资源简介

2.4《自由落体运动》课时教案
学科 物理 年级册别 高一上册 共1课时
教材 人教版高中物理必修第一册（2019版） 授课类型 新授课 第1课时
教材分析
教材分析
本节内容位于人教版高中物理必修第一册第二章“匀变速直线运动的研究”第四节，是匀变速直线运动规律在特定条件下的具体应用。教材从亚里士多德与伽利略的思想冲突切入，通过实验探究揭示自由落体运动的本质——初速度为零的匀加速直线运动，并给出其基本规律公式。该节内容不仅深化对加速度概念的理解，还渗透了“控制变量”“理想实验”等科学方法，为后续学习竖直上抛、抛体运动奠定基础，具有承上启下的作用。
学情分析
高一学生对“重物下落快、轻物下落慢”有直观生活经验，但缺乏科学辨析能力。学生已掌握匀变速直线运动的基本公式与v-t图像，具备初步的实验观察能力。然而，将自由落体视为匀加速运动仍存在认知障碍，尤其对“质量不影响下落快慢”难以接受。此外，学生在处理多过程自由落体问题（如先后释放、末段时间位移）时易混淆公式。教学中需通过实验破除迷思，借助数学推导强化规律理解，提升科学思维与实证意识。
课时教学目标
观察现实世界
1. 能列举生活中物体下落的实例，识别自由落体运动的条件：仅受重力、初速度为零。
2. 能通过实验观察不同质量物体的下落实况，发现其运动规律的共性。
思考现实世界
1. 能运用控制变量法设计实验，探究自由落体加速度与质量、形状的关系，理解“理想化模型”的意义。
2. 能从v-t图像或连续相等时间内的位移差推导出自由落体加速度g，并理解其物理含义。
表达现实世界
1. 能用文字、公式（h= gt 、v=gt、v =2gh）和图像准确描述自由落体运动规律。
2. 能规范解答自由落体相关问题，如计算下落时间、高度、速度等。
科学思维与探究实践
1. 能通过“滴水法”“频闪照相”等方法测量当地重力加速度，体验科学测量过程。
2. 能分析多阶段自由落体问题（如先后释放、末段时间位移），建立物理模型并求解。
教学重点、难点
重点
1. 自由落体运动的定义、条件及其运动性质（初速度为零的匀加速直线运动）。
2. 自由落体运动的基本规律公式：h= gt 、v=gt、v =2gh。
难点
1. 理解“在真空中所有物体下落快慢相同”的科学本质，破除“重快轻慢”的生活经验误区。
2. 在复杂情境中（如先后释放、末段时间位移）灵活应用自由落体公式解决问题。
教学方法与准备
教学方法
情境探究法、实验探究法、讲授法、议题式教学法
教具准备
多媒体课件、真空管（牛顿管）、铁球与纸片、打点计时器、重锤、刻度尺、频闪照片、计算器
教学环节 教师活动 学生活动
情境导入：苹果与牛顿
【5分钟】 一、讲述科学故事，激发探究兴趣 （一）、播放动画短片：
展示牛顿被苹果砸中的经典场景，配以旁白：“1666年，一场瘟疫席卷英国，剑桥大学关闭。年轻的艾萨克·牛顿回到家乡林肯郡。一天，他坐在苹果树下沉思，一只苹果落下，砸中了他的头……这一击，是否真的启发了万有引力定律？”
提问：如果苹果从5米高处落下，砸中牛顿时的速度大约是多少？需要多长时间？
引导语：要回答这些问题，我们先要弄清——物体下落遵循什么规律？
（二）、提出核心议题：“轻重不同的物体，谁下落得更快？”
演示1：同时释放一枚硬币和一张展开的纸片，硬币先落地。
演示2：将纸片揉成团，再与硬币同时释放，几乎同时落地。
提问：为什么结果不同？空气阻力扮演了什么角色？如果没有空气，结果会怎样？
