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

配套中学人教版（2019）自由落体运动一、教材分析一、教材分析“自由落体运动”是人教版高中物理必修第一册第二章第4节的内容，在教材中占据重要地位。它承接了之前所学的匀变速直线运动的知识，是匀变速直线运动规律的典型应用和深化，又为后续学习牛顿运动定律、功能关系等内容奠定基础，起到了承上启下的关键作用。从内容编排来看，教材首先通过生活中常见的落体现象，如苹果下落、树叶飘落等，引发学生对物体下落快慢的思考，激发学生的探究欲望。接着，教材借助伽利略对自由落体运动的研究历程，引导学生体会科学探究的方法，培养学生的科学思维。在理论探究之后，教材安排了实验探究环节，让学生通过实验测量自由落体运动的加速度，亲身体验自由落体运动的特点，培养学生的实验操作能力和数据处理能力。最后，教材将自由落体运动的规律应用到实际生活中，如测量高度、估算时间等，体现了物理知识与生活的紧密联系，培养学生学以致用的意识。二、教学目标二、教学目标物理观念目标帮助学生构建自由落体运动的基本物理观念，深刻理解自由落体运动是一种理想化模型，明确其只在重力作用下、从静止开始下落的本质特征。引导学生掌握自由落体运动的速度、位移、加速度等物理量之间的关系，能够运用这些关系对自由落体运动过程进行定性分析和定量描述，形成清晰的运动观念和相互作用观念。使学生理解重力加速度的概念，知晓其在不同地理位置的数值差异，以及重力加速度对自由落体运动的影响，从而建立起关于自由落体运动的完整物理图景。科学思维目标通过对自由落体运动实验数据的分析和处理，培养学生运用科学推理和逻辑思维的能力，能够从实验现象中归纳出自由落体运动的规律，如速度随时间的变化规律、位移随时间的变化规律等。引导学生学会运用数学方法（如公式推导、图像绘制与分析等）对自由落体运动进行定量研究，将物理问题转化为数学模型，通过数学运算和推理得出物理结论，提升学生的科学思维品质和创新思维能力。鼓励学生在解决自由落体运动相关问题时，运用批判性思维和质疑精神，对不同的观点和解题方法进行分析和评价，培养学生独立思考和解决问题的能力。科学探究目标组织学生参与自由落体运动规律的探究活动，让学生经历提出问题、作出假设、设计实验、进行实验、收集数据、分析数据、得出结论、交流与评估等科学探究的全过程，培养学生的科学探究能力和实践操作能力。在探究过程中，引导学生学会控制变量法、转换法等科学研究方法，培养学生设计实验方案、选择实验器材、进行实验操作和数据分析的能力，提高学生的科学探究素养。鼓励学生在探究活动中积极思考、勇于创新，培养学生的问题意识和探索精神，使学生能够在探究中不断发现问题、解决问题，体验科学探究的乐趣和成就感。科学态度与责任目标在自由落体运动的教学过程中，培养学生严谨认真、实事求是的科学态度，要求学生尊重实验数据和事实，不篡改、不伪造数据，养成良好的科学研究习惯。通过介绍自由落体运动的研究历史和科学家们的贡献，让学生了解科学发展的艰辛历程，体会科学家们追求真理、勇于探索的精神，培养学生的科学精神和社会责任感。引导学生关注自由落体运动知识在实际生活和生产中的应用，如在建筑施工、交通运输、航空航天等领域的应用，让学生认识到科学知识对社会发展的重要性，培养学生学以致用的意识和服务社会的责任感。三、教学重三、教学重难点教学重点：自由落体运动的概念、条件和规律，学生需要深刻理解自由落体运动是初速度为零、只在重力作用下的匀加速直线运动，并熟练掌握相关公式；自由落体加速度的测量，学生要掌握测量自由落体加速度的实验方法和数据处理技巧；伽利略对自由落体运动的研究方法，包括逻辑推理、实验验证等，体会科学研究的严谨性和创新性。教学难点：理解自由落体运动的本质，即物体下落快慢与物体质量无关，突破生活中“重的物体下落快”的错误观念；掌握自由落体运动公式的推导过程，理解公式中各物理量的含义和关系，能够灵活运用公式解决实际问题；体会伽利略的科学研究方法，特别是在实验条件有限的情况下，如何通过巧妙的实验设计和合理的外推得出科学结论，培养学生的科学思维能力。四、教学四、教学过程一、导入新课生活实例引入：展示视频，苹果从树上掉落、雨滴落下、石头从高处扔下等。提问学生：“在这些物体下落的过程中，你们观察到了什么现象？它们下落的快慢一样吗？”引导学生思考并回答，从而引出本节课的主题——自由落体运动。亚里士多德与伽利略的观点之争：简单介绍亚里士多德认为物体下落的快慢是由质量决定的，即重的物体下落快，轻的物体下落慢这一观点。然后讲述伽利略通过逻辑推理对亚里士多德观点的质疑，如“大石头和小石头绑在一起，按照亚里士多德的观点会出现矛盾的结果”。引发学生的好奇心和探究欲，让他们思考到底哪种观点是正确的，进而引入对自由落体运动的深入探究。二、新课讲授自由落体运动的概念实验演示：拿出一张纸片和一个小铁球，让它们从同一高度同时释放，让学生观察它们下落的快慢。学生通常会看到铁球下落得比纸片快。接着，将纸片揉成一团，再次与铁球从同一高度同时释放，此时学生会发现两者下落的快慢差异减小。提问学生：“为什么会出现这样的现象呢？”引导学生思考空气阻力对物体下落的影响。