Photoshop进行了合成，如图12，发现这是一幅完成可以比拟频闪照片的图片，这也再次说明方案三能够兼具其他多个实验方案的优点，值得推广。

重力加速度g似乎已不是课堂教学的重点，很多教师课堂进行到此处便乏味可陈。其实这恰恰是验证上面方案三得到的重力加速度正确性的好机会，而且还是突出人文关怀的契机。笔者作了如下处理：

首先，笔者阐述了重力加速度的大小主要与地理位置、海拔高度有关，并出示如图13的表格：

    此时，让学生去发现表格的蕴含“纬度越高，重力加速度越大”的特征显然合理而自然，但其实还会很自然地联系到自己当地的重力加速度有多大。而当笔者告知学生巩留的纬度为43.35°，学生一下子又被我吸引住了，因为面前的是一位援疆支教教师。与此同时，学生马上会在表格中寻找该维度对应的重力加速度，很显然，应该在9.806 m/s2左右，而这个数值与刚才方案三实验得到的重力加速度9.917 m/s2还是有比较大的距离，这是为什么呢？

其实，这恰恰又是新疆等地下资源丰富的地方开展相关普及的好机会，因为导致方案三实验得到的重力加速度明显偏大是新疆很多地方，包括巩留县地下有大量煤矿，而这会较为明显地增大重力加速度，所以完全可能在9.90 m/s2左右，换言之，方案三实验是非常成功的。

课堂到此，学生对自由落体运动是“初速度为0的匀加速直线运动”的理解已经到位，那么让学生小结自由落体运动规律也是水到渠成。

自由落体运动是生活中一个简朴而美丽的经典运动模型，从生活中提取相关物理知识和规律是这堂课的教学任务，但回归生活，实践学到的物理知识和规律才能更好地体现物理之美，感受物理应用乐趣。

笔者在课堂上安排的学生实验是人教版必修1的P45“做一做”：看看你反应的快慢，这个实验需要两个同学互相配合，器材只需要一把30cm左右的刻度尺，如图14。简单的器材，简单的操作，带给学生却是合作的意识，物理规律实践的乐趣，也能从侧面检验学生课堂知识与技能目标的达成情况。