高中物理人教版第二章匀变速直线运动的研究5自由落体运动（全国一等奖）

《自由落体运动》教学设计一、设计思想

1．物理课堂充满生活气息

物理来源于生活，这是一个共识，物理课堂应该还原于本真──生活化物理。只有在感性的生活经验基础上发生、发展的知识，学生才会感兴趣，才会激起探究的欲望。而连接生活与物理知识的有效手段就是实验。无论是用趣味实验激发悬念，还是在分组实验中合作探究；或者回归实践，让学生在自我认知的基础上自主小结，进而达到对新知识的理解，都体现了物理从生活中来，到生活中去的STS思想，闪烁着人文的光芒。趣味实验设计，视频将物理过程的“慢放定格”，DIS实验等，是对教学资源的利用与创新。

2．自主学习构建新课程理念下新型的师生关系

整堂课采取“情景设置──问题链接──自主探究──形成共识，得出结论”的教学方法，以“自主体验发现问题，自主学习解决问题，自主举例应用问题”为教学主线；从兴趣入手，精心设计学生活动──以趣味实验的新手段引入，充分调动学生学习热情和探究欲望，通过分组实验，感受物体下落快慢的原因；进而小组讨论、验证、交流自由落体运动的条件；感悟自由落体这一理想化模型的实质；成功解释生活中自由落体现象；强调学生思维和体验过程，让学生亲身经历科学探究，变过去教师要学生学，而为学生自己“我要学、我想学、从中我学到了什么”的主动建构知识的自主学习；通过交流、合作的互动过程，更进一步培养了学生团结、协作的精神。当然同时要发挥教师的课堂机智，适时地去引导，去启发，去控制，去答疑，去评价，这是符合新课标以学生发展为本的要求，成功实现了新课程理念下师生关系的转换。

3．注重教学反馈，体现了新课程的评价理念

符合学生认知规律的教学反馈，可以增强学习的自我效能感，也是各教学环节是否有效的判据；教学过程中穿插着师生评价（提问）、生生评价（组间交流）以及学生自我评价（谈谈我学到了什么？），是学生的现场学习情况的动态反馈，针对反馈情况，需要教师做出适切性评价和教学调整。趣味实验前后呼应解释，学生自己举例及解释，纠正原有的一些模糊认识，达成对新知识的理解，都是对知识掌握的定性反馈；“练一练”中的运用匀变速直线运动规律来定量分析，并将自由落体运动同化到匀变速直线运动的知识结构之中，让学生体会到自由落体运动只是匀变速直线运动规律的迁移与应用而已；“做一做”又将教学反馈延伸到课外，进一步激发学生的思维能力和动手能力；整个教学过程均很好地体现了新课程评价理念──注重过程性与即时性评价。

二、教材分析

1．课标要求是：“通过实验认识自由落体运动现象”，要求学生能通过一些实验或具体的活动来了解和体验自由落体运动。理解自由落体运动产生的条件与实质。

2．本节教材是学生学完匀变速直线运动规律后，知识的迁移和应用部分，因此本节是本章的一个比较重要的、典型的应用型知识点。表现其一：落体运动快慢的产生原因分析，要用到实验探究，突破原有认知，体会并应用忽略次要因素、抓住主要因素这一科学思维方法，这不仅有利于学生掌握分析物理问题的方法，也有助于培养学生的探究能力．其二，这是一个贴近日常生活的实际问题，能激发学生的学习兴趣和体会物理的生活化。

3．自由落体运动是日常生活中比较常见的物理现象，学生往往能感受到，但并没有注意到这一现象的特点，也不明确这就是自由落体运动现象。怎样才能让学生不是机械化地记住自由落体运动的现象，而是通过各种方式真正理解自由落体运动的条件与本质所在，才是本堂课学习重点和难点。

三、学情分析

自由落体运动，学生有一定感性和模糊的体会，但理解自由落体运动概念，对学生而言有一定的困难。我觉得主要来自两方面，首先是物理语言的误导，使学生认为只要从某一高度随意下落的物体做的就是自由落体运动；其次生活中的落体运动与自由落体运动的区别──现实与理想的差异。因此在本节课教学中利用了实验和理论探究的方法，自主学习与小组合作学习的方式，让学生自己体验、分析、归纳、讨论、评价等得出结论。激发了学生的学习兴趣，养成动手与合作能力，生成学生透过现象看本质的物理意识。

学生有匀变速直线运动规律、打点计时器及纸带分析的学习基础，完全可以通过自主体验与自主学习来完成本节课的内容。学生可能将自由落体运动与匀变速直线运动知识割裂，教学中要注意引导学生，将新知识纳入旧知识结构，让学生体会到自由落体运动只是匀变速直线运动规律的迁移与应用而已。

