资源简介

《自由落体运动》教学设计
【课题】自由落体运动的定义与性质
【教材】粤教版高中物理必修一第二章第四节
【教学时间】20 分钟
【教学对象】高中一年级学生
【教学内容分析】
《自由落体运动》是普通高中粤教版物理必修一第二章《匀变速直线运动》
第四节的内容，这章是高中物理重点和难点。本节内容是在学生学习了运动学知
识后编排的，是匀变速直线运动的特例，既是对前面知识的复习和巩固，又加强
了课本与实际生活的联系。
2017 版普通高中物理课程标准中对本节课的要求是：
“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”
例 6 查阅资料，了解亚里士多德关于力与运动的主要观点和研究方法。
例 7 查阅资料，了解伽利略研究自由落体运动的实验和推理方法。
对于如何在教学中强调重点、突破难点，教材编者认为需要从认识自由落体
运动入手。如果学生从实验中认识自由落体，从而在教师的引导下归纳总结出自
由落体的定义与条件，在这基础上结合匀变速直线运动的规律，进而学习运动性
质和运动规律可能会更加容易一些。
本节内容共有 4 个知识点：自由落体运动的定义和条件、自由落体的运动性
质、自由落体的加速度和自由落体运动的规律
【学生情况分析】
1.学生的兴趣特点：
高一的学生对物理有着较强的操作兴趣、因果认识兴趣。但他们已经不满足
于单纯的观察实验现象，逐渐希望能通过自己的思考来理解现象产生的原因，并
自己总结出其中规律。所以在教学中，应充分发挥演示实验与学生实验的作用，
注意激发学生的认知兴趣，并充分调动学生学习的积极性和自主性。
2.学生的知识基础：
学生已了解描述运动的基本物理量：位移、路程、速度、加速度，掌握了匀
1
变速直线运动的规律，同时也对生活中的自由落体现象有一定感性认识。所以在
教学中要充分利用学生已有的知识经验，使学生积极主动地参与教学过程。
3.学生的技能基础：
高一学生通过对前几节问题的研宄，已经具备一定的实验探宄能力，已体会
到物理学研宄问题的一些方法，如运用理想模型和数学方法图像、公式，以及测
加速度、处理实验数据等方法了解物理的基本研宄方法。
4.学生的认识困难：
自由落体运动在生活中很常见，所以对学生来说并不陌生，但是根据生活中
的现象得到的一些结论是片面的。针对学生的一些不完全理解，教师引导学生在
自主探宄中寻找真理。学生自主探索发现物理规律的能力总体来说比较差，因此，
需要在教师引导下完成实验探宄活动。
因此，本节课中要充分利用多媒体辅助教学的优势，综合运用动画、图片、
视频、模型，引起认知冲突，转变学生由于生活经验的影响导致的错误观念。
【教学目标】
1.物理观念
通过实验，认识影响落体运动的因素，知道应用匀变速直线运动的规律来解
释自由落体运动。
2.科学思维
经历伽利略推理，影响落体运动的因素推理以及综合频闪照相和运动学规律
分析自由落体运动特点，理解自由落体运动模型建构和规律，掌握规律并能应用
其规律解决问题。
3.科学探究
经历质疑、提出问题、制定方案和探究自由落体运动过程，理解制定实验探
究自然现象的科学方法，能对探究结果作出解释、分析、形成结论。
4.科学态度与责任
了解亚里士多德，伽利略等科学家研究自由落体运动的过程，认识科学家不
懈的探索自然、探究自然的科学态度，有应用物理学工具，认识自然的动机和推
动科学发展的责任，养成客观、历史和辩证看待物理学发展的思维习惯。
【教学重难点】
自由落体运动的性质和规律
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【教学策略设计】
本节课在教学的指导思想上，始终坚持“教师为主导，学生为主体”的原则，
通过教师创设物理情境和有效的设问引导，让学生经历物理知识的构建过程。
1.教学方法
综合应用实验、讲授、谈话和讨论等多种方法，把教学过程设计成：以学生
对液压传动现象的感性认识为切入点，以观察实验和已有知识为基础，以问题为
主线的师生对话交流的过程。
（1）实验法
实验是本节课的知识载体，故实验教学法贯穿在本课教学的始末。
如：观察在没有空气阻力的情况下，铁块与羽毛的自由落体运动，让学生经
历“观察实验——理论分析——得出结论”的过程，从而自由落体运动的原理。
（2）谈话法
谈话法是通过师生间的“问题性对话”活动传递和交流信息，能较好地调动
学生学习积极性。
本节课中，我针对频闪图片的问题，与学生进行一系列谈话式的问答，步步
引导学生解决问题，最终得出自由落体是从零开始的匀变速直线运动。学生经历
了思维上的探究过程，由此学会解决相关问题的思路。
（3）讲授法
在教学过程中，我利用讲授法，突出实验观察重点，阐述实验现象，强调实
