資源簡介

2.4《自由落體運動》課時教案
學科 物理 年級冊別 高一上冊 共1課時
教材 人教版高中物理必修第一冊（2019版） 授課類型 新授課 第1課時
教材分析
教材分析
本節內容位于人教版高中物理必修第一冊第二章“勻變速直線運動的研究”第四節，是勻變速直線運動規律在特定條件下的具體應用。教材從亞里士多德與伽利略的思想沖突切入，通過實驗探究揭示自由落體運動的本質——初速度為零的勻加速直線運動，并給出其基本規律公式。該節內容不僅深化對加速度概念的理解，還滲透了“控制變量”“理想實驗”等科學方法，為后續學習豎直上拋、拋體運動奠定基礎，具有承上啟下的作用。
學情分析
高一學生對“重物下落快、輕物下落慢”有直觀生活經驗，但缺乏科學辨析能力。學生已掌握勻變速直線運動的基本公式與v-t圖像，具備初步的實驗觀察能力。然而，將自由落體視為勻加速運動仍存在認知障礙，尤其對“質量不影響下落快慢”難以接受。此外，學生在處理多過程自由落體問題（如先后釋放、末段時間位移）時易混淆公式。教學中需通過實驗破除迷思，借助數學推導強化規律理解，提升科學思維與實證意識。
課時教學目標
觀察現實世界
1. 能列舉生活中物體下落的實例，識別自由落體運動的條件：僅受重力、初速度為零。
2. 能通過實驗觀察不同質量物體的下落實況，發現其運動規律的共性。
思考現實世界
1. 能運用控制變量法設計實驗，探究自由落體加速度與質量、形狀的關系，理解“理想化模型”的意義。
2. 能從v-t圖像或連續相等時間內的位移差推導出自由落體加速度g，并理解其物理含義。
表達現實世界
1. 能用文字、公式（h= gt 、v=gt、v =2gh）和圖像準確描述自由落體運動規律。
2. 能規范解答自由落體相關問題，如計算下落時間、高度、速度等。
科學思維與探究實踐
1. 能通過“滴水法”“頻閃照相”等方法測量當地重力加速度，體驗科學測量過程。
2. 能分析多階段自由落體問題（如先后釋放、末段時間位移），建立物理模型并求解。
教學重點、難點
重點
1. 自由落體運動的定義、條件及其運動性質（初速度為零的勻加速直線運動）。
2. 自由落體運動的基本規律公式：h= gt 、v=gt、v =2gh。
難點
1. 理解“在真空中所有物體下落快慢相同”的科學本質，破除“重快輕慢”的生活經驗誤區。
2. 在復雜情境中（如先后釋放、末段時間位移）靈活應用自由落體公式解決問題。
教學方法與準備
教學方法
情境探究法、實驗探究法、講授法、議題式教學法
教具準備
多媒體課件、真空管（牛頓管）、鐵球與紙片、打點計時器、重錘、刻度尺、頻閃照片、計算器
教學環節 教師活動 學生活動
情境導入：蘋果與牛頓
【5分鐘】 一、講述科學故事，激發探究興趣 （一）、播放動畫短片：
展示牛頓被蘋果砸中的經典場景，配以旁白：“1666年，一場瘟疫席卷英國，劍橋大學關閉。年輕的艾薩克·牛頓回到家鄉林肯郡。一天，他坐在蘋果樹下沉思，一只蘋果落下，砸中了他的頭……這一擊，是否真的啟發了萬有引力定律？”
提問：如果蘋果從5米高處落下，砸中牛頓時的速度大約是多少？需要多長時間？
引導語：要回答這些問題，我們先要弄清——物體下落遵循什么規律？
（二）、提出核心議題：“輕重不同的物體，誰下落得更快？”
演示1：同時釋放一枚硬幣和一張展開的紙片，硬幣先落地。
演示2：將紙片揉成團，再與硬幣同時釋放，幾乎同時落地。
提問：為什么結果不同？空氣阻力扮演了什么角色？如果沒有空氣，結果會怎樣？
