高中物理必修1《匀变速运动实例——自由落体运动》教学设计

时间：2023-08-26 13:14:20 文/秦风学老师教学设计学文网www.xuewenya.com

　　教学内容为鲁科版《普通高中课程标准实验教科书·物理必修1》（20xx年8月第3版）第三章第3节（第46页至第53页）。它是在学习“匀变速直线运动规律”之后编排的，是匀变速直线运动的特例。通过对自由落体运动的研究，使学生既了解一种具体的运动，又巩固匀变速运动规律，也加强了课本知识与实际生活的联系；通过研究物理问题的基本思路和科学方法的学习，为今后研究“竖直上抛运动”和“平抛物体的运动”打下良好的基础。本课利用闪光照片来研究物体运动的方法，也将在后续课程中应用。因此，本节课是本章知识的复习课，是培养学生思维的研究课，是联系生活的应用课，也是后继学习的知识准备课。

　　本节教材有四个知识点。即：A．影响物体下落快慢的因素；B．自由落体运动的定义、性质及特点；C．自由落体运动的加速度g；D．自由落体运动的规律。

　　各知识点是按知识的形成过程有机结合的。即：从对落体运动表象的观察，到深层的分析和研究，由浅入深、由表及里逐一展开。具体说：先观察轨迹，再判断运动快慢，进而分析运动的性质，确定运动加速度，最后明确运动规律。本节教材这样编写符合教育家赞科夫提出的“使学生理解学习过程”的原则，因此，在课堂教学过程中有必要遵循教材编写意图，按知识的形成过程进行教学。

　　学生学习情况分析

　　1、学生由于受日常经验的影响，对物体的下落运动普遍存在重快轻慢的错误认识。本节课拟通过学生之间的辩论，使学生明确认识到：日常见到的现象是因为受空气阻力的影响的缘故，从而有效地消除学生的从生活中得来的错误观念，培养学生透过现象看到本质的辩证唯物主义认识观。

　　2、学生已学过“匀变速直线运动规律”的运动学知识，具备了一定的学习基础，通过DIS传感器直观真实地得出自由落体运动的速度图像后，由学生根据以前学过的图像规律自行总结出自由落体运动的特点，利用“牛顿管实验”中铁片和羽毛同时落到底部的实验现象引导学生根据已学知识推导出同一地点不同物体自由下落的加速度是相同的，得出自由落体加速度的概念，然后结合匀变速直线运动规律“水到渠成”地推导出自由落体运动的规律。

　　设计思想教学过程的优化设计关系到课堂教学的质量，教学目标的实验、教学任务的完成都要通过教学过程来实施。本节课的主要教学思路如下：A．由一则生活引入新课，明确课题；通过一个小的演示实验研究物体下落的运动；B．通过“辩论赛”的方式探究影响物体下落快慢的因素，然后抓住主要因素，忽略次要因素，建立理想化过程，得出自由落体运动的概念；C．利用DIS传感器定量分析，得出自由落体运动的性质和特点。利用牛顿管实验理论推导出同一地点不同物体的自由落体加速度是相同的；D．用前面学过的匀变速直线运动的规律及自由落体运动的特点总结出自由落体运动的规律（公式）；E．在“迷人小实验”中，利用总结出的公式计算出一般人的反应时间，与引入遥相呼应，进行情感态度价值观的教育。

　　教学目标

　　1、知识与技能：理解自由落体运动的实质及相关概念，掌握自由落体运动的规律。

　　2、过程与方法：通过演示实验让学生从观察实验中分析归纳出自由落体运动的特点，培养学生将形象思维转化为抽象思维的能力，归纳概括出物理概念和物理规律的能力。

　　3、情感态度价值观：

　　（1）通过实验、观察、推理、归纳等科学知识和方法，培养学生透过现象看本质的认识观；

　　（2）通过对自由落体运动的学习，培养学生多层次考虑问题的辩证唯物主义思想；

　　（3）通过多媒体技术的应用激发学生的学习兴趣，培养学生追求科学真理的学习品质。

　　（4）让学生感受到物理与科学和社会、生活的联系，感受到科学的现实性。使学生产生强烈的求知欲，乐于探索自然现象和日常生活中的物理学道理，初步领略科学的美妙与和谐，体验解决问题时的喜悦。培养学生合作意识与协作精神。

　　教学重点和难点

　　重点：

　　认识自由落体运动是初速度为零、加速度为 g的匀变速直线运动，并能应用匀变速直线运动的规律解决自由落体运动的问题．

　　难点：

　　（1）物体下落的快慢与物体所受重力大小无直接关系。

　　（2）同一地点自由落体运动中不同物体下落的加速度都为g。

　　教学过程设计

　　一、引入新课

　　同学们，在讲新课之前，老师先给大家讲一则生活见闻。老师有一次在街上看见一个江湖骗子在行骗，现在我将他的骗术再现一下：

　　这是一张百元钞票，我捏住它的顶端，你用两个手指放在钞票的中部做好捏住钞票的准备，但注意在我松手之前你手的任何部分都不能碰到钞票，当看到我松手时，你就立刻去捏钞票。

