资源简介

2.5《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 教科版高中物理必修第一册 授课类型 新授课 第1课时
教材分析
教材分析
本节课选自教科版高中物理必修第一册第二章第五节《自由落体运动》，是匀变速直线运动规律在特殊情境下的应用。教材通过生活实例引入，引导学生探究物体下落的规律，打破“重物下落快”的错误前概念。内容包括自由落体运动的定义、条件、性质及其运动规律（v=gt，h= gt ），并结合实验验证加速度为g。本节内容既是对前面位移—时间、速度—时间关系的深化，也为后续学习抛体运动奠定基础，在知识结构中起承上启下的作用。
学情分析
高一学生已掌握匀变速直线运动的基本公式和图像分析方法，具备一定的实验观察能力和逻辑推理能力。但受日常经验影响，普遍认为“重的物体下落更快”，对“忽略空气阻力”这一理想化条件理解不深。同时，学生对瞬时速度、加速度等抽象概念仍处于建构阶段，可能在实验数据处理和规律归纳中遇到困难。因此，教学需通过直观实验破除迷思观念，借助现代技术手段（如光电门、打点计时器）精确测量，辅以小组合作与问题驱动，帮助学生建立科学的物理模型。
课时教学目标
物理观念
1. 理解自由落体运动的概念，掌握其运动条件：初速度为零、仅受重力作用。
2. 掌握自由落体运动是初速度为零的匀加速直线运动，能运用v=gt和h= gt 解决简单问题。
科学思维
1. 通过对比实验和数据分析，经历从现象到本质的归纳过程，提升抽象概括与模型建构能力。
2. 能运用控制变量法设计实验，判断不同物体下落快慢是否与质量有关。
科学探究
1. 能使用打点计时器或光电门传感器测量自由落体的加速度，记录并处理实验数据。
2. 经历提出假设、设计实验、收集证据、得出结论的完整探究过程。
科学态度与责任
1. 在实验中培养实事求是、尊重数据的科学态度，敢于质疑经验性认知。
2. 认识伽利略对科学发展的贡献，体会人类追求真理的执着精神。
教学重点、难点
重点
1. 自由落体运动的定义、条件及运动规律。
2. 利用实验测出重力加速度g，并验证其普适性。
难点
1. 理解“忽略空气阻力”这一理想化模型的构建意义。
2. 从实验数据中提取加速度信息，完成从现象到规律的思维跃迁。
教学方法与准备
教学方法
情境探究法、实验探究法、讲授法、合作学习
教具准备
铁架台、打点计时器、纸带、重锤、电火花计时器、光电门装置、小球若干（金属、塑料）、真空管演示仪、多媒体课件
教学环节 教师活动 学生活动
创设情境，引发认知冲突
【6分钟】 一、生活现象导入，激发思考 （一）、播放视频并提问：
教师播放一段精心剪辑的视频：一片羽毛与一个铁球同时从同一高度释放，羽毛缓缓飘落而铁球迅速落地；紧接着切换至阿波罗15号宇航员斯科特在月球表面同时松开一把锤子和一根羽毛，两者几乎同时落地的画面。
提问：“为什么在地球上，铁球比羽毛下落得快？而在月球上，锤子和羽毛却同时落地？这说明物体下落的快慢究竟与什么因素有关？”
引导学生回忆亚里士多德的观点：“物体越重，下落越快。”再引出伽利略的质疑：“如果把轻重不同的两个物体绑在一起，按照这个理论会怎样？”启发学生进行逻辑悖论推理——绑在一起后总重量更大，应下落更快；但轻物会拖慢重物，又应下落更慢。由此揭示经验直觉的局限性，引出科学探究的必要性。
（二）、演示牛顿管实验：
取出预先抽成真空的玻璃管（牛顿管），内含一枚金属片和一根羽毛。先将管竖直放置，未抽气时倒置，观察金属片快速下落而羽毛缓慢飘落；随后连接真空泵抽出空气，再次倒置，引导学生观察两者几乎同步下落的现象。
强调：“当空气阻力被消除后，所有物体下落情况相同！”进而提出核心问题：“那么，在没有空气阻力的情况下，物体是如何下落的？它遵循怎样的规律？”自然过渡到自由落体运动的学习主题。 1. 观看视频，产生认知冲突。
2. 回忆旧知，参与讨论。
3. 观察实验现象，提出猜想。
4. 明确探究方向。
评价任务 现象描述：☆☆☆
逻辑推理：☆☆☆
问题提出：☆☆☆
