资源简介

§2.4《自由落体运动》
课程标准研究：
《普通高中物理课程标准(2017)》要求“通过实验，认识自由落体运动规律。结合物理学史的相关内容，认识物理实验与科学推理在物理学研究中的作用”。自由落体运动是在没有空气阻力时物体的下落运动，自由落体运动是加速度为g的匀加速直线运动。这两个结论都需要通过实验获得认识。学生应该通过了解伽利略对自由落体运动的贡献，认识物理实验与科学推理在物理学研究中的作用，培养学生科学推理能力。本模块对匀变速直线运动进行了全面的研究，旨在从物理概念，物理实验，物理模型，物理图像，数学规律，思维方法等各方面提升学生对质点运动的认识，为进一步对其他运动形式（如平抛运动，圆周运动，简谐运动等）的研究，奠定良好的基础，让学生形成“物理观念”。而课标里提到了通过实验，所以在教学中要引导学生猜想和设计实验去探究自由落体运动规律；同时，在各种实际情景中融入爱国情怀，呼吁学生关注身边的家国时事，培养学生的“科学态度与责任”。
2.教材研究：
相同点：
两本教材都举出了亚力士多德的错误观点。两本教材都用到了牛顿管实验来证明在真空条件下，一切物体的下落快慢是相同的，进而引出自由落体运动的定义。两本教材都在拓展对伽利略的生平做了简介。两本教材都举出一些地区不同的重力加速度值。两本教材都有伽利略对自由落体运动规律探究的介绍。
不同点：
(1)教科版从生活中的情景入手引出亚里士多德“物体越重下落得越快”的观点，然后以一个比较实验推翻亚力士多德的错误观点；人教版直接先提出问题“让两个轻重不同的物体从同一高度同时落下，哪个物体下落的快？”然后结合生活实际引出亚里士多德的观点，通过演示实验观察并回答该问题。
（上：教科版物理必修一第一章第七节）
（下：人教版物理必修一第二章第四节）
(2)教科版给出自由落体运动的规律是用到了伽利略对自由落体运动规律的探究再进一步用理论进行推导得出自由落体运动速度和时间以及位移和时间的关系式，说明了自由落体运动是初速度为零，加速度恒定的匀加速直线运动，而人教版给出自由落体运动的规律是用到打点计时器实验直接得出自由落体运动是初速度为零的匀加速直线运动，然后再将匀加速直线运动基本公式和推论直接用于自由落体运动得到自由落体运动的速度和时间以及位移和时间的关系式。
(3)教科版是先给出了自由落体运动的规律然后再给出了自由落体加速度相关概念，人教版是先给出了自由落体加速度相关概念再给出了自由落体运动的规律。教科版是直接说通过实验可以测定重力加速度而没有具体操作，而人教版是通过手机以及打点计时器进行实验测出自由落体加速度的大小。
（上：教科版物理必修一第一章第七节）
（下：人教版物理必修一第二章第四节）
（4）人教版在科学漫步和STSE板块对伽利略的自由落体运动探究进行了详细的介绍，在STSE板块体现了从物理走向社会的思想。教科版对该内容直接放入了学习内容中。
（上：人教版物理必修一第二章第四节）
（下：教科版物理必修一第一章第七节）
3.教学目标：
核心素养 具体描述
物理观念 知道自由落体及自由落体加速度的概念，理解其运动规律 应用自由落体运动的特点和规律解决实际问题
科学思维 通过分析，归纳出自由落体运动的速度、位移公式，培养分析、推理、综合的能力 掌握自由落体运动的规律，并能分析推理解决相关的物理问题，理解其属于理想化模型
科学探究 体验近代物理学家对自由落体的探究，能用小实验探究规律，学会交流与合作，认识实验的科学作用 通过观察演示实验，概括出自由落体运动的特点，通过实验探究自由落体运动加速度的大小
科学态度与责任 通过对科学进步与发展的探索，体会实事求是的严谨的科学态度，体会科学研究方法的价值 培养仔细观察、认真思考、积极参与、勇于探索的精神
4.教学重点和难点:
重点：1、自由落体运动的概念及探究自由落体运动的过程。
2、掌握自由落体运动的规律，并能运用其解决实际问题。
难点：1、理解并运用自由落体运动的条件及规律解决实际问题。
2、自由落体运动逐差法求加速度。
5.设计理念：
本节课从生活实践出发，结合学生在实际生活中的观察，初步了解自由落体运动，并通过对两位科学家对自由落体运动的研究，结合伽利略的理想实验，得出自由落体运动的特点。接着，通过实验让学生自主探究自由落体运动所遵循的规律。通过学生对自由落体运动规律的理解加以训练，让学生初步接受自由落体运动的规律，最后，在学生深入了解和掌握了自由落体运动的规律后，通过回扣课堂游戏，使学生对自由落体运动的规律加以巩固和提高。
教学策略：讲授法，多媒体教学辅助法，实验法和讨论法。
