【教案】自由落体运动+教学设计+高一上学期物理人教版（2019）必修第一册

《自由落体运动》教学设计方案章节名称§2.4自由落体运动学科高一物理课时1课时课型新授课教学背景教材分析本节课选自高中物理必修第一册第二章第四节《自由落体运动》，本节课内容是在学生学习了运动学的知识之后，掌握了匀变速直线运动规律之后编排的，自由落体运动是匀变速直线运动的特例。本节内容以物理学史亚里士多德和伽利略对落体运动的研究为线索进行研究，体现了伽利略敢于质疑权威的精神，和严谨的数学推理能力，也体现了科学实验方法：发现问题→提出假说→逻辑数学推理→设计实验验证→修正推广，培养学生对事物规律的迁移及应用能力。另一方面，本节课内容结合了诸多现代技术，如利用手机App测量自由落体加速度、如播放需要真空环境的牛顿管实验视频等，培养学生自主探究的能力，提高学生的科学素养，为学生的终身发展打下良好的基础。因此本节课不仅要让学生掌握自由落体运动的诸多规律，也要引导学生掌握正确认识事物的思维方法，培养学生自主探究的能力。学情分析本节课授课对象是高一学生，在前面的教学中，学生初步掌握了匀变速直线运动的规律，需要更深刻地在实践中应用匀变速直线运动的规律，解决自由落体运动的问题。在本节课之前学生已经学习过利用打点计时器或频闪照相研究物体的运动情况，也初步了解构建物理模型的方法，具备了初步的逻辑思维能力和实验能力，在本节课的教学中应让学生主动参与，培养他们观察、分析、猜想和验证的物理研究和思想方法。物理核心素养分析物理观念知道什么是自由落体运动，理解自由落体运动的本质。知道什么是自由落体加速度，自由落体加速度的大小与方向以及地球上不同地点的自由落体加速度大小不同。3．掌握自由落体运动的运动学规律。科学思维1．利用手机App粗略测量自由落体加速度，培养学生对生活和实验的观察能力。2．通过介绍物理学史中亚里士多德和伽利略对落体运动的研究，使学生体会科学实验方法，培养学生对事物规律的迁移及应用能力。科学探究经历探究落体运动演示实验的思考讨论过程，经历利用手机App粗略测量自由落体加速度的过程，培养学生的科学实验方法和科学探究能力，培养学生对事物规律迁移及应用能力。科学态度与责任渗透事物的普遍性与特殊性关系。2．加强对控制变量思想的认识。教学重点理解自由落体运动的本质，掌握自由落体运动的规律。教学难点理解自由落体运动的本质是匀加速直线运动。2.掌握自由落体加速度的大小g=9．8m/s2，近似为10m/s2，。教学方法教师设置问题链，启发、引导；学生进行讨论、交流教学用具PPT、手机（带有SensorKineticsApp，手机中带有加速度传感器，可以近似测量加速度）、希沃投屏软件、反应时间尺、纸片、钩码、牛顿管视频、粉笔、习题教学设计师生活动设计意图【课前游戏】反应时间尺师：老师这里有一把神奇的尺子，这可不是一把普通的尺，它能测出大家的反应时间。请两位同学上台来测试一下各自的反应时间，请上台的同学在尺子下落之后捏住尺子，注意只能用你惯用手的拇指和食指捏住尺子，另一只手不能帮忙。生：两位同学做反应时间尺的实验，测出了各自的反应时间。师：看起来两位同学的反应时间不太相同，那么大家思考，反应时间尺的原理是什么？反应时间尺大致做的是什么运动？那我们就带着这个问题，来开始今天的学习§2.4自由落体运动。【新授课】师：实际上，在我们生活中，物体脱离支撑之后会往下落，比如说粉笔，脱手之后它就会下落。在我们生活中，这种现象是非常常见的，我们再看几个这样的现象。