过渡语：2000多年前，亚里士多德认为“重的物体下落快”，这一观点统治了近两千年。直到伽利略在比萨斜塔做了实验，才推翻了它。今天，我们不做斜塔实验，但可以用更精密的方式——探究自由落体运动。 1. 观看动画，思考问题。
2. 观察实验现象，记录结果。
3. 对比分析，提出猜想。
4. 激发探究自由落体的兴趣。
评价任务 情境理解：☆☆☆
现象观察：☆☆☆
问题提出：☆☆☆
设计意图 以牛顿与苹果的传奇故事引入，增强课堂趣味性与文化厚度。通过对比实验制造认知冲突，引导学生意识到空气阻力的影响，为“理想化模型”的提出做铺垫。提出“轻重之争”这一核心议题，激发学生探究欲望，明确学习目标。
实验探究：破除迷思
【15分钟】 一、真空管实验，揭示本质规律 （一）、演示牛顿管实验
教师展示真空管（内有羽毛和铁球），先在空气中倒置，观察羽毛下落缓慢；然后用抽气机抽去空气，再次倒置，观察两者几乎同时落地。
提问：这个实验说明了什么？自由落体运动的快慢与质量有关吗？
引导学生得出结论：在没有空气阻力的情况下，所有物体下落的加速度相同，与质量无关。
（二）、定义自由落体运动
板书：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。
强调两个条件：①仅受重力（或空气阻力可忽略）；②初速度为零。
二、频闪照片分析，验证匀加速性质 （一）、展示频闪照片数据
出示教材P45图2.4-3或实验拍摄的频闪照片：小球自由下落，连续五次曝光位置1、2、3、4、5，时间间隔均为T，每段距离分别为d 、d 、d 、d 。
要求学生计算相邻位移差：Δd = d - d ，Δd = d - d ，Δd = d - d 。
提问：这些位移差相等吗？说明什么运动特征？
引导得出：Δd ≈ 恒量，符合匀变速直线运动的Δx = aT 规律。
（二）、计算重力加速度
由Δx = gT ，得g = Δx / T 。
例如，若T=0.05s，Δx=9.8mm，则g = 0.0098 / (0.05) = 9.8 m/s 。
强调：这个加速度称为自由落体加速度，也叫重力加速度，通常用g表示，方向竖直向下。 1. 观察真空管实验现象。
2. 分析数据，计算位移差。
3. 判断运动性质，得出结论。
4. 理解g的物理意义。
评价任务 实验观察：☆☆☆
数据分析：☆☆☆
规律归纳：☆☆☆
设计意图 通过牛顿管实验直观破除“重快轻慢”的迷思，建立科学认知。利用频闪照片进行定量分析，让学生亲历“从现象到数据，从数据到规律”的科学探究过程，理解自由落体是匀加速运动，并掌握g的测量方法，培养证据意识与数据分析能力。
规律建构：公式推导
【10分钟】 一、从一般到特殊，建立公式体系 （一）、回顾匀变速运动公式
提问：匀变速直线运动的基本公式有哪些？
学生回答后，教师板书：
v = v + at
x = v t + at
v - v = 2ax
（二）、代入自由落体条件
引导：自由落体是v =0、a=g的匀加速运动，将条件代入上述公式：
v = 0 + gt v = gt
h = 0·t + g t h = gt
v - 0 = 2gh v = 2gh
板书三个公式，并标注适用条件与物理量含义。
（三）、强调g的取值
说明：g随纬度和高度变化，通常取9.8 m/s ，有时为计算方便取10 m/s 。方向始终竖直向下。 1. 回忆并写出匀变速公式。
2. 代入v =0、a=g进行推导。
3. 理解每个公式的物理意义。
4. 记录g的常用取值与方向。
评价任务 知识迁移：☆☆☆
公式推导：☆☆☆
符号理解：☆☆☆