四、教学目标

1．知识与技能：

（1）认识自由落体运动现象；

（2）知道产生自由落体运动的条件；

（3）能够运用匀变速直线运动规律分析、解决有关自由落体运动的问题。

2．过程与方法：

（1）经历实验观察、实例探究讨论交流的过程，体验自由落体运动现象。

（2）经历实验和理论探究过程，体会科学探究的方法，领略运用匀变速直线运动规律解决实际问题的方法。

3．情感、态度与价值观：

（1）体会生活中的自由落体运动现象，生成“学以致用”的思想，激发学生的学习热情。

（2）体验自主学习过程，养成乐于细心观察、勤于思考和相互交流的学习习惯和合作精神。

五、重点难点

重点：什么是自由落体运动及产生自由落体运动的条件、实质。

难点：（1）物体下落快慢影响因素的探究；

（2）自由落体运动的运动性质的分析。

六、教学策略与手段

“情景设置──问题链接──自主探究──形成共识，得出结论”的学生自主探究教学模式。

七、课前准备──媒体的设计与准备

分组实验：探究物体下落快慢的影响因素（二人或四人一组）

演示实验：多媒体设备一套，钩码，牛顿管，抽气机，天平，自制课件。学生每四人一组：刻度尺，铁架台，打点计时器，纸带，铁片、纸片若干张、钢球（大小各一个）、面积相等的金属片和纸片等。

八、教学过程

（一）趣味实验激发悬念

演示：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，另一面朝向学生）；

引问：“一般刻度尺是用来测量什么的？”

学生：“测长度。”

教师：“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测。”（师生活动，请3个学生参与活动，教师有意让一个学生能够接到尺，另2个接不到。课堂气氛活跃，学生发出惊讶的呼声）

引入课题：同学们一定想知道这把尺子为什么能测出你的反应时间，它的“奥妙”与我们今天所要认识和研究的一种运动──自由落体运动密切相关。

点评：将教材中的“做一做”栏目中“测反应时间”改为放在课前引入，目的是通过这一游戏产生“惊奇”效果，激发学生的探究兴趣，活跃课堂气氛。搞好新课的引入是提高教学质量和效果的必要手段．世界著名的物理学家爱因斯坦说过：兴趣是最好的老师．我国古代伟大的思想家孔子也曾说过：“知之者不如好之者,好之者不如乐之者．”而好的新课的引入,定能激发学生的兴趣！必能充分激发探究的动力。

呈现学习目标：

（1）什么是自由落体运动？

（2）自由落体运动的运动性质怎样？

（3）生活中的自由落体运动我们如何分析？

（二）新课教学

1．思辨

教师结合实验，进一步引问：观察尺子运动的特点。尺子为何会下落？

介绍：上述情景中尺子做竖直下落运动，这类下落的运动称为落体运动，我们对于自由落体运动的研究必须建立在更一般的运动形式落体运动的基础上。

教师用相关的物理学史让学生进行思辨：

⑴其实很早以前就有人研究过这个问题了，那就是古希腊哲学家亚里士多德。亚里士多德是一位知识渊博的伟大学者，那时候的哲学包括一切科学。亚里土多德在研究了物体下落现象，通过观察一些这样的物理现象，并总结了当时学者的一些看法后提出：物体下落的快慢是由它们所受的重力决定的，物体越重，下落的越快。亚里士多德的学说在十六世纪仍然如日中天，人人都奉为经典，没有人提出任何的怀疑。

⑵亚里士多德的学说在大小的外表上看来，似乎非常的合理，而且人人也都相信学说的真确性。只有伽利略表示怀疑。他做了许多实验，发觉亚里士多德的学说是错误的，他决心指出这项错误。传说有一天，他邀请有关的教授到比萨塔前，拿出一个一百磅的重体，和一个一磅的重体。伽利略问所有的教授们：“假如这两个重体同时自塔顶自由落下，结果如何？”

问：根据你的了解，试判断谁的说法正确？阐述理由。

2．实验探究一──感受为什么物体下落有快慢？

（1）分组实验，发现问题。

教师将学生分组。学生分组实验──利用面积相等的金属片和纸片，设计小实验，动手做一做，并对看到的现象进行说明。（学生的实验方案可能有：将纸片团成纸团，纸团、金属片同时释放；将纸片团成纸团，纸团、纸片同时释放；金属片、纸片呈竖直同时释放；纸片放在金属片上，释放等等。）

组内讨论交流。小组代表说说，小组成员在实验中发现的现象，以及想知道的疑问。

教师对学生的实验方式和交流问题，做出适当的反馈与评价。（引导学生关注观察两物体落地的前后的次序，将其原因暂时搁置）

（2）师生合作研讨，得出自由落体运动概念。

学生的实验方法可能各种各样，为了将教学面向全体学生，让全体学生明确概念。教师演示，引导学生观察从同一高度同时下落的轻重物体下落的快慢，并归纳总结。

步骤①：先让金属片和一张等面积的薄纸片同时从同一高度下落。（观察结果：重的物体下落得快）

步骤②：把薄纸片揉成纸团再和金属片同时从同一高度下落。（让同学用耳朵听声音，结果：只有一个声音，说明轻重不同的物体同时落地。）

步骤③：把金属片和一张面积较大的薄纸片从同一高度下落到水平桌面。（观察结果：轻的物体下落得快）

师生结合实验探讨得出结论：物体下落的快慢不是由它们的轻重决定的。生活中看到的物体下落有快慢是由于空气阻力的原因。

教师进一步提出：我们应该怎样研究物体的下落运动？

引导：研究问题要从简单→复杂，因此先研究没有空气阻力时物体的下落情况（理想化模型）

教师：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：把事先抽成真空（空气相当稀薄）的牛顿管拿出来，让牛顿管中的硬币、鸡毛、纸片、粉笔头从静止一起下落。

