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视频课题：高一物理人教版必修1第二章匀变速直线运动的研究5自由落体运动-湖南
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高一物理人教版必修1第二章匀变速直线运动的研究5自由落体运动-湖南省永州
人教版物理必修一 第二章 第五节
《自由落体运动》教学设计
教学设计思想
物理学是一门以实验为基础的自然科学，实际教学过程中应给学生主动探究、自主学习的空间。一般说来，学习过程中学生要解决的问题大多是科学上已经解决了的问题，不过，这些问题对学生来说，却是新的和未知的，通过这些问题分析探究，既有利于培养学生对知识进行再次发现的浓厚兴趣，也有利于激励学生探索科学知识的精神，让学生在探究过程中获得知识、发展技能、培养能力，获取成功的体验。
探究式教学着重于全面提高学生素质，尊重学生主体，培养学生的创新能力，强调学生的参与性、自主性和思维能力的创造性。使学生在学习过程中享受主动、轻松和快乐。自由落体运动是一节比较适合采用探究式教学的内容。
探究式教学的一般程序是：“设定情景，提出问题”——“分析问题，提出假设”——“设计实验，验证假设”——“分析结论，得出结果”。所以在本节课的教学中，教师可提出以下三个问题引导学生进行探究——①物体下落的快慢与什么因素有关？引导学生按照探究式教学的一般程序得出结论：建立起自由落体运动的模型。②不同物体自由下落的加速度是否相同？引导学生按照上述程序得出结论：在同一地点，不同物体自由下落的加速度相同，都等于自由落体（重力）加速度。③自由落体运动的规律是怎样的？引导学生按照上述程序得出结论：自由落体运动是初速度为零的匀变速直线运动。学生解决这三个问题的过程既是科学的再发现过程，又是学生获得知识、掌握知识、提升能力的过程。
教学内容分析
本节教材共有六个主要知识点，（1）自由落体运动模型的建立；（2）自由落体运动的定义及条件；（3）自由落体运动的性质；（4）自由落体加速度g；（5）自由落体运动的公式及推论；（6）自由落体运动规律的应用。
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自由落体运动是学生在学习了匀变速直线运动及规律后学习的内容，自由落体运动是又自然界广泛存在的物体自由下落的一种理想模型，是一种典型的匀变速直线运动。所以，对通过这节课的学习，有利于学生进一步理解匀变速直线运动的特点和规律，更好地体会物理与生活的密切关系。同时又培养了学生探究物理问题的方法，激发了学生学习物理的兴趣。
教学重点
自由落体运动的规律。
教学难点
自由落体运动规律的得出。
课时安排
1课时
三维目标 1．知识与技能
（1）了解研究自由落体运动的历史事实和科学方法； （2）理解自由落体运动的定义、条件和性质；
（3）理解自由落体（重力）加速度，知道它的特点、大小和方向； （4）能用匀变速直线运动的规律解决自由落体的实际问题。
2．过程与方法
（1）培养学生的观察能力和逻辑推理能力；
（2）进行科学态度和科学方法教育，引导学生了解研究自然规律的科学方法，培养学生探求知识的兴趣和能力；
（3）通过对自由落体运动规律的应用，提高学生的分析能力和应用能力。
3．情感、态度与价值观
（1）充分利用多媒体辅助教学、演示实验和身边小实验，让学生积极参与课堂活动，让学生参与设疑、解疑、探求规律，做到师生默契配合、情理交融，使学生始终处于积极的探求知识的过程中，达到最佳的学习心理状态。 （2）利用课后的阅读材料，介绍伽利略上百次对落体运动本质规律的探索研究，让学生体会到科学探索的艰辛，充分挖掘德育教育的素材。
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教学准备
10cm长的直尺、同样大小的圆形纸片和纸板、牛顿管，抽气机，铁架台、打点计时器、纸带、重物、塑料直尺，刻度尺、自制课件。
教学过程 一、新课导入 1、趣味小游戏：
教师用手握住一把长度为10cm的塑料直尺的上端，学生把手放在直尺下端的位置做好握尺的准备，看到教师松手，学生立即用手握尺，结果没有握住直尺。重复做一次实验，学生还是没有握住直尺。师生互换角色做1次实验，教师也没有握住直尺。教师设疑：在刚才的游戏中，教师和学生为什么都握不住下落的直尺呢？ 先把这个疑问放在这里。
2、身边小实验：
让一个圆形纸板与一张跟纸板同样大小的纸片，从同一高度由静止开始下落，请学生仔细观察会发生什么现象？同学们会观察到：纸板下落较快，纸片下落较慢。教师设疑：这是否说明重的物体下落快，轻的物体下落慢呢？ 学生：不能。接着，再做1个小实验：把刚才的纸片折叠成纸团，再让它和纸板从同一位置由静止开始下落，请学生仔细观察会发生什么现象？同学们观察到：它们下落的快慢差不多。教师设疑：这说明了什么问题？这说明了物体下落的快慢与物体的质量没有关系。教师设疑：请大家猜想一下，影响物体下落快慢的因素可能是什么呢？学生猜想：空气阻力。
