資源簡介

2.5《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 魯科版高中物理必修第一冊 授課類型 新授課 第1課時
教材分析
教材分析
本節內容選自魯科版高中物理必修第一冊第二章第2.25節《自由落體運動》，是勻變速直線運動規律在實際情境中的典型應用，具有承上啟下的作用。教材通過生活實例引入，引導學生探究物體下落的規律，打破“重物下落快”的錯誤前概念，建立自由落體運動的科學模型。內容包括自由落體的定義、條件、加速度g的測量與理解，以及基本公式推導與應用，體現了從現象觀察到理論建構的物理思維過程。
學情分析
高一學生剛接觸高中物理，具備一定的初中力學基礎，知道重力概念，但普遍存在“重的物體下落更快”的前認知誤區。他們思維活躍，對實驗現象興趣濃厚，但抽象思維能力和科學探究能力尚在發展中。部分學生在數學運算、單位換算和圖像分析方面存在困難。因此，教學需通過直觀實驗破除迷思，借助慢放視頻、DIS傳感器等數字化手段增強感知，引導學生經歷“質疑—實驗—建?！炞C”的完整探究過程，在合作中提升數據處理與表達能力。
課時教學目標
物理觀念
1. 理解自由落體運動的定義和條件，知道自由落體是初速度為零、加速度為g的勻加速直線運動。
2. 掌握自由落體運動的基本規律，能運用v = gt、h = gt 、v = 2gh等公式解決簡單問題。
科學思維
1. 通過對比實驗和數據分析，歸納自由落體運動的規律，發展歸納與演繹的科學思維能力。
2. 能將實際下落問題抽象為自由落體模型，并進行合理估算與判斷。
科學探究
1. 能設計并參與“探究下落快慢與質量關系”“測量重力加速度”等實驗，體驗控制變量法的應用。
2. 能使用打點計時器或光電門等器材獲取數據，并進行初步處理與誤差分析。
科學態度與責任
1. 在實驗中養成實事求是、嚴謹細致的科學態度，尊重實驗數據。
2. 認識伽利略科學思想的偉大，體會人類對自然規律探索的曲折與執著，增強科學精神。
教學重點、難點
重點
1. 自由落體運動的定義、條件及其運動規律（v = gt, h = gt , v = 2gh）。
2. 重力加速度g的物理意義及數值特點。
難點
1. 突破“重物下落快”的前概念，理解自由落體運動的普遍性。
2. 實驗數據的準確獲取與處理，理解空氣阻力對實驗的影響。
教學方法與準備
教學方法
情境探究法、實驗探究法、講授法、合作學習法
教具準備
牛頓管、抽氣機、手機慢放功能、DIS光電門系統、小球、刻度尺、打點計時器、紙帶、多媒體課件
教學環節 教師活動 學生活動
情境導入，破除迷思
【5分鐘】 一、生活情境引發認知沖突 （一）、提出驅動性問題，激發探究欲望。
教師手持一張A4紙和一個相同大小的硬紙板，提問：“同學們，請預測一下，如果我同時從同一高度釋放這兩樣東西，誰會先落地？”絕大多數學生會回答“硬紙板先落地”。教師隨即演示，結果確實如此。緊接著，教師將A4紙揉成紙團，再次與硬紙板同時釋放，這次兩者幾乎同時落地。學生表現出驚訝與疑惑。
引導語：“為什么同樣是這張紙，平放時落得慢，揉成團就和硬紙板一樣快了？這說明物體下落的快慢可能和什么有關？真的是越重越快嗎？”
（二）、講述伽利略的故事，樹立科學精神。
教師講述：“在400多年前，偉大的科學家伽利略也曾對這個問題產生懷疑。當時人們普遍相信亞里士多德的觀點——重的物體下落快，輕的物體下落慢。但伽利略認為，如果把重物和輕物綁在一起，按照這個理論，會出現矛盾：一方面，總重量更大，應該下落更快；另一方面，輕物會拖慢重物，應該下落更慢。這個悖論讓他堅信，所有物體在真空中下落的快慢應該是一樣的。”
過渡語：“伽利略的思想是偉大的，但當時沒有真空環境，他如何驗證呢？他巧妙地采用了‘沖淡重力’的方法——讓小球沿斜面滾下，減緩運動過程便于觀察。今天，我們借助現代技術，可以直接探究自由落體的奧秘?！?1. 觀察實驗現象，形成初步猜想。
2. 思考教師提問，產生認知沖突。
