《探究自由落体运动》教学设计

PAGE5-课题《探究自由落体运动》教学设计粤教版物理（必修1）第2章第1节范正余教材分析本节主要内容是探究自由落体运动，是本章的重点内容，同时也是后面学习匀变速直线运动的基础。从亚里士多德和伽利略观点的冲突，经过实验探究，得出物体下落过程中的运动情况与物体的质量无关，引出自由落体运动的概念。在通过记录自由落体运动轨迹，用打点计时器或频闪照片，分析自由落体的规律，位移正比于时间的平方值。教材在本节设计上有如下特点：突出实验探究;重视物理知识在生活中的实际应用。学情分析在前面的教学中，学生已经初步掌握了平均速度、瞬时速度、加速度的概念，对自由落体运动也有过思考，接触过亚里士多德的观点和伽利略著名的比萨斜塔实验，对伽利略观点已有一定的认识。但我校学生中艺术生和文科生超过85%，基础普遍较差，数学思维推理能力及综合判断能力欠缺，动手操作能力非常薄弱，对物理问题的理解感到非常吃力，因此在教学过程中要逐步铺垫，多加以引导和提醒帮助。三维目标知识与技能认识自由落体运动，知道影响物体下落的因素，理解自由落体运动是在理想条件下的运动。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。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。过程与方法通过对落体运动的实验探究，初步学习使用变量控制法。情感态度与价值观（1）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。渗透物理方法的教育，在研究物理规律的过程中抽象一种物理模型——自由落体。重点、难点重点：探究自由落体运动的过程及自由落体运动的概念。难点：物体下落快慢与物体质量无关。教法及意图高中物理教学就是要培养全体学生的科学素养和创新能力，不仅要让学生学习物理的核心概念，掌握物理研究的基本技能，了解物理学的发展历程、主要成就以及对社会发展的影响；更强调对学生科学探究能力、实践能力、自主学习能力的培养；同时必须体现以人为本的教育思想，要培养学生的学习兴趣，培养学生实事求是、敢于创新的科学态度和精神。物理学是一门以实验为基础的学科，本节课的教学方法就采用了探究式的教学法。以实验探究为主线，充分挖掘隐含在本节内容中的科学探究方法和科学思维方式。首先，从生活经验和亚里士多德的观点出发进行巧妙推理，使亚里士多德的理论陷入自相矛盾的境地，引起学生探究的兴趣。在此基础上学生自主进行实验探究，通过对实验结果的分析和相互讨论得出初步结论，提出物体下落快慢与物体质量无关的猜想。再进一步通过教师演示“牛顿管”实验进一步验证这一猜想。最后再由学生自主进行实验探究：利用打点计时器，记录自由落体运动的信息，为下一节定量地探究自由落体运动规律做好准备。本节课的教学立足于既能培养学生的实验动手能力，又能培养学生的“合作学习”精神和探求真知的兴趣，能使学生主动活泼轻松有趣地得到科学探究方法和科学研究能力的培养，领悟科学的思想和精神。体会课堂收获和取得“学习成功”的愉悦。本节教学重点和难点在于如何引导学生进行科学探究，如何使学生在科学探究过程中掌握科学研究的方法，培养科学研究的能力。科学探究活动的组织与开展是本节课教学成败的关键，教学中须根据学生的实际能力去引导学生进行实验，并作出必要的、具体的指导；提倡学生敢于动手，勤于动脑，仔细观察，认真思考，对实验中看到的现象和遇到的问题，要多问些“为什么”。教学实践证明：探究性实验能极大地提高学生学习物理的兴趣，又能使学生学会一些探索大自然规律的基本方法，培养他们解决实际问题的能力。通过实验探究，强化物理知识的形成过程，会获得基本的科研能力，创造性地解决问题，也能培养学生的创新精神。因此，教学中创设物理情景教师边演示边提问，学生边观察边思考，引导学生来探索规律并让学生试着自己得出结论：创设问题情境→提出问题→猜想与假设→分析与推理→实验探究→归纳总结→进一步探究……。教学过程（教学环节、教师活动、学生活动）设计意图及目标达成预测【新课引入】与同学一起做“反应时间尺”测反应时间的游戏引入新课。第二章“匀变速直线运动的规律”的第一节“探究自由落体运动”。观察和回忆日常生活中的现象：树叶、苹果、桌面的笔、悬挂的物体等从静止向下的运动——落体运动。它们下落快慢相同吗？哪一个下落快呢？一、关于落体运动的思考2000多年前，古希腊最伟大的科学家、教育家、哲学家亚里士多德的认为：重的物体比轻的物体下落快。【实验演示】明显的生活常见现象：一块石头比一片树叶下落快！（近2000年时间里包括学者、教授、课本都把这作为科学、真理、教材捧为神明。）那么亚里士多德的观点究竟是不是正确的呢？意大利伟大的天文学家、物理学家、力学家和哲学家，也是近代实验物理学的开拓者伽利略进行科学推理，巧妙地揭示亚里士多德理论的自相矛盾。看看他是怎样推导的！