设计意图 通过“从一般到特殊”的逻辑推导，帮助学生理解自由落体公式并非孤立存在，而是匀变速运动规律的特例。强化数学工具在物理中的应用，提升学生的建模能力。明确g的取值与方向，避免后续计算错误。
应用深化：破解难题
【12分钟】 一、解决导入问题：苹果的速度 （一）、计算苹果落地速度
回到导入问题：一个质量m的小球从距离地面高h = 5m处自由下落，忽略空气阻力， g取10m/s2，求： (1)小球从释放到落地的时间t； (2)小球落地时的速度大小v； 【答案】(1)t =1s (2) v = 10m/s (3)见解析 【分析】根据求解时间t；根据v=gt求解落地的速度；根据牛顿第二定律证明小球在自由下落过程中，加速度大小为g． 【详解】（1）根据自由落体运动规律 解得小球落地的时间 t =1s （2）根据匀变速直线运动规律 解得小球落地时的速度 v = 10m/s 二、分析多过程问题：先后释放钢球 （一）、出示练习11情境
从某高度释放第一粒石子，1秒后释放第二粒，不计空气阻力。求任一时刻两石子间的距离与速度差。
设第一粒运动时间t，则第二粒为(t-1)。
h = gt ，h = g(t-1) Δh = h - h = g(2t - 1)
v = gt，v = g(t-1) Δv = g
结论：距离随时间增大，速度差恒定为g。
对应练习11答案B。
三、测量反应时间 （一）、演示直尺测反应时间
请一位学生上台利用如图所示方法估测反应时间．甲同学捏住直尺上端，使直尺保持竖直状态，乙同学的手指对齐直尺的零刻度．当乙看见甲放开直尺时，立即用手指捏直尺，若捏住位置刻度读数为，重力加速度为，则乙同学的反应时间为 ．基于上述原理，某同学用直尺制作测量反应时间的工具，若测量范围为，则所用直尺的长度至少为 . 【答案】 80 【详解】直尺做的是自由落体运动，根据自由落体运动计算，下降的时间．直尺下降的时间就是人的反应时间，根据求的距离，直尺下降的时间即为自由落体运动的时间，根据可得．即乙同学的反应时间为．测量范围为，则所用直尺的长度即为自由落体下降的位移的大小，即：． 因x ∝ t ，故相等时间间隔对应的长度不相等，越往下越长。 1. 选择合适公式解题。
2. 推导距离与速度差表达式。
3. 参与反应时间测量实验。
4. 理解x与t 的非线性关系。
评价任务 模型构建：☆☆☆
公式应用：☆☆☆
实验体验：☆☆☆
设计意图 通过解决导入问题实现首尾呼应，增强学习成就感。通过“先后释放”“反应时间”等典型问题，训练学生建模与公式选择能力。引入生活化实验，体现物理与生活的联系，提升学习兴趣与实践能力。
当堂检测：技能闯关
【8分钟】 一、基础辨析：概念理解 （一）、出示选择题2
关于自由落体运动，下列说法正确的是( )
A. 物体竖直向下的运动就是自由落体运动
B. 加速度等于g的运动就是自由落体运动
C. 质量不同的物体运动规律相同
D. 位移与时间成正比
引导学生逐项分析：
A错——必须仅受重力且v =0；B错——必须v =0；C正确；D错——h ∝ t 。
对应答案C。
二、综合判断：图像与多选 （一）、出示选择题10
直升机200m高空每隔1s释放钢球，判断排列情况。
强调：每个钢球都是自由落体，释放时间不同导致速度不同。
早释放的球速度大，相邻球间距Δx = g(t+0.5) > gt，故越靠近地面间距越大。
落地速度相同，因下落高度相同。
故B、C正确，A、D错误。
对应答案BC。 1. 独立完成选择题。
2. 分析选项，排除错误。
3. 理解多球下落的相对运动。
4. 提高审题与判断能力。
评价任务 概念辨析：☆☆☆
图像分析：☆☆☆
选项判断：☆☆☆
