探究自由落体运动教案

《探究自由落体运动》教学设计河源市东源中学高一物理设计者：刁丽清时间：一、指导思想与理论依据2022版高中物理课程标准提出要注重培养学生的物理学科核心素养，本课紧紧围绕学生物理观念、科学思维、科学探究、科学态度与责任四个方面的核心素养进行教学环节的设计，以期让物理学科素养落到实处。二、教学背景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，经过逻辑推理，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。再通过用打点计时器记录自由落体运动轨迹，初步得到运动信息，为下节课分析研究自由落体运动的规律做好准备。本课的教学对象是东源中学高一重点班的学生，有相对较好的学习基础，他们有强烈的好奇心，和自主动手操作的欲望。在此之前他们已经学习了时间、位移、速度、加速度等概念，学习了位移和时间图像，认识和会使用打点计时器记录物体的运动信息，具备一定的知识基础。但刚步入高中，还没有到实验室上过实验课，缺乏一定的实验设计和实验操作的能力，属于初步接触高中实验的阶段。三、教学目标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）能用打点计时器或其他实验仪器得到相关的运动轨迹并能自主进行分析；（3）初步了解探索自然规律的科学方法。培养观察、概括能力。2.过程与方法（1）通过演示实验和相关动画视频培养观察能力和逻辑推理能力；（2）通过史实渗透提高科学思维和科学态度的核心素养，了解研究自然规律的科学方法，培养探求知识的能力；（3）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达能力；（2）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。（3）通过实验，培养学生的合作精神。（4）通过史实，培养学生学会质疑的科学素养。四、重点与难点重点：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。五、教学策略选择与设计本课主要运用探究式和启发式的教学策略进行设计，以双主即“以学生为主体、教师为主导”的理念展开教学。教学中充分发挥学生学习的自主性和主动性，而不能由教师的讲解代替学生的思考，教师通过步步引导让学生通过观察和实验，通过师生、生生之间的交流让学生对物体下落快慢与质量无关而与空气阻力有关的结论，以及进一步得到的自由落体运动概念的认识更加深刻。六、教学环境及资源准备教学环境：多媒体教室资源：直尺、金属片、若干相同尺寸纸片、重锤、小钩码若干，电火花打点计时器、铁架台、两条纸带、铁夹、牛顿管、抽气机等。PPT（含图片、动画、视频），坐标纸七、教学过程教学环节教师活动学生活动设计意图及资源准备情景导入（3分钟）情景一：小游戏——用直尺下落测试比较谁的反应更敏捷。情景二：动画和图片——蹦极，直升飞机投放物品，露珠、树叶、苹果的下落等师：我们生活中常常见到的，是重的物体下落得快还是轻的物体下落得快？物体下落快慢与什么因素有关？生：积极参与课堂小游戏，比较谁的反应更快。认真观察，思考通过一个小游戏和播放相关动画、图片导入，创设情景，调动课堂气氛，激发学生学习兴趣名人对话（4分钟）引出名人论点，播放PPT一、亚里士多德及其观点（1）人物简介：古希腊学者，世界古代史上最伟大的哲学家、科学家和教育家之一。被称为百科全书式的学者。（2）观点：物体下落快慢由它们的重量决定。即：物体越重下落越快！二、伽利略及其观点（1）人物简介：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。（2）反驳亚里士多德的观点A逻辑推理:假设亚里士多德正确（重的物体下落得快）结论1：如果把大石头和小石头捆在一起，独自下落慢的小石头就会拖慢独自下落快的大石头，最终其整体下落速度比大石头慢。结论2：如果把大石头和小石头捆在一起，其所受的重力一定比其中任一石块大，其整体下落速度比任一石块快。结论与假设出现了矛盾！B实验：比萨斜塔实验传说中著名的比萨斜塔实验证明物体下落快慢与轻重无关。欣赏、聆听、思考、推理通过史实的展现——名人对话，培养学生学会质疑的科学素养。并体验逻辑推理结合实验验证的科学研究方法。实验与探究1（5分钟）师：物体下落快慢与轻重到底有无关联，我们试试重走伽利略的研究过程，做个探究实验。拿出准备好的器材：金属片一张，相同尺寸纸片若干，重锤一个、小钩码一个做以下对比实验：1）金属片和相同大小纸片从同一高度下落2）纸片和相同大小纸片揉成的纸团从同一高度下落3）纸片和撕去一半的纸片揉成的纸团从同一高度下落4）重锤和较轻的钩码从同一高度下落师：从以上四个对比实验，我们可以得出什么结论？