（一）反证法：假设这个观点成立，在这个成立基础上得出与观点相矛盾的结论。伽利略由亚里士多德的观点出发得到以下两个结论，自相矛盾吗？请学生来谈谈看法。结论1：如果把石头和树叶捆在一起，其重量一定比其中任一物体重，其下落速度也应该比其中任一物体的下落速度快。结论2：如果把石头和树叶捆在一起，独自下落较慢的树叶就会拖慢独自下落较快的石头，最终其下落速度应该比石头慢些。让学生看书，在书上画出这两个结论，然后再请个学生来谈谈自己的理解和看法。那么究竟什么决定物体下落的快慢呢？理论推导可以用来辩驳，但是物理上还必须用实验来进行证明和检验。让同学们亲自动手进行实验探究。（二）实验探究I：实验探究操作，注意观察和记录两个物体的下落情况。【实验探究：】（1）将一枚一元的硬币与一张同样大的纸片（横截面积相同，质量不同），在同一高度同时从静止释放，哪个物体先落地？。（2）将一张纸片捏成纸团与另一张相同的纸片（质量相同，横截面积不同），在同一高度同时从静止释放，哪个物体先落地？。（3）把一个纸片粘在一个一元的硬币上与另一个一元的硬币（横截面积相同，质量不同），在同一高度同时从静止释放，哪个物体先落地？。让一个同学到讲台上汇报合作学习探究实验的操作和得出的结论。（掌声鼓励！）学习伽利略相信科学、大胆质疑、敢于向权威挑战的精神。（第一次高潮。）伽利略经过反复多次实验得出了结论。（传说比萨斜塔“两个铁球同时落地”。）伽利略观点：物体下落的快慢与物体的质量（轻重）无关。那么，影响物体下落快慢的因素是什么呢？【大胆猜想】与物体的有关，与空气阻力关。【观察思考】学生看课本P29后，老师介绍“牛顿管”的结构和原理，然后进行演示，提示学生注意观察什么（看颜色和听声音）。【演示操作】（第二次高潮。）（1）牛顿管中没有空气。现象：。（2）牛顿管中有空气。现象：。看来是空气阻力的影响导致轻重物体下落的快慢不同。在真空中，轻重物体下落一样快！我们得到“在真空中”这一理想化条件下的落体运动叫做自由落体运动。二、自由落体运动1、概念：物体仅在重力的作用下，从静止开始下落的运动，叫做自由落体运动。自由落体运动是一种“理想化”条件下的运动模型，当空气阻力对物体运动的影响可以忽略时，物体从静止开始下落的运动可以近似看作自由落体运动。（提示回忆“质点”理想化模型。）2、条件：(引导学生进行理解，两个条件缺一不可。)（1）只受重力即：不受其它力或者其它力可以忽略不计。（2）从静止开始即：初速度为零。物体运动是有规律的，要研究自由落体运动遵循什么规律，就需要分析它的运动信息，则必须先记录下物体自由落体运动的轨迹。自由落体运动实在是太快了，很难直接用笔把运动的信息记录下来。咋办呢？三、记录自由落体运动的轨迹1、记录方法：（1）打点计时器（比较熟悉了）（2）频闪照片（课后了解。课本P31第3题）2、使用打点计时器记录物体运动轨迹，注意事项：（可在学生动手实验前一边讲一边简单演示指导，在学生实验操作过程中再适当提醒。）（1）选用质量和密度较大的重锤（减小空气阻力的影响），并将纸带固定在重锤上。（2）打点计时器的安装要使两限位孔在同一竖直线上，纸带穿过限位孔并将纸带压在碳粉纸下面。（提醒新、旧打点计时器的放置方法不同。）（3）用纸带把重锤拉到靠近打点计时器处（手捏纸带顶端保持纸带竖直，不要晃动），先接通打点计时器的电源，再释放纸带。（4）多打几条纸带，选取点迹清晰、第一点与第二点之间间隔约为2mm的纸带。（5）打点计时器通电时间只需持续通电几秒即可完成实验，打点完毕必须及时断开打点计时器电源开关，以免造成不良后果。【实验与探究Ⅱ】学生自主进行实验探究活动，老师巡视指导。（第三次高潮。）【思考分析：】1、实验中造成实验误差的因素有哪些？。2、观察纸带，大致判断自由落体运动是运动。（选“匀速、加速”、“减速”）四、课堂小结本节课先学习了物体下落运动的知识和伽利略对亚里士多德错误观点的反驳和实验验证，同学们相互合作进行了实验探究，得出了物体下落快慢与物体的质量（轻重）无关，“牛顿管”实验证，明忽略空气阻力影响的情况下，轻重物体下落的快慢相同（下落一样快）！进而学习了一种“理想化”的运动模型——自由落体运动。通过打点计时器记录下重锤自由落体运动的轨迹，为下节课分析自由落体运动规律做好了准备。五、课后作业+1、根据上图自由落体运动的纸带填好下列表格，并分析思考后面的问题：（1）重物在下落过程中其速度有没有变化？依据是什么？（2）s与t的关系是S∝t，还是S∝t2？（3）影响实验精确程度的因素有哪些？调动学生积极性和注意力引发思考怎样反驳引导学生看书、理解伽利略的推导学生通过实验探究，分析、讨论得出结论，提高实验动手能力、分析推理能力，进而理解物理知识。通过“牛顿管”实验使学生认识：须进行科学实验，才能清楚认识物理现象的本质。科学实验探究是物理学的基础。强调自由落体运动是理想运动模型。在书上画着重符号。学生亲自实验巩固使用打点计时器，分析纸带记录的信息得出物体运