设计意图 通过精选练习题检测学生对自由落体条件、规律、图像的理解。题目源自配套练习，具有代表性。通过即时讲解，帮助学生澄清误区，巩固核心概念，提升应试能力。
课堂总结：升华认知
【2分钟】 一、结构化回顾 （一）、梳理知识脉络
今天我们经历了三个阶段：
1. **质疑**：从“苹果落地”出发，挑战“重快轻慢”的常识；
2. **探究**：用真空管和频闪照片，发现“所有物体下落一样快”；
3. **表达**：用h= gt 、v=gt、v =2gh三个公式，描述这一自然法则。
这不仅是知识的积累，更是科学精神的传承——敢于质疑，勤于实证，善于建模。
（二）、激励性结语
伽利略曾说：“衡量一个人的真正标准，是他提出的问题，而不是他给出的答案。”今天你们提出了问题，也找到了答案。愿你们保持这份好奇与勇气，在探索自然奥秘的道路上，走得更远！ 1. 跟随教师回顾知识点。
2. 理解科学探究方法。
3. 感受物理学习的意义。
4. 树立科学探究信念。
评价任务 知识整合：☆☆☆
思维提升：☆☆☆
情感共鸣：☆☆☆
设计意图 采用“结构化+激励性”双模式总结，既系统梳理知识与方法，又升华科学精神。引用伽利略名言，强调提问的重要性，激发学生持续探究的内在动力，为后续学习埋下伏笔。
作业设计
一、基础巩固：公式应用
1. 一物体从45m高处自由下落，求：(1) 落地时间；(2) 落地速度；(3) 最后1秒内的位移。（g取10m/s ）
二、能力提升：综合分析
2. 从塔顶先后释放两个小球，间隔1秒。当第一个球下落4秒时，两球间距多大？此时第二个球的速度是多少？
3. 如图所示为某物体自由下落的v-t图像，求：(1) 3秒内的位移；(2) 第2秒末的速度；(3) 加速度。
（图像描述：过原点的直线，斜率为10）
三、拓展探究：真实测量
4. 设计一个“滴水法测重力加速度”的实验方案。写出实验步骤、所需器材、测量原理（公式推导）及注意事项。若测得水龙头到盘子高度h=0.8m，连续听到5次水滴声的时间为2.0s，求g值。
【答案解析】
一、基础巩固
1.【答案】（1）3s；（2）30m/s；（3）25m （1）根据位移时间关系公式有 解得 （2）物体落地时的速度为 （3）根据位移时间关系公式可得，物体下落的位移为 最后一秒内的位移为
二、能力提升
2. 第一球下落时间4s，位移 h = ×10×16 = 80 m；第二球下落时间3s，位移 h = ×10×9 = 45 m；间距 Δh = 35 m；v = gt = 30 m/s
3. (1) x = ×10×9 = 45 m；(2) v = 10×2 = 20 m/s；(3) a = 10 m/s
板书设计
2.4 自由落体运动
【左侧】
一、条件：
1. 仅受重力
2. 初速度为零
【中部】
二、性质：
初速度为零的匀加速直线运动
a = g ≈ 9.8 m/s （竖直向下）
【右侧】
三、公式：
v = gt
h = gt
v = 2gh
→ 应用：测高、测速、测反应时间
教学反思
成功之处
1. 以“牛顿与苹果”故事贯穿导入，激发学生兴趣，增强课堂人文气息。
2. 牛顿管实验效果显著，有效破除“重快轻慢”的迷思观念，建立科学认知。
3. 结合配套练习进行应用训练，题目典型，讲解到位，学生掌握情况良好。
不足之处
1. 频闪照片分析环节时间偏紧，部分学生未能完成全部计算。
2. 对于“末段时间位移”类问题（如练习15），部分学生仍习惯套用错误方法，需加强变式训练。
3. 实验环节因器材限制，未能让每位学生动手操作，影响体验感。
(
1
)

展开更多......

收起↑