验结论，积极引导学生开展思维活动，以达到突出重难点目的。
2．教学媒体设计
以多媒体课件为载体，利用自由落体视频、图像、模型，让学生从生活的现
象出发，帮助学生建立自由落体的概念，并了解影响物体下落快慢的因素。
3．学法指导
在学法指导上，让学生尝试自己观察、描述实验现象，分析、概括出物理规
律，使学生在获取知识的过程中，领会物理学的研究方法，同时得到协作精神、
探索精神等情感态度价值观的教育。
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【教学过程】
1. 阐述目标
教师阐述：本节课需要完成的目标有(1)通过实验，认识影响落体运动的因素，
知道应用匀变速直线运动的规律来解释自由落体运动。（2）经历伽利略推理，影
响落体运动的因素推理以及综合频闪照相和运动学规律分析自由落体运动特点，
理解自由落体运动模型建构和规律，掌握规律并能应用其规律解决问题。(3)经历
质疑、提出问题、制定方案和探究自由落体运动过程，理解制定实验探究自然现
象的科学方法，能对探究结果作出解释、分析、形成结论。(4)了解亚里士多德，
伽利略等科学家研究自由落体运动的过程，认识科学家不懈的探索自然、探究自
然的科学态度，有应用物理学工具，认识自然的动机和推动科学发展的责任，养
成客观、历史和辩证看待物理学发展的思维习惯。
2. 新课引入
教师阐述：物体由静止从某一高处下落的运动是一种常见的现象, 如树叶从
树上飘落下来, 雨滴从空中落下来……
提出疑问：你思考过这类现象吗 物体下落的运动有没有一定的规律可循呢
本节我们就一起经历对这种运动的探究之旅。
3. 知识讲授
（1）影响物体下落快慢的因素
教师提问：影响物体下落快慢的因素是重量（质量）吗？
教师讲述伽利略和古希腊学者亚里士多德的故事：历史上，古希腊学者亚里
士多德曾认为，重的物体下落快，轻的物体下落慢。并断言物体下落快慢是由它
们的重量决定的，但是 2000 多年后，意大利的青年学者伽利略对亚里士多德的
论断却表示了怀疑：“如果根据亚里士多德的论断，一块大石头的下落速度要比
一块小石头的下落速度要大，这也符合我们的生活常识，但是如果我们将大石头
和小石头绑在一起，那么请问大石头下落速度会怎么变化呢？根据亚里士多德的
推断由于下落的速度跟质量有关，小石头质量比较小，大石头质量比较大，将他
们绑起来之后，小石头的下落速度明显要比大石头的下落速度要小，所以就会使
大石头的速度变小，但是还是按照亚里士多德的推断，因为物体下落的速度与质
量有关，那么大石头拖着小石头，他们的质量变得更大了，那么下落速度肯定会
变得更大。所以从亚里士多德的观点中，我们推断出了两种截然相反的结果，这
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表明他的观点有可能是错误的。”
教师展示推论：“也就是说，影响物体下落快慢的因素不是重量。当然，这
只是理论推导，下面我们一起来做一个小实验来看一看。”
引导学生跟着一起做实验：拿两张一样的纸，将其中一张揉成团，另外一张
平铺然后从同一个高度同时由静止开始释放。
教师展示结论：“大家的实验结果应该是纸团会比铺平的纸下落的快。也就
是说，在这里两张质量一样的纸下落快慢不同，所以我们可以初步断定物体下落
的快慢与物体的轻重无关
引导学生跟着一起做第 2 个小实验：大家拿出一张大纸和一张小纸，将小纸
揉成团，大纸铺平从同一个高度同时由静止开始释放。
教师展示结论：纸团比铺平的纸下落得快，一个质量比较小的纸揉成团之后
下落的速度比质量较大的这还要快，所以我们可以再次得出结论,物体下落的快慢
与物体的轻重无关。
教师引导提问：既然物体下落的快慢与物体的轻重无关，那么大家可以猜想
一下，既然物体下落的快慢与物体的轻重是无关的，那么物体下落快慢跟什么有
关呢？在刚刚那个小实验中，我们把纸揉成纸团改变了物体的什么呢？
教师陈述：聪明的同学可能已经想到了，我们刚刚有把纸揉成团，是减少了
纸张受到的空气阻力，那么影响物体下落快慢的因素会是空气阻力吗？那如果在
没有空气阻力的情况下，是不是物体的下落快慢就是一样的呢？
教师引导观察实验：接下来我们来看一个实验，这个实验叫做牛顿管实验，
在大家课本上 47 页有，现在我们将形状与质量不同的金属片和小羽毛放入一端封
闭，另一端有开关的牛顿管，请大家观察一下，在不同情况下，牛顿管倒立过来
后，物体下落的快慢情况。
教师阐述结论：刚刚我们可以看到，当牛顿管里有空气时，金属片比小羽毛
的下落速度要大很多。当我们把牛顿管内的空气全部抽出来后，羽毛和金属片的
下落速度变得一样了。也就是说影响物体下落快慢的因素是空气阻力，而当没有