设计意图 通过真实宇宙场景与经典实验对比，制造强烈认知冲突，打破“重物下落快”的迷思观念。利用逻辑悖论引发深度思考，凸显科学怀疑精神的重要性。真空管实验直观呈现理想条件下的运动一致性，为建立自由落体模型提供有力证据，激发学生探究内在规律的兴趣。
实验探究，建构物理模型
【18分钟】 一、分组实验：测量自由落体加速度 （一）、布置任务与指导方案：
将全班分为六个实验小组，每两组采用一种测量方式：第一、二组使用电磁打点计时器配合纸带与重锤；第三、四组使用光电门传感器系统测量小球通过两段距离的时间；第五、六组尝试手机慢动作拍摄自由落体视频后用Tracker软件分析轨迹。发放实验记录表，明确要求记录原始数据、计算中间速度、绘制v-t图像，并求解斜率即加速度g。
强调操作规范：打点计时器需竖直固定，先通电再释放纸带；光电门间距要准确测量；注意安全，防止重物砸伤。提醒学生多次测量取平均值以减小误差。
（二）、巡视指导与思维点拨：
教师在各组间巡回指导，重点关注学生是否正确处理数据。例如，对于使用打点计时器的小组，提示他们如何选取清晰的点迹，利用逐差法计算加速度；对于使用光电门的小组，引导他们理解平均速度趋近瞬时速度的思想，合理选择挡光片宽度与测量位置；对于使用手机分析的小组，鼓励他们探索数字化工具的应用优势。
当某组学生发现测得的g值偏大时，引导其反思：“可能是哪些因素导致的？空气阻力？计时起点误差？还是仪器本身偏差？”帮助学生建立误差分析意识。
二、数据汇总与规律提炼 （一）、组织汇报与集体讨论：
邀请三类实验方法的代表小组上台展示他们的实验装置照片、原始数据表格、v-t图像及计算结果。使用投影仪同步显示各组数据，汇总得到多个g值（如9.78 m/s 、9.82 m/s 、9.80 m/s 等）。
提问：“尽管实验方法不同，但我们测得的加速度数值都非常接近，大约是多少？这说明了什么？”引导学生得出结论：在同一地点，一切物体自由下落的加速度都相同，称为重力加速度g，通常取9.8 m/s ，方向竖直向下。
进一步追问：“如果我们换一个城市做实验，比如拉萨或上海，g值会不会变化？”简要介绍g随纬度和海拔的变化规律，拓展学生的地理-物理交叉视野。
（二）、建立数学模型：
基于“初速度为零的匀加速直线运动”这一性质，引导学生写出速度公式v = gt 和位移公式h = gt 。结合图像说明：v-t图是一条过原点的倾斜直线，斜率为g；h-t图是一条抛物线。
举例说明公式的应用：若某物体自由下落2秒，则末速度v = 9.8 × 2 = 19.6 m/s，下落高度h = 0.5 × 9.8 × 4 = 19.6 m。强调单位统一与科学记数法的规范表达。 1. 分组实验，采集数据。
2. 处理数据，绘制图像。
3. 汇报成果，交流发现。
4. 归纳规律，形成概念。
评价任务 操作规范：☆☆☆
数据准确：☆☆☆
结论合理：☆☆☆
设计意图 通过多样化的实验手段满足不同层次学生的探究需求，体现“做中学”的理念。打点计时器训练传统技能，光电门体现现代传感技术，手机+软件融合信息技术，三种路径殊途同归，强化“加速度恒定”的核心结论。教师适时介入引导误差分析与模型修正，培养学生批判性思维。集体研讨促进思维碰撞，实现从个别数据到普遍规律的认知升华。
深化理解，辨析概念本质
【10分钟】 一、辨析自由落体的条件 （一）、设置辨析情境：
提出三个具体情境供学生判断是否属于自由落体运动：
① 氢气球脱手后向上飘升；
② 雨滴从云层落下，接近地面时匀速下落；
③ 秋天树叶从枝头静止飘落。
组织小组讨论，并请代表发言。针对错误回答进行纠正：氢气球受浮力主导，非仅重力；雨滴匀速说明阻力等于重力，合力为零，不是加速运动；树叶下落过程明显受较大空气阻力影响，不符合“只受重力”条件。
总结自由落体的两个必备条件：① 初速度为零；② 仅受重力作用（或空气阻力可忽略）。强调这是一种理想化物理模型，现实中严格意义上的自由落体仅存在于真空中或近似于密度大、体积小的物体短距离下落。
（二）、讲述伽利略的科学精神：
讲述伽利略在比萨斜塔上进行落体实验的传说（虽史实存疑，但象征意义重大），重点强调他敢于挑战权威、坚持实验验证的精神。“时代的一粒尘，落在一个人肩上就是一座山。”在那个迷信权威的时代，伽利略用实验证据撼动了统治千年的错误观念，开启了近代物理学的大门。他的思想告诉我们：真正的知识来源于观察与实验，而非盲从书本。
