自由落体运动教学设计

自由落体运动教学设计一、教学目标1.知识与技能目标理解自由落体运动的概念，知道它是初速度为零的匀加速直线运动。掌握自由落体运动的规律，包括速度公式\(v=gt\)、位移公式\(h=\frac{1}{2}gt^{2}\)以及速度位移公式\(v^{2}=2gh\)，并能运用这些公式解决相关实际问题。了解自由落体加速度的概念，知道它的大小和方向，以及在地球上不同地方其值略有差异。2.过程与方法目标通过实验探究自由落体运动的规律，培养学生观察、分析、归纳和总结的能力。经历对自由落体运动的研究过程，体会科学研究中逻辑推理、实验验证等方法的重要性，提高学生的科学探究能力。3.情感态度与价值观目标激发学生对物理学科的兴趣，培养学生严谨的科学态度和勇于探索的精神。通过了解伽利略对自由落体运动的研究历史，体会科学发展的曲折历程，培养学生的科学素养和人文情怀。

二、教学重难点1.教学重点自由落体运动的概念和规律。理解自由落体运动是初速度为零的匀加速直线运动，并能运用相关公式解决实际问题。2.教学难点对自由落体运动条件的理解。自由落体运动规律的实验探究过程，以及如何引导学生根据实验数据得出正确结论。

三、教学方法讲授法、实验探究法、讨论法、多媒体辅助教学法

四、教学过程

（一）导入新课（5分钟）1.演示实验教师通过牛顿管演示实验，将管内空气抽出，让轻重不同的羽毛和金属片同时从同一高度下落，观察到它们几乎同时落地；再将空气放入管内，重复实验，发现羽毛下落得比金属片慢。2.设疑提问引导学生思考：为什么在有空气和没有空气的情况下，物体下落的情况会不同？物体下落的快慢到底与哪些因素有关？从而引出本节课的主题自由落体运动。

（二）新课教学（30分钟）1.自由落体运动的概念（5分钟）讲解：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。强调自由落体运动的两个条件：一是只受重力作用；二是初速度为零。举例说明：让学生举例生活中哪些物体的下落可以近似看作自由落体运动，加深对自由落体运动概念的理解。

2.自由落体运动的实验探究（15分钟）提出问题：自由落体运动是一种怎样的运动？它的速度随时间如何变化？位移随时间又如何变化？猜想假设：引导学生根据日常生活经验和已有的知识进行猜想。有的学生可能会猜想自由落体运动是匀速直线运动，有的学生可能会猜想是加速直线运动。设计实验：介绍打点计时器的工作原理和使用方法，让学生分组设计实验方案，利用打点计时器研究自由落体运动。实验装置如图所示：将打点计时器固定在铁架台上，纸带一端穿过打点计时器的限位孔，另一端系住重物，让重物靠近打点计时器，先接通电源，待打点稳定后，释放重物，打出一条纸带。

进行实验：学生分组进行实验，记录实验数据。教师巡视指导，提醒学生注意操作规范和安全。数据分析：引导学生根据纸带计算出重物在不同时刻的速度，并画出速度时间图像。通过分析图像，判断自由落体运动的性质。得出结论：学生观察图像，发现自由落体运动的速度时间图像是一条倾斜的直线，说明自由落体运动是初速度为零的匀加速直线运动。

3.自由落体加速度（5分钟）讲解：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，也叫重力加速度，通常用\(g\)表示。介绍\(g\)的大小和方向：\(g\)的大小约为\(9.8m/s^{2}\)，在粗略计算中，\(g\)可以取\(10m/s^{2}\)。\(g\)的方向竖直向下。说明\(g\)在地球上不同地方的差异：通过多媒体展示地球上不同纬度地区\(g\)值的变化情况，让学生了解\(g\)随纬度的升高而增大，在赤道处\(g\)值最小，在两极处\(g\)值最大。

4.自由落体运动的规律（5分钟）速度公式推导：根据加速度的定义\(a=\frac{\Deltav}{\Deltat}\)，对于自由落体运动\(a=g\)，\(v_{0}=0\)，可得\(v=v_{0}+at=gt\)。位移公式推导：由匀变速直线运动的位移公式\(x=v_{0}t+\frac{1}{2}at^{2}\)，将\(v_{0}=0\)，\(a=g\)代入，可得\(h=\frac{1}{2}gt^{2}\)。速度位移公式推导：由\(v=gt\)和\(h=\frac{1}{2}gt^{2}\)，消去\(t\)可得\(v^{2}=2gh\)。总结规律：教师引导学生总结自由落体运动的速度公式\(v=gt\)、位移公式\(h=\frac{1}{2}gt^{2}\)以及速度位移公式\(v^{2}=2gh\)，并强调这些公式的适用条件是自由落体运动。

