高中物理必修1《勻變速運動例項——自由落體運動》教學設計

　　教學內容為魯科版《普通高中課程標準實驗教科書·物理必修1》（20xx年8月第3版）第三章第3節（第46頁至第53頁）。它是在學習“勻變速直線運動規律”之後編排的，是勻變速直線運動的特例。透過對自由落體運動的研究，使學生既瞭解一種具體的運動，又鞏固勻變速運動規律，也加強了課本知識與實際生活的聯絡；透過研究物理問題的基本思路和科學方法的學習，為今後研究“豎直上拋運動”和“平拋物體的運動”打下良好的基礎。本課利用閃光照片來研究物體運動的方法，也將在後續課程中應用。因此，本節課是本章知識的複習課，是培養學生思維的研究課，是聯絡生活的應用課，也是後繼學習的知識準備課。

　　本節教材有四個知識點。即：A．影響物體下落快慢的因素；B．自由落體運動的定義、性質及特點；C．自由落體運動的加速度g；D．自由落體運動的規律。

　　各知識點是按知識的形成過程有機結合的。即：從對落體運動表象的觀察，到深層的分析和研究，由淺入深、由表及裡逐一展開。具體說：先觀察軌跡，再判斷運動快慢，進而分析運動的性質，確定運動加速度，最後明確運動規律。本節教材這樣編寫符合教育家贊科夫提出的“使學生理解學習過程”的原則，因此，在課堂教學過程中有必要遵循教材編寫意圖，按知識的形成過程進行教學。

　　學生學習情況分析

　　1、學生由於受日常經驗的影響，對物體的下落運動普遍存在重快輕慢的錯誤認識。本節課擬透過學生之間的辯論，使學生明確認識到：日常見到的現象是因為受空氣阻力的影響的緣故，從而有效地消除學生的從生活中得來的錯誤觀念，培養學生透過現象看到本質的辯證唯物主義認識觀。

　　2、學生已學過“勻變速直線運動規律”的運動學知識，具備了一定的學習基礎，透過DIS感測器直觀真實地得出自由落體運動的速度影象後，由學生根據以前學過的影象規律自行總結出自由落體運動的特點，利用“牛頓管實驗”中鐵片和羽毛同時落到底部的實驗現象引導學生根據已學知識推匯出同一地點不同物體自由下落的加速度是相同的，得出自由落體加速度的概念，然後結合勻變速直線運動規律“水到渠成”地推匯出自由落體運動的規律。

　　設計思想教學過程的最佳化設計關係到課堂教學的質量，教學目標的實驗、教學任務的完成都要透過教學過程來實施。本節課的主要教學思路如下：A．由一則生活引入新課，明確課題；透過一個小的演示實驗研究物體下落的運動；B．透過“辯論賽”的方式探究影響物體下落快慢的因素，然後抓住主要因素，忽略次要因素，建立理想化過程，得出自由落體運動的概念；C．利用DIS感測器定量分析，得出自由落體運動的性質和特點。利用牛頓管實驗理論推匯出同一地點不同物體的自由落體加速度是相同的；D．用前面學過的勻變速直線運動的規律及自由落體運動的特點總結出自由落體運動的規律（公式）；E．在“迷人小實驗”中，利用總結出的公式計算出一般人的反應時間，與引入遙相呼應，進行情感態度價值觀的教育。

　　教學目標

　　1、知識與技能：理解自由落體運動的實質及相關概念，掌握自由落體運動的規律。

　　2、過程與方法：透過演示實驗讓學生從觀察實驗中分析歸納出自由落體運動的特點，培養學生將形象思維轉化為抽象思維的能力，歸納概括出物理概念和物理規律的能力。

　　3、情感態度價值觀：

　　（1）透過實驗、觀察、推理、歸納等科學知識和方法，培養學生透過現象看本質的認識觀；

　　（2）透過對自由落體運動的學習，培養學生多層次考慮問題的辯證唯物主義思想；

　　（3）透過多媒體技術的應用激發學生的學習興趣，培養學生追求科學真理的學習品質。

　　（4）讓學生感受到物理與科學和社會、生活的聯絡，感受到科學的現實性。使學生產生強烈的求知慾，樂於探索自然現象和日常生活中的物理學道理，初步領略科學的美妙與和諧，體驗解決問題時的喜悅。培養學生合作意識與協作精神。