跃跃欲试，观察、记录实验结果：1）金属片快，纸片慢；说明重的物体下落快。2）纸团快，纸片慢；说明轻重相同的物体下落不一样快。3）纸团快；说明轻的物体下落快。4）一样快；说明轻重不同的物体下落一样快。思考回答：物体下落的快慢与质量无关！准备好实物及课件，让学生通过观察和实验，进一步探究物体下落的快慢与质量是否有关，并归纳出实验结论。同时让学生体验了控制变量法的使用。观察与思考（10分钟）师：理论推导和实验证实都说明物体下落快慢与轻重无关！但为什么现实生活中的的确确看到果实比树叶下落得快？一、牛顿管实验：实物演示，先让学生观察事先抽成真空的牛顿管中羽毛和金属片下落情况；打开进气阀，让学生倾听气流进去的声音，再让它们同时下落，观察下落情况。师：从观察到的实验结果分析，影响羽毛和金属片下落快慢的原因是什么？二、阿波罗登月实验1971年，阿波罗飞船登上无大气的月球后，宇航员特地做了使羽毛和重锤从同一高度同时释放的实验，无数观众从荧屏上看到，它们并排下落，同时落到月球表面。视觉冲击，思考、观察、归纳回答：结论1：影响物体下落快慢的因素是空气阻力。结论2：忽略空气阻力，轻重不同的物体下落快慢是相同的。通过演示牛顿管实验和播放阿波罗飞船宇航员登月实验视频，得到空气阻力是影响物体下落快慢的原因。概念引入（10分钟）引出自由落体运动概念1、定义：物体仅在重力作用下从静止开始下落的运动。2、条件：（1）只受重力（2）从静止开始师：在我们地球的大气层里要下落的物体仅受重力的作用是很难办到的，而且空气阻力是不能消除的，我们只能尽量减到最低，那我们怎么得到自由落体运动呢？在物理研究里面，我们常常采用一种叫做理想化的手法，即当空气阻力不太大，与重力相比较可以忽略时候，实际的落体运动可以近似地当作自由落体运动。如：直尺静止下落。随后展示3道课堂练习题。考察学生对自由落体运动概念的理解。总结归纳自由落体运动的条件。体会理想化模型做课堂练习题结合PPT教学演示课件总结归纳，并提出了除质点外的第二个理想化模型。PPT展示习题，及时巩固新知。实验探究2（5分钟）师：自由落体运动的运动性质？如何设计方案记录自由落体运动的轨迹？实验：用打点计时器记录重锤做自由落体运动信息。让学生课后思考（课前提供学案）：1、速度变化了没有？如何算？速度与时间的关系？尝试绘制出V-t图像来（上交实验报告）。2、加速度如何算？加速度与时间的关系？3、位移与时间的关系？如何利用直尺下落小游戏测出人的反应时间？4、影响实验精确程度的因素有哪些？学生分组利用打点计时器做自由落体运动实验。挑选保存纸带。课后分析处理数据。提供打点计时器、铁架台、重锤等相关实验装置，以小组为单位安装器材打点。提供绘图用坐标纸、学案（实验报告），让学生课后完成课堂小结（3分钟）课堂小结：1、前人对落体运动的思考：亚里士多德VS伽利略2、人类对大自然的认识是逐步深入的，亚里士多德的研究是人类认识大自然的一个过程，今天我们应以客观、辩证的观点来看待历史事件。亚里士多德也是个面对真理敢于质疑权威的人。3、伽利略的研究方法：对现象的一般观察—猜想与假设—逻辑推理—实验验证—结论的修正推广，不断被后人继承和发扬。2、自由落体运动的定义及条件。回忆本节课所学知识，学会客观、辩证的观点看待历史事件。渗透学生科学思维，科学态度和责任等学科素养板书设计探究自由落体运动自由落体运动1、定义：物体仅在重力作用下从静止开始下落的运动。2、条件：（1）只受重力（f<<G）（2）从静止开始(v0=0)附：学生学案——探究自由落体运动规律实验报告探究自由落体运动规律实验报告实验原理及器材重物拖着纸带竖直下落时，如果纸带阻力和空气阻力比重物的重力小得多，可近似认为重物做自由落体运动。使用的器材有：打点计时器、交流电源、纸带、重物及铁夹、铁架台。实验装置（如右图）主要实验步骤（1）按实验装置图固定打点计时器，并接好电路。（2）把纸带的一端固定在重锤上，另一端穿过两个限位孔，用手竖直向上提着纸带，使重物靠近打点计时器。（3）接通电源，然后松开纸带，让重锤带着纸带下落，打点计时器就在纸带上打下一列点，关闭电源，取下纸带。（4）更换纸带，重复作3~4次实验。实验注意事项（1）当我们打开打点计时器时，要保持纸带和重锤静止且沿竖直方向，保证纸带上的第一个点清晰。（2）要先通电后才放开手让重锤自由下落。（3）重复多次实验，直到选取只有打出的第一点与第二点之间的间隔约为2mm的纸带才有效。（4）保存好记录了自由落体运动信息的纸带，为下节课研究运动规律做准备。请粘贴纸带（或装订在页首）6、实验数据记录及处理从打下的第一个点开始计数，每隔一个点取一个计数点，最少6个计数点。如果以某计数点前后两点间平均速度代替该点的瞬时速度，请把各点瞬