（三）课堂例题讲解（10分钟）1.例1：一个物体从\(19.6m\)高的地方自由下落，求它到达地面时的速度和下落的时间。分析：已知物体下落的高度\(h=19.6m\)，初速度\(v_{0}=0\)，加速度\(a=g=9.8m/s^{2}\)，根据自由落体运动的速度位移公式\(v^{2}=2gh\)可求出到达地面时的速度\(v\)，再根据速度公式\(v=gt\)可求出下落的时间\(t\)。解答：由\(v^{2}=2gh\)可得：\(v=\sqrt{2gh}=\sqrt{2\times9.8\times19.6}=19.6m/s\)由\(v=gt\)可得：\(t=\frac{v}{g}=\frac{19.6}{9.8}=2s\)总结：引导学生回顾解题思路，强调在运用公式时要注意公式的适用条件和各物理量的对应关系。

2.例2：从某一高塔自由落下一石子，落地前最后一秒下落的高度为塔高的\(\frac{7}{16}\)，求塔高。分析：设塔高为\(h\)，石子下落的总时间为\(t\)，根据自由落体运动的位移公式\(h=\frac{1}{2}gt^{2}\)，可列出关于\(h\)和\(t\)的方程。又因为落地前最后一秒下落的高度为塔高的\(\frac{7}{16}\)，所以可以得到另一个关于\(h\)和\(t\)的方程，联立求解即可。解答：设塔高为\(h\)，石子下落的总时间为\(t\)，则有：\(h=\frac{1}{2}gt^{2}\)落地前\((t1)s\)下落的高度为：\(h_{1}=\frac{1}{2}g(t1)^{2}\)已知落地前最后一秒下落的高度为塔高的\(\frac{7}{16}\)，则有：\(hh_{1}=\frac{7}{16}h\)将\(h=\frac{1}{2}gt^{2}\)和\(h_{1}=\frac{1}{2}g(t1)^{2}\)代入\(hh_{1}=\frac{7}{16}h\)中，可得：\(\frac{1}{2}gt^{2}\frac{1}{2}g(t1)^{2}=\frac{7}{16}\times\frac{1}{2}gt^{2}\)化简得：\(16t^{2}16(t1)^{2}=7t^{2}\)\(16t^{2}16(t^{2}2t+1)=7t^{2}\)\(16t^{2}16t^{2}+32t16=7t^{2}\)\(7t^{2}32t+16=0\)解得\(t=4s\)或\(t=\frac{4}{7}s\)（舍去）将\(t=4s\)代入\(h=\frac{1}{2}gt^{2}\)中，可得：\(h=\frac{1}{2}\times9.8\times4^{2}=78.4m\)总结：通过这道例题，培养学生运用自由落体运动规律解决实际问题的能力，以及分析问题和列方程求解的能力。

（四）课堂小结（5分钟）1.学生回顾引导学生回顾本节课所学内容，包括自由落体运动的概念、实验探究过程、自由落体加速度、自由落体运动的规律以及相关例题的解法。2.教师总结教师对学生的回顾进行补充和完善，强调本节课的重点知识和难点问题，再次明确自由落体运动的概念和规律，以及实验探究中所运用的科学方法。

（五）课堂练习（5分钟）1.布置练习一物体从\(20m\)高处自由下落，求下落时间和落地速度。一个物体自由下落\(6s\)，它下落的高度是多少？在下落的最后\(2s\)内下落的高度是多少？2.学生练习学生在课堂上完成练习，教师巡视指导，及时发现学生存在的问题并给予帮助。3.练习讲解对学生的练习情况进行点评，讲解练习中出现的共性问题，强化学生对自由落体运动规律的理解和运用。

（六）课后作业（5分钟）1.布置作业教材课后练习题第1、2、3题。查阅资料，了解伽利略对自由落体运动的研究过程，写一篇简短的心得体会。2.作业要求认真完成书面作业，书写规范，步骤完整。心得体会要结合本节课所学内容，谈谈自己对科学研究方法的认识和体会。

五、教学反思通过本节课的教学，学生对自由落体运动的概念、规律以及实验探究过程有了较为深入的理解和掌握。在教学过程中，采用实验探究法让学生亲身体验科学探究的过程，培养了学生的观察能力、分析能力和归纳总结能力。同时，通过课堂例题讲解和课堂练习，及时巩固了学生所学知识，提高了学生运用自由落体运动规律解决实际问题的能力。

然而，在教学过程中也发现了一些不足之处。例如，在实验探究环节，部分学生