引用爱因斯坦评价：“伽利略的发现以及他所用的科学推理方法，是人类思想史上最伟大的成就之一，标志着物理学的真正开端。” 1. 分析案例，辨别特征。
2. 参与讨论，澄清误区。
3. 倾听故事，感悟精神。
4. 内化模型，理解理想化。
评价任务 条件识别：☆☆☆
模型理解：☆☆☆
历史认同：☆☆☆
设计意图 通过典型反例辨析，帮助学生精准把握自由落体运动的本质属性，避免概念泛化。结合科学史教育，让学生感受科学家勇于质疑、追求真理的人格魅力，增强学科情感认同。引用名人名言提升课堂文化品位，使物理学习不仅是知识获取，更是精神熏陶。
应用迁移，解决实际问题
【8分钟】 一、典例精讲：估算反应时间 （一）、引入趣味实验：
拿出一根长约50cm的直尺，宣布进行“反应时间测试”。请一名学生伸出双手，在桌边准备捏住即将下落的尺子。教师手持尺子上端，使其零刻度线刚好位于学生手指水平位置，突然松手，学生尽快捏住尺子。记录被捏住处的刻度读数h（如20.0cm）。
提问：“你能根据这个下落高度h，算出这位同学的反应时间t吗？”引导学生联想自由落体位移公式h = gt ，变形得t = √(2h/g)。代入h=0.2m，g=9.8m/s ，计算得t≈0.20s。
解释：“这就是我们大脑接收到视觉信号并作出肌肉反应所需的时间。普通人反应时间在0.15~0.30秒之间。”鼓励全班同学两人一组互测反应时间，体验物理与生活的紧密联系。
二、拓展延伸：高楼坠物的危害 （一）、设置警示情境：
展示一则新闻图片：一只苹果从15楼坠落砸坏汽车天窗。“假设这栋楼每层高3米，苹果从静止开始下落，忽略空气阻力，它落地时的速度有多大？”
引导学生计算：h = 14×3 = 42m（从15楼顶到地面约14层高度），由v = 2gh 得 v = √(2×9.8×42) ≈ √823.2 ≈ 28.7 m/s，相当于103 km/h！
强调：“如此高速的物体撞击人体，后果不堪设想。严禁高空抛物不仅是道德要求，更是法律底线。”渗透法治观念与社会责任教育。 1. 参与实验，测量数据。
2. 建立模型，列式计算。
3. 合作练习，巩固公式。
4. 关注社会，增强责任。
评价任务 公式应用：☆☆☆
计算准确：☆☆☆
安全意识：☆☆☆
设计意图 通过“反应时间测量”这一趣味实验，将抽象公式转化为可感可触的生活体验，极大提升学习兴趣。计算过程强化公式变形与单位换算能力。高空坠物案例不仅巩固知识，更将物理学习与公共安全紧密结合，体现“科学态度与责任”的课程目标，实现知识价值与育人功能的统一。
课堂总结，升华认知境界
【3分钟】 一、结构化回顾 （一）、梳理知识脉络：
带领学生共同回顾本节课的核心内容：我们从生活现象出发，经历了质疑—实验—归纳—建模的过程，最终认识到自由落体运动是一种理想化的匀加速直线运动，其加速度g具有普适性。掌握了v=gt和h= gt 两个基本公式，并学会了用它们解决实际问题。
强调：“物理学家的伟大之处，就在于他们能在纷繁复杂的现实中，剥离次要因素，抓住主要矛盾，构建简洁而深刻的模型。自由落体模型虽简单，却蕴含着自然界的深层秩序。”
二、激励性升华 （一）、寄语未来学习者：
“今天你们亲手测出了g的数值，也许并不完美，但它代表着你们迈出了独立探究的第一步。希望你们记住伽利略望向斜塔的目光——那是一种不盲从、不轻信、只问事实的科学目光。在未来的学习道路上，愿你们始终保持这份好奇与勇气，像研究自由落体一样，去追问每一个‘为什么’，因为每一次对真理的逼近，都是人类文明向前的一小步。” 1. 回顾要点，形成体系。
2. 感悟方法，铭记精神。
3. 展望未来，坚定信念。
4. 整理笔记，完成收尾。
评价任务 知识梳理：☆☆☆
方法领悟：☆☆☆
情感共鸣：☆☆☆
设计意图 通过结构化总结帮助学生构建清晰的知识网络，强化核心概念。结尾采用激励性语言，将科学方法论与人格成长相结合，赋予课堂深远的教育意义。引用科学史人物形象，唤起学生内心对真理的向往，实现从知识传授到价值引领的升华。
作业设计
一、基础巩固题