3. 傾聽伽利略的故事，感受科學質疑精神。
4. 明確本節課探究主題。
評價任務 現象描述：☆☆☆
猜想提出：☆☆☆
興趣激發：☆☆☆
設計意圖 通過反直覺的實驗制造認知沖突，迅速抓住學生注意力，激活前概念。引入伽利略的科學史，不僅解釋了問題的由來，更滲透了“質疑—推理—實驗驗證”的科學方法，為后續探究奠定思想基礎，體現科學態度與責任的培養。
實驗探究，建構規律
【15分鐘】 一、真空管實驗，驗證普遍性 （一）、演示牛頓管實驗，直觀呈現理想條件。
教師展示牛頓管（內裝羽毛、金屬片、軟木塞等不同質量、密度的物體），先在空氣狀態下倒置，讓學生觀察物體下落的先后順序。然后用抽氣機將管內空氣抽出，再次倒置。學生清晰地看到，在真空狀態下，所有物體幾乎同時到達底部。
引導語：“請大家仔細觀察，抽真空前后，物體下落情況發生了什么根本變化？這說明影響物體下落快慢的主要因素是什么？”
學生討論后得出結論：空氣阻力是導致輕小物體下落慢的主要原因，在沒有空氣阻力的情況下，所有物體下落的快慢相同。
（二）、定義自由落體運動，明確條件。
教師板書并強調：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。其條件是：① 初速度為零（v = 0）；② 只受重力作用（或空氣阻力可忽略不計）。
舉例說明：熟透的蘋果從樹上落下、蹦極者跳下瞬間、忽略空氣阻力的雨滴下落等都可近似看作自由落體運動。
二、測量重力加速度，獲取核心數據 （一）、分組實驗：使用DIS光電門系統測g。
將學生分為若干小組，每組配備DIS光電門、小球、鐵架臺、刻度尺。教師講解實驗原理：小球從靜止釋放，通過兩個間距為h的光電門，系統自動記錄通過時間t 、t ，可計算出兩位置的速度v 、v ，利用公式v - v = 2gh計算g。
教師巡視指導，強調操作要點：確保小球從靜止釋放、光電門位置準確測量、多次測量取平均值以減小誤差。
（二）、數據處理與分析。
各小組將測得的g值填入黑板上的統計表。教師引導學生觀察數據：雖然各組結果略有差異，但都集中在9.8 m/s 左右。
教師總結：“這個加速度是由重力產生的，我們稱之為重力加速度，通常用g表示。它的方向豎直向下，大小在地球表面附近約為9.8 m/s ，粗略計算時可取10 m/s 。g的大小與物體的質量、形狀、材料無關，只與地理位置有關?！?1. 觀察牛頓管實驗，對比分析現象差異。
2. 參與小組實驗，操作DIS系統測量g值。
3. 記錄并處理實驗數據，計算重力加速度。
4. 匯報實驗結果，參與全班數據討論。
評價任務 實驗操作：☆☆☆
數據記錄：☆☆☆
結論歸納：☆☆☆
設計意圖 牛頓管實驗是破除迷思的關鍵，通過“有無空氣”的對比，讓學生親眼見證理想條件下的物理規律，建立“自由落體”的科學概念。DIS實驗則讓學生親歷科學探究全過程，從操作到數據處理，培養實驗技能和科學思維。通過全班數據共享，體會測量的重復性與誤差的存在，理解g的普遍性與近似性。
公式推導，深化理解
【10分鐘】 一、從勻變速規律推導自由落體公式 （一）、類比遷移，建立數學模型。
教師引導：“我們已經知道自由落體是初速度為零的勻加速直線運動，其加速度為g。那么，我們能否將勻變速直線運動的一般公式應用到自由落體中？”
教師板書勻變速直線運動基本公式：v = v + at，x = v t + at ，v - v = 2ax。
引導學生思考：在自由落體中，v = 0，a = g，x = h（下落高度）。請學生嘗試代入，推導出自由落體的專用公式。
學生在教師引導下得出：v = gt，h = gt ，v = 2gh。
（二）、解讀公式，理解物理意義。
教師逐條解讀：
1. v = gt：下落速度與時間成正比，每秒增加約9.8 m/s。
2. h = gt ：下落高度與時間的平方成正比，說明下落越來越快。
3. v = 2gh：速度平方與下落高度成正比，可用于估算落地速度。
教師強調：這三個公式只適用于自由落體運動，即v =0、a=g、僅受重力的理想條件。