　　骗子说：“如果你能捏得住，百元钞票归你，如果捏不住，你只需给我五元钱”。

　　现在请三位反应敏捷的同学上台来试试，看能否捏得住钞票。

　　事实证明，绝大多数人都捏不到钞票而被骗。要戳穿骗子的骗局，揭示其中的科学道理，学习完本节内容就知道了。

　　二、新课教学

　　[板书：第3节匀变速直线运动实例——自由落体运动]

　　师：现在我们来研究挂在细线下静止的小球，小球受哪些力的作用？

　　生：重力和拉力

　　师：如果把线剪断，小球下落后受什么力作用？

　　生：重力和空气阻力（较小）

　　师：那么，小球将在什么方向上运动？

　　生：沿竖直方向下落

　　演示：用火将绳子剪断，小球下落。

　　这就是我们常见的物体自由下落的现象。将轻重不同的物体从同一高度同时静止释放，快慢相同吗？（同学们七嘴八舌，主要有两种看法：重的物体下落快、重的物体不一定下落快。）

　　[板书：一、科学探究1——轻重物体下落快慢相同吗？]

　　师：赞成重的物体下落快的同学请举手，赞成重的物体下落不一定快的同学请举手。究竟哪种说法正确呢？现在我们来举行一次小小的辩论赛吧。请刚才举手的同学们各选出三名代表，坐到讲台的两侧来。

　　坐在讲台左侧的代表队为正方，他们的观点是：重的物体下落快。坐在讲台右侧的代表队为反方，他们的观点是：重的物体下落不一定快。每队的桌面上放有硬币一枚、相同纸片两张、相同体积的铁球和铝球各一个。现在各队先讨论5分钟，可以利用桌面的器材设计实验来论证本方的观点。

　　正方甲生：同学们请看，将硬币与纸片同时由同一高度静止释放，硬币比纸片下落得快，说明重的物体下落快。（鼓掌）

　　反方乙生：将纸片捏成团，然后与硬币同时由同一高度静止释放，两者几乎同时落到桌面上。说明重的物体下落不一定快。（鼓掌）

　　正方丙生：你们怎么证明是同时到达呢？根本看不清楚，硬币肯定会更快到达桌面的，只是太快了，我们眼睛区分不出来。

　　反方丁生：将铁球和铝球同时由同一高度静止释放，大家认真听听，落到桌面时，声音只有一个（演示），说明两球是同时落到桌面的，也即快慢一样。

　　正方丙生：落到桌面的声音并不清脆，有些混浊，也许是两个时间间隔太短了，我们的耳朵区分不出来。

　　反方戊生：我们假设“较重的铁球下落得快”是正确的，那么将铁球和铝球用线连在一起下落，跟铁球单独下落相比，谁下落得快？按正方观点连在一起的两球比铁球重，应该比铁球下落得快。但是铁球和铝球连在一起后，下落得慢的铝球要对下落得快的铁球起阻碍作用，所以两球连在一起时，应该比单独的铁球下落得慢。由正方观点推出了自相矛盾的`两个结论，所以说，正方观点在逻辑上是站不住脚的，是错误的。（热烈鼓掌）

　　正方同学面面相觑，哑口无言。

　　师：在刚才的激烈辩论中，正反双方同学都能开动脑筋、积极思考，充分利用了桌面上的器材来论证已方的观点，特别是反方戊生在实验观察效果不够明显的情况下，能利用我国古代“以子之矛攻子之盾”的逻辑思想，推翻了正方的观点，更是值得称赞的。现在我宣布反方同学获胜。（鼓掌）

　　师：重的物体不一定比轻的物体下落得快。那么，物体自由下落快慢到底受什么因素影响呢？为什么纸片捏成团后，重量未变，但下落得快呢？

　　生：因为物体自由下落时，物体除了受重力作用以外，还受到空气阻力的影响，纸片捏成团后，重力作用不变，而空气阻力的影响变小，所以下落得快。

　　师：如果没有空气阻力作用的话，物体自由下落得情况会怎样呢？我们通过实验来观察这一情况。

　　演示：牛顿管实验。

　　师：轻重不同的羽毛和金属片在没有空气的空间自由下落，它们不受空气阻力作用，下落快慢相同；若在有空气的空间下落，它们受到空气阻力作用时，下落快慢就不相同了。综合上述实验，得出结论：

　　[板书：若无空气阻力作用，不同物体自由下落运动快慢相同。]

　　师：物理学中，把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。而在日常生活中，物体下落不可能不受空气阻力作用，如果空气阻力相对于重力而言很小可忽略不计的话，物体由静止下落的运动就可看成是自由落体运动，例如：铁片与金属小球从静止开始下落的运动等等。所以自由落体运动是一个理想化过程。通过理想化突出主要因素，忽略次要因素，从而使问题简单化，这是物理学中常用到的一种研究问题的科学方法。

　　我们可以看到自由落体运动的物体速度越来越大，是作匀加速运动吗？

　　[板书：二、科学探究2：自由落体运动的特点]