3、演示实验-----“牛顿管”实验：
当牛顿管内有空气时，让金属片和羽毛同时由静止开始下落，让学生仔细观察会发生什么现象？学生会观察到：金属片下落较快，纸片下落较慢。接下来，用抽气机把牛顿管内的空气抽出来，让牛顿管内接近真空再重做刚才的实验。请学生仔细观察会发生什么现象。学生会观察到：金属片跟羽毛下落得几乎一样快。教师设疑：这个实验说明了什么问题？这个实验这说明了，在没有空气阻力的情况下，轻、重物体下落的快慢是相同的。也就是说，物体下落的快慢与物体的质量没有关系。其实，关于物体下落的快慢与质量没有关系这个问题，早在16世纪末，经典力学与实验物理学的先驱者伽利略就进行了研究，据说为此，伽利略还进行了著名的比萨斜塔实验。
通过刚才的牛顿管实验，我们已经知道：在没有空气阻力的情况下，在同一地点，轻、重物体下落的快慢相同。物理学中把物体由静止开始下落且只受重力作用的运动称为自由落体运动。引出课题----自由落体运动。
二、新课推进
（一）自由落体运动：
1、自由落体运动的定义：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。 2、自由落体运动的条件： （1）从静止开始下落； （2）只受重力作用。
自由落体运动是一种理想化的模型，在实际中并不存在。但是，在实际生活中，如果物体由静止开始下落，在下落过程中受到的阻力非常小，可以忽略不计时，也可以把这个物体的运动看作自由落体运动。比如：水滴离开自来水管的管口在空中下落的运动。对于实心金属球、石块等，在它们运动的速度不大时，也可以忽略空气阻力的影响。
（二）自由落体运的性质：
自由落体运动是从静止开始下落的运动，它的速度是逐渐增大的，所以自由落体运动一定是初速度为0加速运动。那么，自由落体运动是匀加速直线运动还是变加速直线运动呢？下面我们一起来探究这个问题。
分析与思考：如何验证一个运动是匀加速直线运动呢？当然，我们既可以通过匀加速直线运动的基本公式进行验证，可以通过匀加速直线运动的推论进行验证。引导学生复习回顾：匀变速直线运动的基本公式和推论。 1、匀变速直线运动的基本公式：
（1） （2） （3） 2、匀变速直线运动的基本推论： （1） （2） 分析与思考：我们既可以通过上述公式来验证一个运动是否是匀加速直
线运动，也可以通过上述推论来验证一个运动是否是匀加速直线运动。那么，
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通过哪种方式验证更简单呢？通过分析，不难发现，通过推论（1）验证最方便。因为，通过推论（1）验证时，只需要测量出物体在连续相等的时间间隔内发生的位移，再求出这些位移的差值，如果在误差允许的范围内，这些差值接近一个常数，就可验证这个运动是匀加速直线运动。
实验探究-----自由落体运的性质 探究方法1：通过实验探究。
教材上通过44页的实验探究自由落体运动的规律。其实验方法是：让重物拖着纸带做自由落体运动，打点计时器会在纸带上打下一系列的点迹，用刻度尺量出各点迹间的距离，通过数据处理便可探究出自由落体运动的性质。
分析与思考：（1）此实验中打点计时器为什么要竖直安装？（为了减少打点计时器的限位孔与纸带间的摩擦）。②实验中重物为什么要用密度较大的金属物体？（本实验是把重物的运动看作自由落体运动，所以，实验中应尽量减少空气阻力对重物运动的影响，重物要用密度较大的金属物体是为了减少空气阻力的影响，从而减少实验误差）。教师设疑：除了上述两个方面，实验中还要注意哪些问题呢？实验中还要注意的物体有：（3）实验前重物应靠近打点计时器；（4）实验中要待打点计时器打点稳定后再释放重物。
数据处理：通过实验打出几张纸带，从中选出三张较理想的纸带进行数据处理：用刻度尺量出物体在连续相等的时间间隔内下落的位移：x1、x2、x3、x4、
x5 的值 ，再求出相邻的位移之差： △x1、△x2、△x3、△x4的值，并比较△x1、
△x2、△x3、△x4的大小。
分析与思考：如果在误差允许的范围内，位移之差△x1、△x2、△x3、△x4接近同一个常数，说明自由落体运动的加速度有什么特点？
实验结论：重物做自由落体运动的加速度是个定值。
另外，还可以通过教材45页第⑤题小球做自由落体运动的频闪照片中的有关数据，探究自由落体运动的性质。
探究方法二：利用自由落体运动的频闪照片探究。
图中照片上相邻两次拍照的时间间隔是相同的，图中给出了每次拍照时小球到开始下落点的距离，单位是厘米。教师设疑：如何通过自由落体运动的频闪照片来探究自由落体运动的性质呢？指导学生：根据图中数据求出相邻点迹间的距离：x1、x2、x3、x4、x5的值，并求出相邻两段距离的位移差值：