過渡語：2000多年前，亞里士多德認為“重的物體下落快”，這一觀點統治了近兩千年。直到伽利略在比薩斜塔做了實驗，才推翻了它。今天，我們不做斜塔實驗，但可以用更精密的方式——探究自由落體運動。 1. 觀看動畫，思考問題。
2. 觀察實驗現象，記錄結果。
3. 對比分析，提出猜想。
4. 激發探究自由落體的興趣。
評價任務 情境理解：☆☆☆
現象觀察：☆☆☆
問題提出：☆☆☆
設計意圖 以牛頓與蘋果的傳奇故事引入，增強課堂趣味性與文化厚度。通過對比實驗制造認知沖突，引導學生意識到空氣阻力的影響，為“理想化模型”的提出做鋪墊。提出“輕重之爭”這一核心議題，激發學生探究欲望，明確學習目標。
實驗探究：破除迷思
【15分鐘】 一、真空管實驗，揭示本質規律 （一）、演示牛頓管實驗
教師展示真空管（內有羽毛和鐵球），先在空氣中倒置，觀察羽毛下落緩慢；然后用抽氣機抽去空氣，再次倒置，觀察兩者幾乎同時落地。
提問：這個實驗說明了什么？自由落體運動的快慢與質量有關嗎？
引導學生得出結論：在沒有空氣阻力的情況下，所有物體下落的加速度相同，與質量無關。
（二）、定義自由落體運動
板書：物體只在重力作用下從靜止開始下落的運動，叫做自由落體運動。
強調兩個條件：①僅受重力（或空氣阻力可忽略）；②初速度為零。
二、頻閃照片分析，驗證勻加速性質 （一）、展示頻閃照片數據
出示教材P45圖2.4-3或實驗拍攝的頻閃照片：小球自由下落，連續五次曝光位置1、2、3、4、5，時間間隔均為T，每段距離分別為d 、d 、d 、d 。
要求學生計算相鄰位移差：Δd = d - d ，Δd = d - d ，Δd = d - d 。
提問：這些位移差相等嗎？說明什么運動特征？
引導得出：Δd ≈ 恒量，符合勻變速直線運動的Δx = aT 規律。
（二）、計算重力加速度
由Δx = gT ，得g = Δx / T 。
例如，若T=0.05s，Δx=9.8mm，則g = 0.0098 / (0.05) = 9.8 m/s 。
強調：這個加速度稱為自由落體加速度，也叫重力加速度，通常用g表示，方向豎直向下。 1. 觀察真空管實驗現象。
2. 分析數據，計算位移差。
3. 判斷運動性質，得出結論。
4. 理解g的物理意義。
評價任務 實驗觀察：☆☆☆
數據分析：☆☆☆
規律歸納：☆☆☆
設計意圖 通過牛頓管實驗直觀破除“重快輕慢”的迷思，建立科學認知。利用頻閃照片進行定量分析，讓學生親歷“從現象到數據，從數據到規律”的科學探究過程，理解自由落體是勻加速運動，并掌握g的測量方法，培養證據意識與數據分析能力。
規律建構：公式推導
【10分鐘】 一、從一般到特殊，建立公式體系 （一）、回顧勻變速運動公式
提問：勻變速直線運動的基本公式有哪些？
學生回答后，教師板書：
v = v + at
x = v t + at
v - v = 2ax
（二）、代入自由落體條件
引導：自由落體是v =0、a=g的勻加速運動，將條件代入上述公式：
v = 0 + gt v = gt
h = 0·t + g t h = gt
v - 0 = 2gh v = 2gh
板書三個公式，并標注適用條件與物理量含義。
（三）、強調g的取值
說明：g隨緯度和高度變化，通常取9.8 m/s ，有時為計算方便取10 m/s 。方向始終豎直向下。 1. 回憶并寫出勻變速公式。
2. 代入v =0、a=g進行推導。
3. 理解每個公式的物理意義。
4. 記錄g的常用取值與方向。
評價任務 知識遷移：☆☆☆
公式推導：☆☆☆
符號理解：☆☆☆
設計意圖 通過“從一般到特殊”的邏輯推導，幫助學生理解自由落體公式并非孤立存在，而是勻變速運動規律的特例。強化數學工具在物理中的應用，提升學生的建模能力。明確g的取值與方向，避免后續計算錯誤。
