必修Ⅰ第二章第四节《自由落体运动》1

新课程教学创新设计案例

必修Ⅰ第二章第四节《自由落体运动》

设计时段：一课时

一、三维目标

1．知识与技能：

（1）理解自由落体运动的性质和物体做自由落体运动的条件.

（2）理解自由落体运动的加速度，知道它的大小和方向.

（3）掌握并能够运用自由落体运动的规律.

2．过程与方法：

（1）加强感性认识，进一步上升到理性认识.

（2）类比得出自由落体运动的规律.

3．情感态度与价值观：

（1）实践出真知，实验见规律性.

（2）去伪存真的科学态度、方法.

二、重点与难点

教学重点：掌握自由落体的速度和位移随时间变化的规律.

教学难点：演示实验和探究实验的技巧及自由落体运动规律的得出.

三、教学策略分析

1．教材分析：本节教材通过比较硬币与纸团的下落，创设问题情境，引发学生的认知冲突，然后用牛顿管进一步探究，使学生明确认识到物体在真空环境中就会同时落地.对于自由落体运动的公式，教材没有专门给出，只是把自由落体运动当作匀加速直线运动的特例来看待.

2．学情分析：对匀加速直线运动的知识，学生有一定的基础，为本节内容的学习做好了铺垫，但同时也应看到他们对自由落体运动只停留在感性认识阶段，因此要设计不同的学习梯度，这样才能深入浅出，易于学生理解.

3．教学策略：通过学生探究实验和教师的演示实验，激发学生的学习兴趣．强调学生是学习的主人，突出学生的探究性学习．教学时可要求学生推导自由落体运动的公式，以培养学生自主性学习的能力，但不必过分要求学生深入地掌握和应用该知识．

四、设计思路

在教学过程中，可以采用“设定情景，提出问题” →“分析问题，提问假设” →“设计实验，验证假设” →“分析结论，得出结果”的程序设计课堂教学．在本节课中创设三个问题，并逐个解决．①物体下落的快慢和什么因素有关？教师引导学生按照上述程序得出结果，即自由落体运动的模型．②自由落体运动是什么性质的运动呢？继续按照上述的过程得出结果，即匀变速直线运动．③不同物体下落的加速度是否相同？该问题在教师的引导下得出结果，即加速度都等于自由落体加速度．学生解决这三个问题的过程既是科学的再发现过程，又是学生获得新知识、掌握知识的过程．

五、教学准备

1．学生每四人一组，学生实验桌上配备：打点计时器、铁架台、重锤、纸带、米尺、刻度尺、铁片、纸片若干张

2．教师用：牛顿管、抽气机、实物投影仪、自制课件

六、教学过程

[新课引入]

师（由大量事实引入，让学生获取感性认识）：手拿一支粉笔，举高，然后让其从手中落下.（提问）我们还见过哪些类似的运动？

生：钢笔从手中落下，树叶从树上落下来，苹果从树上落下来

师：上述物体的运动有什么共同点？

生：物体都是自由下落的.

生：初速度为零，物体运动越来越快.

师（与学生一起总结归纳）：物体自由下落运动是一种普遍的运动形式，日常生活中许多物体的下落运动都可以看成是自由落体运动，所以研究自由落体运动具有普遍的意义.（板书）第四节 自由落体运动

(一)实验探究模块——体验探究学习的乐趣

师：同学们，我们通常有这样的生活经验：重的物体比轻的物体落得快，物体下落的速度到底与物体的质量有没有关系呢？现在我们开始研究影响物体下落的快慢的因素，请同学们根据生活经验大胆猜想物体下落的快慢究竟和什么因素有关.

生（讨论与交流）：答案很多，最后总结出可能和物体的重量、物体的表面积有关.

师：得出猜想后，应该用实验或理论去验证呢？请同学们充分利用实验桌上的器材，通过实验来研究上述问题，并要求说出你的研究思路及研究结论.

学生探索（学生通过探究活动，建立物理模型）：

生：一些小组的同学拿起小铁片、纸片、随意让其下落，观察到下落的快慢不同.小纸片揉成团和小铁片下落，快慢基本相同.较多的小组让小铁片、纸片、纸团从同一高度处自由下落，观察下落快慢，比较落地时间差.

师（鼓励学生自己动手设计实验）：巡查后选择几组有代表性的学生实验： 生：用一张纸片和一个铁片实验，使它们从同一高度同时下落，通过观察，不同物体在空中下落的快慢不同，小铁片下落快，纸片下落慢.

生：把其中的一个纸片揉成很小一团，纸团与铁片是同时落地的，说明物体的形状、大小对物体的下落有影响.

生：取两个同样大小的纸片，只将其中的一个纸片揉成很小一团，使它们从同一高度同时下落，结果是团成团的下落的快.

生：将两个纸片都团成团再做实验.纸团越小，受的空气阻力越小，说明空气阻力是影响物体下落快慢的原因.

师：同学们通过实验探究得出了怎样的结论？

生：实验探究的结论是①空气阻力是影响物体下落快慢的重要因素.②没有空气阻力时，在同一地方物体自由下落的运动情况相同.

师（鼓励学生猜测结论）：如果把质量、形状不同的物体放在真空中，从同一高度自由下落，结论会怎样呢？

生(思考与讨论并猜想)：可能同样快.

师：为了检验上述猜测，下面来看一个实验，注意观察实验现象.