二、圖像分析，直觀呈現規律 （一）、繪制v-t圖像，理解加速度。
教師引導：“根據v = gt，速度與時間是什么關系？它的v-t圖像應該是怎樣的？”
學生回答：正比例函數，是一條過原點的直線。
教師畫出v-t圖像，斜率k = Δv/Δt = g，說明斜率即為重力加速度。
（二）、繪制h-t圖像，理解位移規律。
教師提問：“h = gt 是二次函數，它的h-t圖像會是什么形狀？”
學生回答：拋物線。
教師畫出h-t圖像，強調其開口向上，說明位移隨時間加速增加。 1. 回憶勻變速公式，參與公式推導。
2. 理解自由落體公式的物理意義。
3. 分析v-t和h-t圖像，建立圖像與規律的聯系。
4. 筆記關鍵公式與圖像特征。
評價任務 公式推導：☆☆☆
意義理解：☆☆☆
圖像分析：☆☆☆
設計意圖 通過類比勻變速運動，引導學生自主推導自由落體公式，體現知識的遷移與建構。對公式的逐條解讀和圖像分析，幫助學生從代數和幾何兩個角度深化對規律的理解，發展科學思維。強調公式的適用條件，培養學生嚴謹的物理思維習慣。
應用鞏固，解決問題
【10分鐘】 一、基礎應用，鞏固公式 （一）、例題講解：估算下落時間與速度。
教師出示例題：“某同學從教學樓四樓窗臺（離地約12.5m）不小心掉落一支筆，忽略空氣阻力，求：（1）筆落地所需時間；（2）落地時的速度大小?！保ㄈ=10m/s ）
教師引導學生分析：這是典型的自由落體問題，v =0，a=g，h=12.5m。
解：（1）由h = gt 得 t = √(2h/g) = √(2×12.5/10) = √2.5 ≈ 1.58s
（2）由v = gt 得 v = 10×1.58 = 15.8 m/s 或由v = 2gh 得 v = √(2×10×12.5) = √250 ≈ 15.8 m/s
強調解題步驟：審題→建模（判斷是否為自由落體）→選公式→代入計算→單位與結果。
二、情境拓展，聯系生活 （一）、討論“黃金三秒”與安全距離。
教師提問：“在建筑工地，為何要戴安全帽？如果一塊磚從5米高處落下，不戴安全帽會怎樣？”
學生計算：t = √(2×5/10) = 1s，v = 10×1 = 10 m/s = 36 km/h，相當于一輛汽車在市區的速度，沖擊力巨大。
引導學生理解高空墜物的危險性，增強安全意識。
（二）、估算反應時間。
教師演示“尺子下落測反應時間”實驗：讓一名學生伸手準備捏住豎直懸掛的尺子的零刻度處，教師突然松手，學生盡快捏住尺子，讀出捏住位置的刻度h。
根據h = gt ，可得t = √(2h/g)，代入h即可估算該同學的反應時間。邀請幾位學生上臺體驗。 1. 聽講例題，學習解題規范。
2. 獨立計算基礎題目，鞏固公式應用。
3. 參與討論，理解物理知識的實際意義。
4. 上臺參與反應時間測量，體驗物理趣味。
評價任務 公式應用：☆☆☆
解題規范：☆☆☆
安全意識：☆☆☆
設計意圖 通過典型例題規范解題步驟，提升學生應用能力。將自由落體與“高空墜物安全”“反應時間測量”等生活情境結合，體現“從生活走向物理，從物理走向社會”的課程理念，增強學生的社會責任感和學習興趣，實現知識的遷移與升華。
課堂總結，升華主題
【5分鐘】 一、結構化總結，梳理知識脈絡 （一）、回顧本課核心內容。
教師引導學生共同回顧：今天我們從“重物下落快”的迷思出發，通過牛頓管實驗和DIS測量，認識到在忽略空氣阻力時，所有物體下落快慢相同，建立了自由落體運動的模型。它是一種初速度為零、加速度為g的勻加速直線運動。我們推導并掌握了三個基本公式：v = gt，h = gt ，v = 2gh。g的大小約為9.8 m/s ，方向豎直向下。
二、升華式總結，感悟科學精神 （一）、致敬伽利略，傳承科學之光。
教師深情總結：“伽利略曾說：‘一切推理都必須從觀察與實驗得來?！麤]有盲從權威，而是用思想和實驗挑戰了統治近兩千年的錯誤觀念。今天，我們手中的每一個數據，每一條公式，都閃耀著先賢智慧的光芒。自由落體不僅是一個物理模型，更是一種科學精神的象征——敢于質疑，勇于探索，尊重事實。希望同學們在未來的學習中，也能像伽利略一樣，用自己的眼睛去觀察世界，用自己的頭腦去思考問題，讓科學的種子在心中生根發芽?！?1. 回顧本節課主要知識點。