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△x1、△x2、△x3、△x4的值，通过比较△x1、△x2、△x3、△x4的值发现，在误差允许的范围内，位移之差△x1、△x2、△x3、△x4接近1.6cm这个常数，教师启发学生思考：这说明了什么问题？教师引导学生得出结论：小球做自由落体运动的加速度是个定值。所以自由落体运动是初速度为0的匀加速直线运动。
3、自由落体运的性质：
自由落体运动是初速度为0的匀加速直线运动。
教师设疑：既然自由落体运动是初速度为0的匀加速直线运动，那么自由落体运动物体的加速度如何呢？下面我们一起来探究这个问题——自由落体加速度。
（二）自由落体加速度：
（1）在同一地点，一切物体做自由落体运动的加速度相同，这个加速度叫自由落体加速度，也叫重力加速度，用g 表示。
教师设疑：地面上不同的地方，重力加速度g的值是否相同呢？指导学生仔细阅读教材44页表格中的内容，引导学生通过表格中的信息，得出结论：在地球表面上，重力加速度g的数值随纬度的增大而增大。 （2）在地球表面上，重力加速度g的数值随纬度的增大而增大。 （3）在地球表面上，重力加速度g的值随高度的增大而减少。
注意：一般计算中，取 或 ，若无特别说明，取 。
（4）重力加速度的方向：竖直向下。
重力加速度是矢量，不仅有大小，而且有方向，重力加速度的方向竖直向下。接下来，我们一起来分析推导自由落体运动的基本公式。教师设疑：如何推导出自由落体运动的基本公式呢？教师启发学生：因为自由落体运动
是初速度为0的匀加速直线运动，所以只要令匀加速直线运动公式中的
等于0，把加速度a更换为自由落体加速度g，将位移x更换为高度h，就得到了自由落体运动的基本公式。
（三）自由落体运动的公式及推论：
公式：（1） （2） （3）
推论：（1） （2） gtv2
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vvthvvt（四）自由落体运动规律的应用：
应用（一）：活动与探究-----测量反应时间。
指导学生认真阅读教材45页上方的做一做，分析思考以下几个问题： （1）谈谈具体的测量方法；
（2）如何求出直尺在反应时间内下落的高度？
（记录直尺下落前手指所对的刻度值，再记录握住直尺时手指所对的刻度值，
两次刻度的差值就是直尺下落高度）。
（3）说说测量反应时间的原理；（ ） （4）测量中需要注意哪些问题？（保持直尺竖直并由静止开始释放直尺。） 分组实验：要求两个学生一组，测出各自的反应时间，计算时g取10m/s2。让各组同学呈现自己所测出的反应时间。
应用（二）：估测井深或悬崖的高度：
思考与探究：给你一个小石块，为了估算出井口到井中水面的高度，
（1）还需要什么器材？ （2）如何进行估算？ （1）需要的器材：钟表或计时器。
（2）估算方法：从井口将石块由静止释放，同时开始计时，记录石块从
释放到击水所经历的时间t，将石块的运动看做自由落体运动，根据2
2
1gt便
可求出井口到井中水面的高度。
（五）课堂练习
1.下列说法正确的是 ( D )
A.不受空气阻力的运动就是自由落体运动 B.从静止开始下落的运动就是自由落体运动 C.物体的质量越大，自由下落的加速度越大 D.自由落体运动是初速度为零的匀加速直线运动 2、下列说法不正确的是 ( B ) A.纬度越高，自由落体加速度越大 B.离地面越高，自由落体加速度越大 C.自由落体加速度的方向竖直向下
D.做自由落体运动的物体在相同的时间内速度改变量相同。
g
h
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8
3、一个可视为质点的物体从空中20m高处由静止开始下落，不计空气阻力的
影响，取 ，则物体在空中下落的时间是 2 s，物体落地前瞬
间的速度大小是 20 m/s。
4、一位观察者测出，某悬崖跳水者碰到水面前在空中下落了3.0s，若不考虑
空气阻力，取
，悬崖的高度是 45 m ，实际上是存在空气阻力的，因此，计算出来的悬崖高度比悬崖的实际高度 _偏大 （填“偏大”、“相等”或“偏小”）。
释疑解惑：
上课前做游戏时，教师和学生为什么都握不住下落的直尺呢？
据有关资料显示，目前世界上反应最快的人的反应时间约为
ss143.07
1
，在这个反应时间内，物体自由下落的高度约为cm102
1h2
gt。而常人的反应时间要比s71大，所以在直尺下落10cm的时
间内，一般的人是反应不过来的，所以握不住下落的直尺。
（六）课堂小结
1、自由落体运动的定义；
2、自由落体运动的性质； 3、自由落体加速度；
4、自由落体运动的公式及推论； 5、自由落体运动规律的应用。
（七）作业布置：
1．课堂作业：教材第45页“问题与练习”的第3、4题； 2．课后作业：
（1）课后自由组织合作小组，试测自己所在教学楼层的高度。要求：选择最简便的测量工具，设计好活动思路，记录活动报告，活动过程中要注意安全。 （2）探究思考：雨滴在空中的下落是否是自由落体运动。
视频来源：优质课网 www.youzhik.com