　　教學重點和難點

　　重點：

　　認識自由落體運動是初速度為零、加速度為 g的勻變速直線運動，並能應用勻變速直線運動的規律解決自由落體運動的問題．

　　難點：

　　（1）物體下落的快慢與物體所受重力大小無直接關係。

　　（2）同一地點自由落體運動中不同物體下落的加速度都為g。

　　教學過程設計

　　一、引入新課

　　同學們，在講新課之前，老師先給大家講一則生活見聞。老師有一次在街上看見一個江湖騙子在行騙，現在我將他的騙術再現一下：

　　這是一張百元鈔票，我捏住它的頂端，你用兩個手指放在鈔票的中部做好捏住鈔票的準備，但注意在我鬆手之前你手的任何部分都不能碰到鈔票，當看到我鬆手時，你就立刻去捏鈔票。

　　騙子說：“如果你能捏得住，百元鈔票歸你，如果捏不住，你只需給我五元錢”。

　　現在請三位反應敏捷的同學上臺來試試，看能否捏得住鈔票。

　　事實證明，絕大多數人都捏不到鈔票而被騙。要戳穿騙子的騙局，揭示其中的科學道理，學習完本節內容就知道了。

　　二、新課教學

　　[板書：第3節勻變速直線運動例項——自由落體運動]

　　師：現在我們來研究掛在細線下靜止的小球，小球受哪些力的作用？

　　生：重力和拉力

　　師：如果把線剪斷，小球下落後受什麼力作用？

　　生：重力和空氣阻力（較小）

　　師：那麼，小球將在什麼方向上運動？

　　生：沿豎直方向下落

　　演示：用火將繩子剪斷，小球下落。

　　這就是我們常見的物體自由下落的現象。將輕重不同的物體從同一高度同時靜止釋放，快慢相同嗎？（同學們七嘴八舌，主要有兩種看法：重的物體下落快、重的物體不一定下落快。）

　　[板書：一、科學探究1——輕重物體下落快慢相同嗎？]

　　師：贊成重的物體下落快的同學請舉手，贊成重的物體下落不一定快的同學請舉手。究竟哪種說法正確呢？現在我們來舉行一次小小的辯論賽吧。請剛才舉手的同學們各選出三名代表，坐到講臺的兩側來。

　　坐在講臺左側的代表隊為正方，他們的觀點是：重的物體下落快。坐在講臺右側的代表隊為反方，他們的觀點是：重的物體下落不一定快。每隊的桌面上放有硬幣一枚、相同紙片兩張、相同體積的鐵球和鋁球各一個。現在各隊先討論5分鐘，可以利用桌面的器材設計實驗來論證本方的觀點。