2. 理解自由落體的物理模型與公式。
3. 感悟伽利略的科學精神。
4. 形成尊重實驗、敢于質疑的科學態度。
評價任務 知識梳理：☆☆☆
精神感悟：☆☆☆
態度形成：☆☆☆
設計意圖 通過結構化總結幫助學生構建清晰的知識框架。以伽利略的名言和科學史收尾，將知識學習上升到科學精神的傳承，激發學生的科學熱情與人文情懷，實現情感態度與價值觀的深度升華，使課堂余韻悠長。
作業設計
一、基礎鞏固
1. 關于自由落體運動，下列說法正確的是（ ）
A. 物體從靜止開始下落的運動就是自由落體運動
B. 自由落體運動是初速度為零、加速度為g的勻加速直線運動
C. 在空氣中，輕重不同的物體下落快慢一定不同
D. 重力加速度g的方向總是垂直向下
2. 一物體從離地80m高處由靜止開始自由下落，求：（g取10m/s ）
（1）物體下落3秒時的速度大??；
（2）物體在第3秒內的位移大?。?br/>（3）物體落地所需總時間。
二、能力提升
3. 某同學用手機慢動作拍攝一小球從靜止下落的過程，每隔0.1秒截取一幀畫面，測得連續三幀中小球位置距起點的距離分別為4.9cm、19.6cm、44.1cm。請利用這些數據估算當地的重力加速度g，并判斷小球的運動是否符合理想自由落體規律。（提示：利用Δh = gT ）
三、實踐探究
4. 設計一個簡易實驗，利用直尺和同伴，測量你自己的反應時間。寫出實驗步驟、測量數據，并計算結果。思考：如何提高測量的準確性？
【答案解析】
一、基礎鞏固
1. B（解析：A缺少“只受重力”條件；C忽略了空氣阻力的影響；D應為“豎直向下”）
2. （1）v = gt = 10×3 = 30 m/s
（2）第3秒內位移 = h - h = ×10×3 - ×10×2 = 45 - 20 = 25 m
（3）由h = gt 得 t = √(2h/g) = √(2×80/10) = √16 = 4 s
二、能力提升
3. Δh = 19.6 - 4.9 = 14.7 cm = 0.147 m
Δh = 44.1 - 19.6 = 24.5 cm = 0.245 m
T = 0.1 s
若為自由落體，Δh應相等且Δh = gT g = Δh / T
但Δh ≠ Δh ，說明存在空氣阻力或測量誤差。取平均Δh = (0.147 + 0.245)/2 = 0.196 m
g ≈ 0.196 / (0.1) = 19.6 / 1 = 19.6 m/s ？ 明顯偏大，應使用逐差法：g = (Δh - Δh )/T = (0.245 - 0.147)/0.01 = 9.8 m/s 。故g≈9.8m/s ，符合理想規律。
板書設計
自由落體運動
——只在重力作用下，從靜止開始下落
條件：v = 0，僅受重力（或f_阻 G）
性質：初速度為零的勻加速直線運動
加速度：重力加速度 g ≈ 9.8 m/s ，方向豎直向下
基本公式：
速度公式：v = gt
位移公式：h = gt
速度位移公式：v = 2gh
v-t圖像：過原點的直線，斜率 = g
h-t圖像：拋物線
教學反思
成功之處
1. 以“紙團與硬紙板”實驗導入，有效制造認知沖突，極大激發了學生探究興趣，課堂氛圍活躍。
2. 結合伽利略科學史進行教學，不僅傳授知識，更滲透了科學方法與精神，實現了多維目標的融合。
3. DIS實驗數據共享與分析環節，學生參與度高，對g的理解從抽象符號變為具體數值，效果顯著。
不足之處
1. 部分學生在公式應用時仍習慣套用，對物理過程的分析不夠深入，需加強建模訓練。
2. DIS設備數量有限，部分小組等待時間較長，影響實驗效率，今后可增加傳統打點計時器作為備選。
3. 作業第3題難度偏大，部分學生對逐差法不熟悉，需在課上補充講解或提供更詳細提示。

展開更多......

收起↑