牛顿管实验：向学生介绍牛顿管这一实验器材，管内有铁片和羽毛。先让学生观察在有空气的情况下，铁片和羽毛从同一高度释放时下落的快慢情况，明显看到铁片下落快。然后，将牛顿管中的空气抽出，再次让铁片和羽毛从同一高度释放，学生观察到它们几乎同时下落。通过这个实验，向学生引出自由落体运动的概念：物体只在重力作用下从静止开始下落的运动，叫作自由落体运动。强调自由落体运动的两个条件：只受重力和从静止开始下落。自由落体运动的性质猜想与假设：引导学生思考自由落体运动的性质，鼓励学生大胆猜想。大部分学生可能会猜想自由落体运动是匀加速直线运动。实验验证：利用打点计时器和重物进行实验。将打点计时器固定好，纸带穿过打点计时器，一端与重物相连。让重物做自由落体运动，打点计时器在纸带上打下一系列的点。通过对纸带上点的分析，测量相邻两点间的距离，计算出在不同时间段内的平均速度，进而得到瞬时速度。通过计算不同时刻的速度，发现速度随时间均匀增加，从而验证自由落体运动是匀加速直线运动。自由落体运动的规律公式推导：根据匀变速直线运动的基本公式v=v₀+at、x=v₀t+1/2at²、v²-v₀²=2ax，由于自由落体运动初速度v₀=0，加速度a=g，推导出自由落体运动的公式：v=gt、h=1/2gt²、v²=2gh。在推导过程中，详细讲解每一步的依据和原理，让学生理解公式的由来。公式含义讲解：对推导出的公式进行详细讲解，v=gt表示自由落体运动中物体的速度随时间的变化规律，速度与时间成正比；h=1/2gt²表示物体下落的高度与时间的关系，高度与时间的平方成正比；v²=2gh则反映了物体下落的速度与下落高度之间的关系。通过具体的数值例子，帮助学生理解公式中各个物理量的含义和计算方法。三、巩固练习1、一个物体做自由落体运动，下落的时间为3s，求它下落的高度是多少？（g取10m/s²）解析：根据公式h=1/2gt²，将t=3s，g=10m/s²代入公式，可得h=1/2×10×3²=45m。让学生思考：如果将物体的质量增大一倍，其他条件不变，下落的高度会改变吗？通过这个问题，强化学生对自由落体运动只与重力和时间有关，与物体质量无关的理解。2、从离地500m的空中自由落下一个小球，取g=10m/s²，求：经过多少时间落到地面？从开始落下的时刻起，在第1s内的位移、最后1s内的位移。解析：由h=1/2gt²，可得落地时间t=√(2h/g)=√(2×500/10)=10s。第1s内的位移h₁=1/2gt₁²=1/2×10×1²=5m。前9s内的位移h₉=1/2gt₉²=1/2×10×9²=405m，所以最后1s内的位移h₁₀=h-h₉=500-405=95m。引导学生思考：还有没有其他方法可以计算最后1s内的位移？鼓励学生用多种方法解题，培养他们的思维能力。3、一个物体从高处自由落下，经过最后196m所用的时间是4s，求物体下落的总高度H和总时间T是多少？（g取9.8m/s²）解析：设总时间为T，则前(T-4)s下落的高度为h₁=1/2g(T-4)²，总高度H=1/2gT²，又因为H-h₁=196，即1/2gT²-1/2g(T-4)²=196，将g=9.8m/s²代入方程，解方程可得T=7s，再代入H=1/2gT²，可得H=1/2×9.8×7²=240.1m。组织学生进行小组讨论，共同探讨解题思路和方法，然后请小组代表发言，分享他们的解题过程和遇到的问题，教师进行点评和总结。四、课堂小结知识回顾：与学生一起回顾本节课所学的主要内容，包括自由落体运动的概念、条件、性质、重力加速度以及运动规律（公式）。重点强调自由落体运动的特点和公式的应用。方法总结：总结在探究自由落体运动过程中所用到的科学研究方法，如观察实验、猜想假设、实验验证、逻辑推理等，培养学生的科学思维和探究能力。学生分享：请几位学生分享他们在本节课中的收获和体会，包括对知识的理解、对科学研究方法的认识以及在解决问题过程中的思考等。教师对学生的分享进行鼓励和点评，增强学生的学习自信心和成就感。五、五、教学反思从教学目标达成情况来看，多数学生能够理解自由落体运动的概念与条件，熟练运用公式解决基础问题，成功掌握了相关知识与技能。在过程与方法方面，通过实验探究和理论推导，学生的观察、逻辑思维以及科学探究能力得到了有效锻炼。学生对物理学科的兴趣被进一步激发，也体会到了科学研究的乐趣与艰辛，情感态度与价值观目标达成度良好。在核心素养培养上，学生构建了运动和相互作用观念，学会运用物理模型解决问题，科学思维得到提升，科学探究能力也在实验中得到锻炼。课堂上，学生表现出较高的积极性。在课程导入的小实验和讨论环节，学生们踊跃发言，展现出对知识的强烈渴望。实验探究时，小组合作有序，能认真完成操作和数据处理。但也存在一些问题，部分学生在推导公式时，对数学工具的运用不够熟练，反映出数学与物理知识融合的不足。在分析实验误差时，部分学生难以全面深入地思考，需要加强科学分析能力的培养。教学方法上，生活现象引入和小实验有效激发了学生兴趣，成功营造了积极的课堂氛围。知识讲解结合实例和推导过程，帮助学生理解抽象概念。实验探究让学生亲身体验知识的形成过程，效果显著。然而，在讲解伽利略的研究方法时，部分学生理解困难，教学方式可更加多样化，如采用