應用深化：破解難題
【12分鐘】 一、解決導入問題：蘋果的速度 （一）、計算蘋果落地速度
回到導入問題：一個質量m的小球從距離地面高h = 5m處自由下落，忽略空氣阻力， g取10m/s2，求： (1)小球從釋放到落地的時間t； (2)小球落地時的速度大小v； 【答案】(1)t =1s (2) v = 10m/s (3)見解析 【分析】根據求解時間t；根據v=gt求解落地的速度；根據牛頓第二定律證明小球在自由下落過程中，加速度大小為g． 【詳解】（1）根據自由落體運動規律 解得小球落地的時間 t =1s （2）根據勻變速直線運動規律 解得小球落地時的速度 v = 10m/s 二、分析多過程問題：先后釋放鋼球 （一）、出示練習11情境
從某高度釋放第一粒石子，1秒后釋放第二粒，不計空氣阻力。求任一時刻兩石子間的距離與速度差。
設第一粒運動時間t，則第二粒為(t-1)。
h = gt ，h = g(t-1) Δh = h - h = g(2t - 1)
v = gt，v = g(t-1) Δv = g
結論：距離隨時間增大，速度差恒定為g。
對應練習11答案B。
三、測量反應時間 （一）、演示直尺測反應時間
請一位學生上臺利用如圖所示方法估測反應時間．甲同學捏住直尺上端，使直尺保持豎直狀態，乙同學的手指對齊直尺的零刻度．當乙看見甲放開直尺時，立即用手指捏直尺，若捏住位置刻度讀數為，重力加速度為，則乙同學的反應時間為 ．基于上述原理，某同學用直尺制作測量反應時間的工具，若測量范圍為，則所用直尺的長度至少為 . 【答案】 80 【詳解】直尺做的是自由落體運動，根據自由落體運動計算，下降的時間．直尺下降的時間就是人的反應時間，根據求的距離，直尺下降的時間即為自由落體運動的時間，根據可得．即乙同學的反應時間為．測量范圍為，則所用直尺的長度即為自由落體下降的位移的大小，即：． 因x ∝ t ，故相等時間間隔對應的長度不相等，越往下越長。 1. 選擇合適公式解題。
2. 推導距離與速度差表達式。
3. 參與反應時間測量實驗。
4. 理解x與t 的非線性關系。
評價任務 模型構建：☆☆☆
公式應用：☆☆☆
實驗體驗：☆☆☆
設計意圖 通過解決導入問題實現首尾呼應，增強學習成就感。通過“先后釋放”“反應時間”等典型問題，訓練學生建模與公式選擇能力。引入生活化實驗，體現物理與生活的聯系，提升學習興趣與實踐能力。
當堂檢測：技能闖關
【8分鐘】 一、基礎辨析：概念理解 （一）、出示選擇題2
關于自由落體運動，下列說法正確的是( )
A. 物體豎直向下的運動就是自由落體運動
B. 加速度等于g的運動就是自由落體運動
C. 質量不同的物體運動規律相同
D. 位移與時間成正比
引導學生逐項分析：
A錯——必須僅受重力且v =0；B錯——必須v =0；C正確；D錯——h ∝ t 。
對應答案C。
二、綜合判斷：圖像與多選 （一）、出示選擇題10
直升機200m高空每隔1s釋放鋼球，判斷排列情況。
強調：每個鋼球都是自由落體，釋放時間不同導致速度不同。
早釋放的球速度大，相鄰球間距Δx = g(t+0.5) > gt，故越靠近地面間距越大。
落地速度相同，因下落高度相同。
故B、C正確，A、D錯誤。
對應答案BC。 1. 獨立完成選擇題。
2. 分析選項，排除錯誤。
3. 理解多球下落的相對運動。
4. 提高審題與判斷能力。
評價任務 概念辨析：☆☆☆
圖像分析：☆☆☆
選項判斷：☆☆☆