师（演示，并引导学生观察）：将事先抽过气的牛顿管内的硬币与轻鸡毛从静止一起下落，观察实验结果两者几乎同时落到牛顿管的下端，硬币落下有声，眼可直接观察鸡毛下落；将牛顿管放进空气再做实验情况就截然不同了.

生：实验结论是没有空气阻力时，羽毛和钱币下落一样快.

师：这就是自由落体运动.同学们能否根据这些过程、结论，给其下一个定义？

生：在真空中物体只受重力，或者在空气中，物体所受空气阻力很小，和物体重力相比可忽略的条件下，物体从静止竖直下落.

师（板书）：一、自由落体运动

. 师：根据此定义和上述实验，你觉得自由落体运动的产生条件是什么？ 生：自由落体运动的产生条件是物体只受重力，初速度为零.

师（强调）：在实际当中，如果物体下落时受到的空气阻力作用比重力小得多、阻力可忽略不计时，物体自由下落的运动可看成自由落体运动．如：钢球、房檐水滴等的自由下落.

师：那么自由落体运动是什么性质的运动呢？

生：（部分学生思考后猜想）是匀变速直线运动.

师（追问根据，并引导学生利用实验验证）：这样说有根据吗？你研究过吗？下面大家依据课本45页实验方法，根据在前面所学的纸带分析方法和匀变速直线运动的判据，研究下列问题：①自由落体运动是不是匀加速运动？②若是，其加速度大小、方向如何？若不是，说明理由.

学生探索：利用打点计时器实验，让重锤带着纸带自由下落，再分析纸带.学生分组利用实验仪器测量并计算，在连续相等的时间里的位移差ΔS1、ΔS2、ΔS3，看ΔS1、ΔS2、ΔS3是否相等.

师（引导学生自主探究）：巡查后选择几组有代表性的学生实验得出的纸带进行投影分析.

生：计算得知，连续相等时间内通过的位移之差（△S）相等，说明重锤的自由落体运动是匀加速直线运动，并得出a=△S/T2=9.76m/s2.

生：我们的方法跟他们的一样，但测出的结果a=9.73m/s2，我想：这是由于实验中存在误差的原因.

师（鼓励并总结）：实验结论是自由落体运动是初速度为零的匀加速直线运动.师（板书）2、性质：自由落体运动是初速度为零的匀加速直线运动.

师：既然自由落体运动是匀加速直线运动，下面我们来研究自由落体运动的加速度.（提问）不同物体下落的加速度是否相同？

生（通过对实验事实和学过的知识分析，思考得出）：两物体下落的时间t相同，位移s也相同，由公式S=a t2/2，可得出a相同的结论.

师（板书）：二、自由落体加速度

在同一地点，一切物体在自由落体运动中的加速度都相同，这个加速度叫自由落体加速度，也叫重力加速度，用g表示.g是矢量，方向总是竖直向下的.

(二)文本研习模块——课本是第一学习资源

师：大家阅读课本46页的表格，从表格中你能发现什么，同一地点物体的g值都相同吗？有何规律？一般计算中取何值？粗略计算中取值为多少？

生（阅读后明白）：纬度越高，g值越大，而且都接近9.8m/s2.

师（说明）：一般计算时取g=9.8m/s2，粗略计算中常取g=10m/s2.

师：由于自由落体运动是初速度为零的匀加速直线运动，所以匀变速运动的基本公式及其推论都适用于自由落体运动.请同学们根据匀变速运动公式，结合

自由落体运动特点，写出自由落体运动的基本公式.

生：自由落体运动是初速度为零的匀加速直线运动

所以 V t = a t S = a t2/2

师：在自由落体运动中，如果物体下落的位移用h表示，前面的公式在这里可写成什么形式？

生（独立推导得出结论，实现知识的迁移）：自由落体的加速度a = g

所以 V t = g t h = g t2/2

师（板书）：三、自由落体的运动规律

速度公式 V位移公式 ｈ= g t2

位移—速度公式 V2

(三)新知应用模块——实践出真知，熟能生巧

师（将剪报与例题同时投影至屏幕上）：下面我们就应用自由落体运动的规律来解决一些实际问题.用大屏幕打出例题：

1991年5月11日《北京晚报》报道了一位青年奋勇接住一个从15层高楼窗口跌出的孩子的动人事迹．设每层楼高是2.8米，孩子经过多长时间着地？若这位青年从他所在的地方冲到一楼窗下需要的时间是1.3秒．请估计一下，他要接住孩子至多允许他有多长的反应时间？

生：学生思考，然后分析过程并解决问题.

师（点拨与调节）：用实物投影仪展示学生的练习情况，并指出不足，进行纠正.然后投影教师解答的过程.

师（总结）：第一问属于基础知识应用题，第二问属于探索与创新题，在第一问的基础上解决起来不是十分困难.

[课堂训练]略

[课堂小结]

1．知识小结：

2．方法小结：

为了研究自由落体运动，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模型——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.

[布置作业]

1．书本47页练习1，2，3

2．课外探究一：请你设计一个测定重力加速度的简易方法.查阅资料，结合现有知识，以“测量重力加速度的不同方法”为题写一篇科技小论文.

3．课外探究二：对照课本46页的“做一做”，请测定你的反应时间，并用文字报告说明：①你的测量原理；②什么是反应时间？③你的结果.

4．课外探究三：请运用所学自由落体运动，测量你家阳台到地面的高度.

[教与学评价]

学生自评——根据实际情况填写以下表格：

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