　　师：我们曾用什么方法研究并判断匀变速直线运动呢？

　　生：当相邻且相等时间内的位移之差Δs为定值时，小球作匀加速直线运动，且有

　　Δs=aT2。

　　师：留迹法是研究物理规律的重要方法。例如频闪照片、纸带等。

　　课本第47页的图3—26是小球做自由落体运动的频闪照片。限于时间关系，请大家在课后由该图片上的数据判断自由落体运动的性质并计算其加速度。

　　现在我们用一台较为先进的仪器——DIS传感器来研究自由落体运动的性质。

　　将重物和速度传感器连在一起自由下落，通过电脑直接在大屏幕上显示出其速度——时间图像。图像有什么特点，由图像可以得到哪些结论呢？

　　生：自由落体运动的速度图像为一条过原点的倾斜直线，说明了自由落体运动是初速度为零的匀加速直线运动。

　　[板书：1、自由落体运动是初速度为零的匀加速直线运动。]

　　师：在同一地点将两个不同的物体静止释放，不计空气阻力，它们运动的加速度相同吗？大家可以根据刚才我们做过的牛顿管实验中羽毛和铁片的运动情况进行理论推导。请一位同学上台演板。

　　学生演板：

　　即不同物体自由下落的加速度是相同的。

　　师：在同一地点，一切物体在自由落体运动中的加速度都相同，这个加速度叫做自由落体加速度，又叫重力加速度，通常用g来表示。

　　[板书：2、自由落体运动的加速度a=g，方向竖直向下。]

　　师：请同学们阅读课本第48页的信息窗。由信息窗可以获取哪些信息呢？

　　生：不同纬度重力加速度的值不同，纬度越高，重力加速度值越小。

　　师：很好，请坐。重力加速度的值不仅跟纬度有关，还跟高度等因素有关，这将在我们以后的学习中继续学习。自由落体运动是v0=0，a=g的匀加度直线运动，我们能否利用以前学过的匀变速运动的公式推导出自由落体运动的公式呢？

　　生：能。

　　由

　　师：很好。式中的s我们也常用h来替代。

　　[板书：三、自由落体运动公式 ]

　　师：请大家根据课本第49页“迷你实验室”中提示的方法，两人一组，互测对方的反应时间。（下台询问）绝大多数同学的反应时间在0.15—0.18s之间，而百元钞票长为15.6cm，一半长7.8cm，将h=7.8cm代入公式可得t=0.13s，可恶的骗子就是利用这0.02—0.04s的差距骗取人民的钱财的。希望大家通过本课的学习能够理解“占小便宜吃大亏”、“天上不会掉馅饼”的人生哲理。

　　师：0.02s让骗子的诡计得逞；0.02s杨利伟叔叔驾驶“神州五号”绕地球运行了约158m；雅典奥运会百米决赛赛场上盖特林9秒85，奥比科维鲁9秒86，格林9秒87。他们都只相差了0.01s，这是怎样的差距？是从“金牌”到“银牌”到“铜牌”的巨大落差，更是近在眼前却难以逾越的无奈……。时间对于每个人来说都是宝贵的，同学们要珍惜属于自己的分分秒秒，努力学习、快乐生活，将来成为一个对社会有贡献的人。

　　课堂小结（1）我们运用了物理学中的理想化方法，从最简单、最基本的情况入手，抓住影响运动的主要因素，去掉次要的非本质因素的干扰，建立了理想化的物理过程——自由落体运动，理想化是研究物理问题常用的方法之一，在后面的学习中我们还要用到。

　　（2）通过分析处理实验数据，推出了自由落体加速度的概念，结合匀变速直线运动的规律推导出自由落体的运动规律，

　　（3）同学们要学会研究问题的方法而不仅仅是知识本身，知识的结论当然重要，但更重要的是如何获取知识和处理知识。

　　布置作业：

　　1、利用课本第47页的图3—26上的数据判断自由落体运动的性质并计算其加速度。

　　2、阅读课本第50页至52页，完成第53页练习5、6。

　　3、查阅资料，了解重力加速度的测量有什么实际意义。

　　4、由实验测出的重力加速度的值比当地实际的重力加速度的值小，试分析误差来源。如何改进实验可以减少误差？

　　教学小结与反思

　　1、由一则生活见闻引出课题，较好地集中了学生的注意力，激发了学生强烈的求知欲，有效地调动了课堂气氛。

　　2、通过实验演示，激发学生的好奇心，培养学生的学习兴趣，用火烧断悬线，可避免剪刀剪断悬线时对悬线横切的不利影响，确保小球开始下落时初速为零。

　　3、通过“辩论赛”，引导学生动手、动脑、动嘴，自行设计实验探究物理规律，很好地培养了学生团结协作、自主学习、勇于探索创新的精神，较好地训练了学生的语言表达能力，让学生充分体验到了成功的喜悦。也使学生了解突出主要因素，忽略次要因素的哲学思想，逐步帮助学生树立起辩证唯物主义的认识论。