空气阻力时，只在重力作用下，轻重不同的物体下落的快慢是相同的。
（2）自由落体运动
教师陈述：在物理学上，我们将没有空气阻力，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。在这里自由落体运动必须满足两个条件，第一，
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只在重力的作用下，第二，它是从静止开始的。在这里大家要注意的是，真正的
自由落体运动只有在真空中才能发生，在有空气存在的空间里，如果空气阻力的
作用比较小，可以忽略不计，则物体的下落可以看成是自由落体运动。
教师引导提问：那么自由落体运动是什么样的运动呢？它会有哪一些规律
呢？首先我们可以了解到的是自由落体运动一定是初速度为 0 的加速直线运动，
这是我从我们的生活经验中得到的。其次，大家猜想一下，自由落体运动会不会
是初速度为 0 的匀加速直线运动呢？如果是我们要如何证明呢？实际上我们直接
的去看是看不出它是否是初速度为 0 的匀加速直线运动的，但是在之前的章节我
们学过，如果任意两个连续相等的时间内，物体下落的位移之差相同，那么物体
做的就是匀变速直线运动。只要证明在物体下落过程中，任意两个连续相等的时
间里，物体下落的位移至少相同，那么我们就可以证明自由落体运动就是初速度
为 0 的匀加速直线运动，实际生活中，我们可以借助频闪相机来证明。
教师展示课本频闪照片并引导：如右图所示，这是我们两个小球下落过程中
频闪相机拍的照片，在空气阻力可以忽略不计的情况下，两个小球相同的时间内
下落的位移都是相同的。并且我们可以看到，如果我们取 4.9-19.6 这段位移来看，
在 4.9-8.7 这段位移内，小球的位移是 3.8 厘米，在 8.7-13.6 这段位移内，小球
的位移是 4.9 厘米，在 13.6~19.6 这段位移内，小球的位移是 6 厘米，我们发现，
每过相同的时间间隔小球的位移差都是增加 1.1 厘米,都是相同的,也就是说，小
球下落过程是一个匀加速直线运动，再结合我们对于自由落体的定义，自由落体
运动必须是从静止开始下落的，所以初速度为零，即自由落体运动是一个初速度
为零的匀加速直线运动。既然自由落体运动是一个初速度为零的匀加速直线运动，
并且在空气阻力可以忽略的情况下，所有物体下落的快慢都是相同的，也就是说
在同一地点中，自由落体运动的加速度都相同。
教师陈述：那么我们就可以定义一个物理量去描述自由落体的加速度，这一
个加速度，我们把它称作重力加速度，通常用英文 g 来表示，在高中阶段，重力
加速度的方向总是竖直向下的，其大小可以通过多种方法用实验来测定，在一般
情况下，我们取 g 等于 9.8 米每秒的平方。但是在地球的不同的地方，重力加速
度的大小总是不同的，通常情况下会随着纬度的变化而变化，一些地点的重力加
速度如表格所示。
教师引导学生观察图片：我们可以看到，在纬度越高的地方，重力加速度就
6
会越大，两极最大，赤道最小，具体的原因，我们会在后面学习万有引力的时候
再进行讲解。
（3）自由落体运动的规律
最后我们来讲讲自由落体运动的相关公式，在前面的章节中，我们曾经学过
1
2
2
2
S v t at
，
v -v 2as
v v at
0
0
2
匀变速直线运动的三条基本公式： t
0
， t
刚刚有提到自由落体运动的初速度为 0，也就是 V0=0，加速度为重力加速度 g，
1
s gt
2
2
v gt v 2gs
2
t
t
带入左边的公式，我们就可以得到：
，
，
，下面我
们用这三条公式来练习一下题目：如图所示，椰子场距地高度为 H=20 米的地上，
从静止落下不计椰子下落时受到的空气阻力，我们取 g 等于 10 米每秒的平方，求
椰子落地的时间和到达地面的速度。同学们在这里可以暂停视频然后答题。
教师解答题目：实际上在这一个题目中，椰子从静止开始下落，并且不算空
气阻力，我们可以认为它是做一个自由落体运动，根据自由落体运动相关公式，
代入数据可以得到椰子落地的时间为两秒，同时由于 v 等于 gt，我们可以得到，
椰子到达地面的速度为 20 米每秒。
4. 课堂小结
教师引导：最后我们来进行小结，本节课主要学习了三个知识点，分别是自
由落体运动的定义、重力加速度、自由落体运动的规律等，其中物体只在重力作
用下从静止开始下落的运动, 叫作自由落体运动。在同一地点，一切物体在自由
落体运动中的加速度都相同，方向总是竖直向下，一般取 g=9.8m/s2,以及常用的
1
s gt
2
2
v gt v 2gs
2
t
t
三条公式
，
，
。
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