設計意圖 通過精選練習題檢測學生對自由落體條件、規律、圖像的理解。題目源自配套練習，具有代表性。通過即時講解，幫助學生澄清誤區，鞏固核心概念，提升應試能力。
課堂總結：升華認知
【2分鐘】 一、結構化回顧 （一）、梳理知識脈絡
今天我們經歷了三個階段：
1. **質疑**：從“蘋果落地”出發，挑戰“重快輕慢”的常識；
2. **探究**：用真空管和頻閃照片，發現“所有物體下落一樣快”；
3. **表達**：用h= gt 、v=gt、v =2gh三個公式，描述這一自然法則。
這不僅是知識的積累，更是科學精神的傳承——敢于質疑，勤于實證，善于建模。
（二）、激勵性結語
伽利略曾說：“衡量一個人的真正標準，是他提出的問題，而不是他給出的答案?！苯裉炷銈兲岢隽藛栴}，也找到了答案。愿你們保持這份好奇與勇氣，在探索自然奧秘的道路上，走得更遠！ 1. 跟隨教師回顧知識點。
2. 理解科學探究方法。
3. 感受物理學習的意義。
4. 樹立科學探究信念。
評價任務 知識整合：☆☆☆
思維提升：☆☆☆
情感共鳴：☆☆☆
設計意圖 采用“結構化+激勵性”雙模式總結，既系統梳理知識與方法，又升華科學精神。引用伽利略名言，強調提問的重要性，激發學生持續探究的內在動力，為后續學習埋下伏筆。
作業設計
一、基礎鞏固：公式應用
1. 一物體從45m高處自由下落，求：(1) 落地時間；(2) 落地速度；(3) 最后1秒內的位移。（g取10m/s ）
二、能力提升：綜合分析
2. 從塔頂先后釋放兩個小球，間隔1秒。當第一個球下落4秒時，兩球間距多大？此時第二個球的速度是多少？
3. 如圖所示為某物體自由下落的v-t圖像，求：(1) 3秒內的位移；(2) 第2秒末的速度；(3) 加速度。
（圖像描述：過原點的直線，斜率為10）
三、拓展探究：真實測量
4. 設計一個“滴水法測重力加速度”的實驗方案。寫出實驗步驟、所需器材、測量原理（公式推導）及注意事項。若測得水龍頭到盤子高度h=0.8m，連續聽到5次水滴聲的時間為2.0s，求g值。
【答案解析】
一、基礎鞏固
1.【答案】（1）3s；（2）30m/s；（3）25m （1）根據位移時間關系公式有 解得 （2）物體落地時的速度為 （3）根據位移時間關系公式可得，物體下落的位移為 最后一秒內的位移為
二、能力提升
2. 第一球下落時間4s，位移 h = ×10×16 = 80 m；第二球下落時間3s，位移 h = ×10×9 = 45 m；間距 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
板書設計
2.4 自由落體運動
【左側】
一、條件：
1. 僅受重力
2. 初速度為零
【中部】
二、性質：
初速度為零的勻加速直線運動
a = g ≈ 9.8 m/s （豎直向下）
【右側】
三、公式：
v = gt
h = gt
v = 2gh
→ 應用：測高、測速、測反應時間
教學反思
成功之處
1. 以“牛頓與蘋果”故事貫穿導入，激發學生興趣，增強課堂人文氣息。
2. 牛頓管實驗效果顯著，有效破除“重快輕慢”的迷思觀念，建立科學認知。
3. 結合配套練習進行應用訓練，題目典型，講解到位，學生掌握情況良好。
不足之處
1. 頻閃照片分析環節時間偏緊，部分學生未能完成全部計算。
2. 對于“末段時間位移”類問題（如練習15），部分學生仍習慣套用錯誤方法，需加強變式訓練。
3. 實驗環節因器材限制，未能讓每位學生動手操作，影響體驗感。
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