1. 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一定是自由落体运动
B. 自由落体运动是初速度为零、加速度为g的匀加速直线运动
C. 不同物体做自由落体运动，其下落快慢与质量有关
D. 在地球表面附近，重力加速度g值处处相等
2. 一位登山者在悬崖边不慎掉落一块石头，经过4秒钟听到石头落地的声音（忽略声音传播时间）。求悬崖的大致高度。（g取10 m/s ）
二、能力提升题
3. 某同学利用手机慢动作录像功能拍摄一个小球自由下落的过程，每隔0.1秒截取一帧画面，测得连续几帧中小球的位置如下表所示：
时间t(s)0.00.10.20.30.4位置h(cm)0.04.919.644.1 78.4
（1）根据表中数据判断小球是否做自由落体运动，并说明理由。
（2）利用Δh=aT 的方法估算当地的重力加速度大小。
三、实践拓展题
4. 设计一个家庭小实验：用家中常见的物品（如卷尺、秒表、小石块等）粗略测量你家阳台到地面的高度。写出实验步骤、所需器材、数据记录表格及计算公式，并实际操作一次，记录结果。
【答案解析】
一、基础巩固题
1. B 【解析】A错误，必须仅受重力；C错误，下落快慢与质量无关；D错误，g随纬度和高度略有差异。
2. 解：h = gt = 0.5 × 10 × 16 = 80 m
答：悬崖高度约为80米。
二、能力提升题
3. （1）是。因为位置与时间平方成正比（h∝t ），符合h= gt 规律。
（2）取相邻位移差：Δh =19.6 4.9=14.7cm，Δh =44.1 19.6=24.5cm，Δh =78.4 44.1=34.3cm；
平均Δh=(14.7+24.5+34.3)/3≈24.5cm=0.245m，T=0.1s；
由Δh=gT 得 g=Δh/T =0.245/0.01=24.5 m/s ？ 明显异常！重新检查：应使用连续相等时间间隔内的位移差。
正确做法：Δh =h h =19.6 4.9=14.7cm，Δh =h h =44.1 19.6=24.5cm，Δh =h h =78.4 44.1=34.3cm；
这些不是连续位移差，而是从起点开始的累计位移。应计算相邻时间段内位移：
s =4.9cm, s =19.6 4.9=14.7cm, s =44.1 19.6=24.5cm, s =78.4 44.1=34.3cm；
则Δs =s s =9.8cm, Δs =s s =9.8cm, Δs =s s =9.8cm；
可见Δs恒定，说明是匀加速运动。由Δs=gT 得 g=Δs/T =0.098/0.01=9.8 m/s 。
板书设计
§2.5 自由落体运动
【左侧】
一、什么是自由落体？
→ 定义：物体仅在重力作用下，从静止开始下落的运动。
→ 条件：
① 初速度 v = 0
② 仅受重力（f空 ≈ 0）
→ 理想模型 · 匀加速直线运动
【中部】
二、运动规律（a = g ≈ 9.8 m/s ↓）
速度公式：v = gt
位移公式：h = gt
推论：v = 2gh
【右侧】
三、实验验证
● 打点计时器 → v-t 图 → 斜率 = g
● 光电门 → 测 t → 算 a
● 手机+Tracker → 数字化分析
【底部居中】
伽利略：质疑权威 → 实验求真 → 科学之光
教学反思
成功之处
1. 通过月球实验与牛顿管演示形成强烈对比，有效突破了“重物下落快”的前概念障碍，学生参与热情高涨。
2. 实验设计多样化，兼顾传统与现代技术，满足不同层次学生需求，数据汇总增强了结论可信度。
3. 将反应时间测量与高空坠物危害融入教学，实现了知识应用与社会责任教育的有机融合。
不足之处
1. 部分学生在处理打点计时器数据时仍显生疏，逐差法掌握不够熟练，今后需加强基础实验技能培训。
2. 课堂时间紧张，部分小组未能充分展示数据分析过程，下次可提前录制微视频辅助教学。
3. 对g值地区差异的拓展略显仓促，可考虑引入GIS地图可视化展示全球g分布，增强空间感知。

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