水珠的滑落，冬天飘雪，下雨，高空跳伞，蹦极，这些运动都有一些共同的特点，脱离支撑的时候都要落回地面，这样的现象，我们就把它称之为落体运动。师：对于物体的运动，我们最关心的就是物体下落快慢的问题，这些物体下落得快慢是一样的吗？【思考】师：结合生活经验，什么样的物体下落得快？是轻的物体？还是重的物体？生：生活经验中重的物体下落得快。师：亚里士多德跟我们日常的观念一样，也认为重的物体下落得快，但是伽利略依据逻辑推理，推断出重的物体跟轻的物体下落得一样快，那么，究竟是重的物体下落得快还是轻的物体下落得快呢？实践是检验真理的唯一标准。【演示实验】1.钩码和纸，哪个下落得快？将纸卷成纸团，哪个下落得快？师：钩码和纸相比，钩码下落得快；将纸卷成纸团，跟钩码相比，两个下落得几乎一样快。【思考】师：是什么因素影响了物体的下落？生：空气阻力。师：如果没有空气阻力，物体下落快慢会是怎样的呢？没有空气阻力就需要营造出一个真空的环境。真空的环境，在教室里是很难做到的，接下来我们看一段实验视频，这个实验在NASA美国宇航局的全球最大的真空实验室里完成的，将羽毛和保龄球从同一高度同时由静止释放，分别在有空气的环境和真空环境进行，我们一起来看一下实验情况。【实验视频】NASA全球最大的真空实验室——羽毛与保龄球自由落体实验师：在不计空气阻力的情况下，轻重不同的物体下落的快慢一样吗？生：在真空环境下，轻重不同的物体下落的快慢是一样的。师：在物理中，我们把不考虑空气阻力，物体只在重力下从静止开始下落的运动，叫做自由落体运动。【新授课】一、自由落体运动【板书】1.定义：物体只在重力作用下从静止开始下落的运动。师：根据定义，一个物体要做自由落体运动，要满足什么条件呢？生：一是只受重力，二是由静止开始运动。【板书】2.条件：①只受G作用，②由静止开始运动。【思考】师：在实际生活中，存在只受重力的运动吗？生：不存在。师：自由落体运动只在真空中才能发生。在有空气的空间，如果物体所受的空气阻力远小于重力，空气阻力可以忽略，也可近似看作自由落体运动。【探究】自由落体运动的运动性质？师：回顾之前学习的，判断物体是否做匀变速直线运动的条件：∆x=aT2，图中是书上利用频闪照相拍出的做自由落体运动的一组照片，频闪仪每隔0.04s闪光一次，请大家根据相邻相等时间间隔内位移差，判断物体的运动性质。生：算出在连续相等时间间隔内的位移差，可知在连续相等时间间隔内位移差近似相等，因此自由落体运动是一个匀加速直线运动。师：由于自由落体运动初速度为0，因此自由落体运动的运动性质为初速度为0的匀加速直线运动。【板书】3.运动性质：初速度为0的匀加速直线运动。二、自由落体加速度师：在同一地点，一切物体自由下落的加速度都相同，这个加速度叫做自由落体加速度，也叫做重力加速度。通常用g表示。师：自由落体加速度的方向如何？生：竖直向下。师：既然是加速度，就是一个矢量，既有大小又有方向，先研究方向，通过高中前面的知识，向下做加速运动，加速度方向与速度方向相同，速度方向竖直向下，于是加速度方向也是竖直向下。【板书】1.方向：竖直向下。师：重力加速度的大小需要精确测量。我们试着用手机上的加速度传感器App对加速度的大小进行粗略测量。【演示实验】用手机App：SensorKinetics测量自由落体加速度、用希沃授课助手投屏师：加速度计可以显示加速度图线，我手机上的这个App叫做SensorKinetics动力学传感器，可以记录手机沿三维坐标轴方向的加速度变化图线，用红色、绿色、蓝色三种颜色分别表示x轴、y轴和z轴的加速度变化情况。