　　正方甲生：同學們請看，將硬幣與紙片同時由同一高度靜止釋放，硬幣比紙片下落得快，說明重的物體下落快。（鼓掌）

　　反方乙生：將紙片捏成團，然後與硬幣同時由同一高度靜止釋放，兩者幾乎同時落到桌面上。說明重的物體下落不一定快。（鼓掌）

　　正方丙生：你們怎麼證明是同時到達呢？根本看不清楚，硬幣肯定會更快到達桌面的，只是太快了，我們眼睛區分不出來。

　　反方丁生：將鐵球和鋁球同時由同一高度靜止釋放，大家認真聽聽，落到桌面時，聲音只有一個（演示），說明兩球是同時落到桌面的，也即快慢一樣。

　　正方丙生：落到桌面的聲音並不清脆，有些混濁，也許是兩個時間間隔太短了，我們的耳朵區分不出來。

　　反方戊生：我們假設“較重的.鐵球下落得快”是正確的，那麼將鐵球和鋁球用線連在一起下落，跟鐵球單獨下落相比，誰下落得快？按正方觀點連在一起的兩球比鐵球重，應該比鐵球下落得快。但是鐵球和鋁球連在一起後，下落得慢的鋁球要對下落得快的鐵球起阻礙作用，所以兩球連在一起時，應該比單獨的鐵球下落得慢。由正方觀點推出了自相矛盾的兩個結論，所以說，正方觀點在邏輯上是站不住腳的，是錯誤的。（熱烈鼓掌）

　　正方同學面面相覷，啞口無言。

　　師：在剛才的激烈辯論中，正反雙方同學都能開動腦筋、積極思考，充分利用了桌面上的器材來論證已方的觀點，特別是反方戊生在實驗觀察效果不夠明顯的情況下，能利用我國古代“以子之矛攻子之盾”的邏輯思想，推翻了正方的觀點，更是值得稱讚的。現在我宣佈反方同學獲勝。（鼓掌）

　　師：重的物體不一定比輕的物體下落得快。那麼，物體自由下落快慢到底受什麼因素影響呢？為什麼紙片捏成團後，重量未變，但下落得快呢？

　　生：因為物體自由下落時，物體除了受重力作用以外，還受到空氣阻力的影響，紙片捏成團後，重力作用不變，而空氣阻力的影響變小，所以下落得快。

　　師：如果沒有空氣阻力作用的話，物體自由下落得情況會怎樣呢？我們透過實驗來觀察這一情況。

　　演示：牛頓管實驗。

　　師：輕重不同的羽毛和金屬片在沒有空氣的空間自由下落，它們不受空氣阻力作用，下落快慢相同；若在有空氣的空間下落，它們受到空氣阻力作用時，下落快慢就不相同了。綜合上述實驗，得出結論：

　　[板書：若無空氣阻力作用，不同物體自由下落運動快慢相同。]

　　師：物理學中，把物體只在重力作用下，從靜止開始下落的運動叫做自由落體運動。而在日常生活中，物體下落不可能不受空氣阻力作用，如果空氣阻力相對於重力而言很小可忽略不計的話，物體由靜止下落的運動就可看成是自由落體運動，例如：鐵片與金屬小球從靜止開始下落的運動等等。所以自由落體運動是一個理想化過程。透過理想化突出主要因素，忽略次要因素，從而使問題簡單化，這是物理學中常用到的一種研究問題的科學方法。

　　我們可以看到自由落體運動的物體速度越來越大，是作勻加速運動嗎？

　　[板書：二、科學探究2：自由落體運動的特點]

　　師：我們曾用什麼方法研究並判斷勻變速直線運動呢？

　　生：當相鄰且相等時間內的位移之差Δs為定值時，小球作勻加速直線運動，且有

　　Δs=aT2。

　　師：留跡法是研究物理規律的重要方法。例如頻閃照片、紙帶等。

　　課本第47頁的圖3—26是小球做自由落體運動的頻閃照片。限於時間關係，請大家在課後由該圖片上的資料判斷自由落體運動的性質並計算其加速度。

　　現在我們用一臺較為先進的儀器——DIS感測器來研究自由落體運動的性質。

　　將重物和速度感測器連在一起自由下落，透過電腦直接在大螢幕上顯示出其速度——時間影象。影象有什麼特點，由影象可以得到哪些結論呢？

　　生：自由落體運動的速度影象為一條過原點的傾斜直線，說明了自由落體運動是初速度為零的勻加速直線運動。

　　[板書：1、自由落體運動是初速度為零的勻加速直線運動。]

　　師：在同一地點將兩個不同的物體靜止釋放，不計空氣阻力，它們運動的加速度相同嗎？大家可以根據剛才我們做過的牛頓管實驗中羽毛和鐵片的運動情況進行理論推導。請一位同學上臺演板。