学生：同时落下。

老师：这就是自由落体运动。教师再把牛顿管放气，重复实验，构成强烈的对比。

同学们根据这些过程、结论，给自由落体运动下一个定义：

自由落体运动：

（1）物体只在重力作用下从静止开始下落的运动，叫做自由落体运动。

（2）做自由落体运动的物体，在同一地点从同一高度下落的快慢是相同的。

点评：此环节，让学生自己猜想、观察、思考、理解、体会，学生在体验中突破与原有认识的冲突，在教师引导下可以从以上实验中总结结论，提出物体下落快慢与物体质量无关的设想。另外，学生可能会提出关于下一环节的一些问题，教师也要做出适当评价，并为下面作铺垫。

◆过渡语：爱因斯坦说：“全部的科学，不外是日常想法的提炼”。我们认真观察到现象，还要对观察到的现象深入思考，然后提炼出自己的看法！

3．实验探究二──感知自由落体运动的特点。

师：结合物体下落的现象，你觉得自由落体运动究竟是一种怎样的运动？

（1）回味现象，进行猜想。

让学生回忆上面实验现象，大胆猜想。（学生可能会提出：变速直线运动、加速直线运动、匀加速直线运动等）

（2）组内讨论验证

小组内成员针对问题进行交流讨论。

讨论主题：可以利用实验桌上提供的器材自行设计实验，用你们的实验方式操作、记录、研究自由落体运动的特点。

（3）组间交流评价

请小组代表（甲）上讲台发表自己的看法，可以一边演示一边讲解。请另一组代表（乙）对

代表（甲）的提出问题，做出评价或提出自己的认识。

教师据教学现场，多请几组做相互交流与评价。

（4）教师引导整合

1．教师在众多的交流问题中，抓住主要问题进行引导。

2．教师据学生交流评价作出合理的评价。

学生的实验设计方案可能有多种，教师必须做好充分的预设──想学生所想，更要准备学生想不到的方案。具体准备如下：

方案1：利用打点计时器采用示踪（轨迹记录）法研究。

（1）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）

（2）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：

小组实验、操作、记录、思考、交流讨论，

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。

C．匀加速直线运动──测量并计算，在连续相等的时间里的位移差ΔS1、ΔS2、ΔS3：，看ΔS1、ΔS2、ΔS3是否相等．

方案2：利用频闪照相采用示踪（轨迹记录）法研究。

教师展示CAI课件：对自由落体（小球）进行频闪照相得到频闪照片。

学生观察（图2）频闪照片（不加网格线）后思考、讨论得出：①轨迹是一直线；②在相等的时间间隔里,小球下落的位移越来越大──小球速度Ｖ越来越大,即小球在做加速运动。

学生观察（图3）频闪照片（加上网格线）后,让学生,应用已学知识分析、讨论,回答小球自由下落的运动是匀加速运动（△ｓ=恒量或ｈ1：ｈ2：ｈ3：……=1：3：5：……）

该部分的教学应该注重2点：⑴学生实验方案设计的可行性；⑵讨论实验结果：通过实验得到的数据，要求学生采用何种处理方法，最终得到什么结果？

以下可能的处理方法：

Ⅰ．连续相等时间内的位移之差Δs是一个常数

Ⅱ．速度均匀增大（利用v-t图像）

Ⅲ．s∝t2（利用s-t2图像）──教师当场对书本P47的“问题与练习”的问4的闪光照片上的数据利用计算机的EXCEL的图表功能在投影上演示自由落体的s-t2图像，以扩展学生的思路，开阔学生的眼界，懂得用多种方法进行研究。

t/sx/mt2/s20000．040．0080．00160．080．0320．00640．120．0710．01440．160．1250．02560．20．1960．040．240．2840．0576

若还有其他的方法也可。要鼓励学生多角度思考问题。教师对所列方法应当做适当的解释，也可以让发言的学生说明方法的理论依据。

（5）师生达成共识：自由落体运动是初速为零的匀加速直线运动。

Vt=at；x=（1/2）at2

教师引导：根据你处理的数据,请你计算自由落体的加速度。

各小组计算结果公布，教师把结果写在黑板上，并根据刚才EXCEL处理的图像计算加速度的值（图像的斜率的两倍就是加速度的大小）。（各结果有可能有误差）请同学们讨论在实验误差允许下，不同物体的自由落体运动，它们的加速度是否同的？

结论：相同。

自由落体运动的加速度

⑴在地面附近的同一地点，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，通常用g表示。

⑵重力加速度g的方向总是竖直向下的。

⑶教师强调我们这里的重力加速度的大小g=9．801m/s2。在粗略的计算中，可以把g取作10m/s2。

请学生看书本P46的