把手机放在桌面上，让手机左右移动，会发现红色的图线出现一个波峰，让手机前后移动，会发现绿色的图线出现一个波峰；将手机平放在手掌上，让手机在竖直方向移动一下，可以看到蓝色图线会发生变化。蓝色图线代表在竖直方向的加速度，用手托着手机，让手机脱离手掌而自由下落，然后接住手机，会看到手机屏幕上显示加速度传感器的图线，大家会看到刚开始的一小段时间的加速度数值是-10m/s2，说明加速度为-10m/s2，方向与规定的正方向相反，即方向竖直向下，大小为10m/s2，这就是自由落体加速度，方向向下。大家还能看到，在自由落体之后还有一个向上的波峰，这是用手接住手机时手机做减速运动时的加速度，方向与规定的正方向相同，即方向向上。师：经过科学家的精确测量，在地球表面不同的地方，重力加速度的大小一般不同，看黑板上的表格，你能看出什么规律？生：不同地点的重力加速度大小不同；重力加速度随纬度的增加而增大，赤道处g值最小，两极处g值最大。2.大小：一般g=9.8m/s2，做题时g=10m/s2。不同地点的重力加速度大小不同；重力加速度随纬度的增加而增大，赤道处g值最小，两极处g值最大。三、自由落体运动的规律师：自由落体运动是初速度为0、加速度为g的匀加速直线运动，因此可以将匀变速直线运动的三个基本公式整理成对应于自由落体运动的规律。v=gth=12gtv2=2gℎ师：这三个规律，要求大家必须要熟记。那么下面我们应用规律，解决两个问题。【解决问题】回顾课前的反应时间尺师：1.如果忽略空气阻力，尺子做的是什么运动？2.讨论反应时间尺的原理？手的位置不动，根据直尺从手指间下落的高度，来算出反应时间。3.某位同学玩游戏时，直尺下落了19.6cm，求：该同学的反应时间？(g=9.8m/s2)根据h=12gt2求出下落时间t师：据统计，一般人的反应时间是0.14秒-0.4秒，顶级运动员的反应时间也不会低于0.1秒。在东京奥运会男子百米赛跑的半决赛上中国选手苏炳添以9秒83打破亚洲纪录。他在半决赛上的反应时间为0.142秒。师：你能根据反应时间尺的原理自制一个反应时间尺吗？利用课前游戏，引出反应时间尺，引出对反应时间尺原理的探讨。提出问题：重的物体下落得快还是轻的物体下落得快。通过分析得出生活中的物体下落的过程中，空气阻力影响了物体的下落。提出问题：如果忽略空气阻力，轻重不同的物体下落的快慢是一样的吗？经历思考讨论过程，培养学生对事物规律迁移及应用能力。通过实验视频，在接近真空的环境下，轻重不同的物体下落的快慢是一样的，提出自由落体运动模型。通过判断物体做匀变速直线运动的条件，判断出自由落体运动的运动性质，渗透事物的普遍性与特殊性关系。利用手机App测量自由落体加速度，将自由落体加速度形象化地测量出来，给学生增加感性认识。同时帮助学生了解手机App上传感器的强大功能。根据匀变速直线运动的三个基本公式，推导出自由落体运动的规律。利用自由落体运动的规律解决课前的反应时间尺的问题。课堂练习1.高空坠物的危险性极大，经常导致重大人员伤亡事件的发生，假定有一花盆从距离地面20米处由静止坠落，不计空气阻力，取重力加速度g=10m/s2，则：（1）花盆经过多长时间落到地面？（2）到达地面时花盆的速度是多少km/h？高空坠物的危害：高空坠物的冲击力是无法想象的，哪怕一个小小的苹果也可能致人死亡，一根小铁钉也可能插入人的大脑，造成植物人或者死亡。不管是什么物体，下落的高度越大，落地速度越大，危害越大。预防建议：（1）高层楼房的阳台及窗台安装防护网。（2）高层楼房的阳台及窗台不要堆放物品。（3）不能通过阳台及窗台向楼下乱扔物品，现在已经立法。2.书P52T3钢