　　學生演板：

　　即不同物體自由下落的加速度是相同的。

　　師：在同一地點，一切物體在自由落體運動中的加速度都相同，這個加速度叫做自由落體加速度，又叫重力加速度，通常用g來表示。

　　[板書：2、自由落體運動的加速度a=g，方向豎直向下。]

　　師：請同學們閱讀課本第48頁的資訊窗。由資訊窗可以獲取哪些資訊呢？

　　生：不同緯度重力加速度的值不同，緯度越高，重力加速度值越小。

　　師：很好，請坐。重力加速度的值不僅跟緯度有關，還跟高度等因素有關，這將在我們以後的學習中繼續學習。自由落體運動是v0=0，a=g的勻加度直線運動，我們能否利用以前學過的勻變速運動的公式推匯出自由落體運動的公式呢？

　　生：能。

　　由

　　師：很好。式中的s我們也常用h來替代。

　　[板書：三、自由落體運動公式 ]

　　師：請大家根據課本第49頁“迷你實驗室”中提示的方法，兩人一組，互測對方的反應時間。（下臺詢問）絕大多數同學的反應時間在0.15—0.18s之間，而百元鈔票長為15.6cm，一半長7.8cm，將h=7.8cm代入公式可得t=0.13s，可惡的騙子就是利用這0.02—0.04s的差距騙取人民的錢財的。希望大家透過本課的學習能夠理解“佔小便宜吃大虧”、“天上不會掉餡餅”的人生哲理。

　　師：0.02s讓騙子的詭計得逞；0.02s楊利偉叔叔駕駛“神州五號”繞地球運行了約158m；雅典奧運會百米決賽賽場上蓋特林9秒85，奧比科維魯9秒86，格林9秒87。他們都只相差了0.01s，這是怎樣的差距？是從“金牌”到“銀牌”到“銅牌”的巨大落差，更是近在眼前卻難以逾越的無奈……。時間對於每個人來說都是寶貴的，同學們要珍惜屬於自己的分分秒秒，努力學習、快樂生活，將來成為一個對社會有貢獻的人。

　　課堂小結（1）我們運用了物理學中的理想化方法，從最簡單、最基本的情況入手，抓住影響運動的主要因素，去掉次要的非本質因素的干擾，建立了理想化的物理過程——自由落體運動，理想化是研究物理問題常用的方法之一，在後面的學習中我們還要用到。

　　（2）透過分析處理實驗資料，推出了自由落體加速度的概念，結合勻變速直線運動的規律推匯出自由落體的運動規律，

　　（3）同學們要學會研究問題的方法而不僅僅是知識本身，知識的結論當然重要，但更重要的是如何獲取知識和處理知識。

　　佈置作業：

　　1、利用課本第47頁的圖3—26上的資料判斷自由落體運動的性質並計算其加速度。

　　2、閱讀課本第50頁至52頁，完成第53頁練習5、6。

　　3、查閱資料，瞭解重力加速度的測量有什麼實際意義。

　　4、由實驗測出的重力加速度的值比當地實際的重力加速度的值小，試分析誤差來源。如何改進實驗可以減少誤差？

　　教學小結與反思

　　1、由一則生活見聞引出課題，較好地集中了學生的注意力，激發了學生強烈的求知慾，有效地調動了課堂氣氛。

　　2、透過實驗演示，激發學生的好奇心，培養學生的學習興趣，用火燒斷懸線，可避免剪刀剪斷懸線時對懸線橫切的不利影響，確保小球開始下落時初速為零。

　　3、透過“辯論賽”，引導學生動手、動腦、動嘴，自行設計實驗探究物理規律，很好地培養了學生團結協作、自主學習、勇於探索創新的精神，較好地訓練了學生的語言表達能力，讓學生充分體驗到了成功的喜悅。也使學生了解突出主要因素，忽略次要因素的哲學思想，逐步幫助學生樹立起辯證唯物主義的認識論。