整堂课都使用到了ppt课件同时借用多媒体展示学生答案，而讲授法则贯穿整个课堂，通过引导，启发学生的思考，增加和学生的互动，实验法和讨论法增强学生在课堂中的主体地位，贴合物理是一门以实验为基础的学科，采用分组式讨论，学生能够学会团队协作，以及在实验后的自我反思，同时，培养学生科学探究的精神。
7.教学流程：
8.教学过程：
(1).引入：创设情境，提出问题，激发学生兴趣
环节 师生活动 设计意图
引入 课题 【小游戏】 看看你的反应有多快 【提问】 为什么这把尺子能测出同学的反应时间？ 用小游戏引入课堂，既增加了师生间的互动，又增加了课堂的趣味性。并且在课前提出一个问题，引发学生的思考，学习完本节知识后能运用所学知识解决该问题，做到前呼后应。
(2).走进生活：利用物理前概念，贴近实际
环节 师生活动 设计意图
生活中的下落运动 由生活中不同的下落运动 【提问】 这些形状大小不同的物体下落的快慢是一样的吗？ 什么样的物体下落更快？ 从生活中常见的现象着手，体现了从生活走向物理的理念，同时从学生熟悉的现象说起，更具亲切感。 提出问题引发学生思考，由问题2引出亚里士多德的观点“重的物体下落快”，引出伽利略对该观点的反驳——伽利略逻辑实验
（3）.伽利略逻辑实验
环节 师生互动 设计意图
讲解伽利略逻辑实验 引导学生学习伽利略的科学思想 使学生了解伽利略对自由落体运动的贡献，学习前人的科学思想，培养学生的科学推理的逻辑能力。
(3).演示实验：直观验证
环节 师生活动 实施说明
空气阻力影响物体下落快慢 【实验】 一支笔和一本书谁下落的快？ 笔和书几乎同时落地
【实验】 相同的两张纸，纸团与另一张纸从同一高度同时下落 质量相同的两张纸，纸团下落得更快，说明物体下落快慢与物体的质量无关。引导学生探究影响物体下落的原因——空气阻力。
环节 师生活动 设计意图
自由落体运动 自由落体定义 【提问】 如果没有空气阻力，只在重力作用下物体下落的快慢会是怎样？ 【猜想】 没有空气阻力时，物体下落一样快 【实验验证】牛顿管实验 【视频】 NASA真空实验室的自由落体实验 ——铁球和羽毛下落一样快 眼见为实，以实验的方法验证猜想，并且纠正学生由生活出发的前概念。让学生学会科学推理以及实验验证猜想的方法。由此引出自由落体运动定义“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。”，学生能更好的掌握自由落体运动规律。
自由落体运动条件 只受重力 从静止开始下落 【思考】 我们生活中存在这样的运动吗？哪个物体在下落时能只受重力作用？ 强调自由落体运动是有条件的，使学生明白自由落体运动是理想模型
(4).自由落体运动加速度探究
环节 师生活动 实施说明
自由落体加速度 【提问】 由以上实验看出自由落体运动是加速运动，那么它的加速度在下落过程中是否变化？ 【猜想】 自由落体运动是匀加速直线运动 【分组实验探究】自由落体运动的性质 目的：1、研究自由落体运动是否为匀变速直线运动；2、如果是匀变速直线运动，测定其加速度 实验器材：打点计时器、纸带、重物、直尺 实验方案： 1、用打点计时器打出一条自由落体运动的纸带 2、根据公式 计算出物体在中间四点的瞬时速度 绘制V-T图像，分析自由落体运动的性质 实验结论： 1、自由落体运动是初速度为零的匀加速直线运动 2、自由落体运动加速度即该图像的斜率 （在同一地点，一切物体自由下落的加速度都相同） 误差分析：实际实验时存在空气阻力、纸带与限位孔间存在摩擦 引导学生猜想和设计实验去探究自由落体运动规律，然后学生分组实验验证猜想，在自己动手实验中学会研究物理问题的重要方法——实验探究；让学生更直观的感受自由落体运动规律——自由落体运动是初速度为零的匀加速直线运动。绘制图像同时计算出斜率即重力加速度。该环节符合课标要求。
自由落体运动加速度 大小： 方向：竖直向下 不同地方加速度不同 纬度越高，重力加速度越大
环节 师生活动 设计意图
自由落体运动规律推导 随机抽取学生根据匀变速直线运动规律推导出自由落体运动规律 在锻炼学生科学推理能力的同时，让其体会匀变速直线运动规律与自由落体运动规律的同异。更好的理解掌握知识。
9.教学板书:
10.实验创新：
（1）两个对比实验粉笔和A4纸、纸团和A4纸简单易做，并且直观的引出了空气阻力对物体下落的影响。
（2）小组分组实验探究自由落体运动加速度，让学生自己动手操作，体会物理中实验的重要性，学会科学探究的思想和方法。

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