【公開課教案】《勻變速直線運動實例—自由落體運動》教學(xué)設(shè)計

1、第3節(jié) 勻變速直線運動實例自由落體運動【內(nèi)容與地位】本節(jié)為普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)共同必修模塊“物理1”中第一個二級主題“運動的描述”中所涉及到的內(nèi)容。內(nèi)容標(biāo)準(zhǔn)中這節(jié)有關(guān)的條目是：（1）通過史實，初步了解近代實驗科學(xué)產(chǎn)生的背景，認(rèn)識實驗對物理學(xué)發(fā)展的推動作用。（2）經(jīng)歷勻變速直線運動的實驗過程，理解位移、速度和加速度，了解勻變速直線運動的規(guī)律，體會實驗在發(fā)現(xiàn)自然規(guī)律中的作用。本節(jié)教學(xué)內(nèi)容要體現(xiàn)實驗在認(rèn)識自由落體規(guī)律中的作用，并通過介紹伽利略對自由落體的研究，體會科學(xué)研究方法對物理學(xué)發(fā)展的作用。物體的下落運動是日常生活中最為常見的現(xiàn)象，學(xué)生對物體的下落運動已有自己的認(rèn)識，這可以成為教學(xué)的起點，通過實

2、驗和科學(xué)的辨析，認(rèn)識自由落體運動的規(guī)律。自由落體運動是勻變速直線運動的一個重要實例，通過自由落體直線運動規(guī)律的研究，加深對勻變速直線運動規(guī)律的理解。另外，在學(xué)習(xí)過程中要讓學(xué)生逐步體會伽利略的“提出假設(shè)數(shù)學(xué)推理實驗驗證合理外推”的研究方法，伽利略對自由落體的研究開創(chuàng)了科學(xué)的實驗方法，促進(jìn)了物理學(xué)的發(fā)展,為人類認(rèn)識自然提供了一種重要的研究方法.因此，伽利略對自由落體的研究是方法教育和情感教育的好素材，教學(xué)過程還應(yīng)讓學(xué)生感受科學(xué)家的探索精神?！窘虒W(xué)目標(biāo)】知識和技能1知道自由落體運動是初速度為零的勻加速直線運動。2知道自由落體運動加速度大小和方向，知道不同地點重力加速度不一樣。3能根據(jù)勻變速直線運動規(guī)

3、律，建立自由落體的運動方程。4能運用自由落體運動規(guī)律解決有關(guān)實際問題。過程和方法1、通過實驗探究認(rèn)識自由落體運動特點和規(guī)律，培養(yǎng)學(xué)生觀察能力和邏輯推理能力.2、體驗物體下落的快慢，了解生活中物體的下落運動，進(jìn)行科學(xué)態(tài)度和科學(xué)方法教育。3、用理想化方法去比較重力與空氣阻力的大小，識別自由落體運動，培養(yǎng)學(xué)生探求知識能力，提高學(xué)生解題能力。情感、態(tài)度與價值觀1、體會伽利略研究自由落體運動的思路和科學(xué)思維方法，學(xué)習(xí)科學(xué)家的探索精神，體會科學(xué)探索的艱辛。2、體會實驗和多媒體手段在研究物理問題中的作用?！局攸c難點】重點：探究自由落體運動特點和規(guī)律的過程，知道僅受重力作用的不同物體，具有相同的重力加速度g，

4、體會伽利略的科學(xué)推理方法。難點：物體下落快慢與物體所受重力大小無關(guān)及重力加速度的測量?！窘虒W(xué)時數(shù)】 1課時【教學(xué)方法】 探究啟發(fā)法【教學(xué)器材】（1）小鐵球×1，乒乓球×1（G鐵G乒）；泡沫塑料板×1（G泡沫G乒），托盤天平一架；紙一張（裁成相等的兩半，G半張=G紙團）（2）牛頓管、抽氣機【教學(xué)過程】新課導(dǎo)入 教師：對于物體下落快慢情況，請同學(xué)們從生活經(jīng)驗出發(fā)提出自己的看法，并舉例說明。預(yù)測學(xué)生對物體下落的認(rèn)識可能有：1重物下落快；例如：小石塊下落得比樹葉快2輕重物體下落一樣快；例如：小石塊和小紙團下落得一樣快3體積小的物體比體積大的物體下落更快；例如：小球下落得比

5、氣球快4物體下落中速度越來越大；例如：小石塊下落5物體下落很快，例如：從四層樓高的物體掉下來，瞬間就可落至樓底 6（提出懸念，展示對物體下落已有的經(jīng)驗認(rèn)識，并引導(dǎo)學(xué)生注意觀察身邊物理現(xiàn)象，體會到物理知識就在我們身邊，感悟物理規(guī)律研究的價值，激起學(xué)生的求知欲。）教師：同學(xué)們所舉實例和看法都是正確的，然而卻出現(xiàn)這些看起來似乎是互相矛盾的結(jié)論，是什么原因造成的？（讓學(xué)生對已有觀點進(jìn)行分析和比較，提出新的問題，然后對新問題進(jìn)行進(jìn)一步的研究。對已有現(xiàn)象和結(jié)論進(jìn)行進(jìn)一步的思考和分析是科學(xué)研究的起點。）預(yù)測：學(xué)生分析出的原因可能是1有沒有受到空氣阻力造成的；2空氣阻力和物體重力大小關(guān)系。3教師：當(dāng)物理現(xiàn)象可

6、能與幾個因素有關(guān)時如何繼續(xù)研究下去？可通過實驗進(jìn)行進(jìn)一步的研究；也可以通過科學(xué)的推理進(jìn)一步研究。請同學(xué)們一起用實驗來探究阻力和重力對物體下落的影響。（遇到問題和困難時如何進(jìn)一步研究下去，必須讓學(xué)生親身體會，學(xué)習(xí)中不要只給學(xué)生唯一正確的方法和過程，可讓學(xué)生在嘗試中體驗成功和失敗的快樂。）（一）空氣阻力對落體運動的影響 （板書）演示實驗1：小鐵球和乒乓球（G鐵G乒），在同一高度同時自由下落現(xiàn)象：鐵球先落地結(jié)論：較重的先落地 （板書）演示實驗2：泡沫塑料板和乒乓球（G泡沫G乒），在同一高度同時自由下落現(xiàn)象：乒乓球先落地結(jié)論：較輕的先落地 （板書）演示實驗3：一張紙裁成相等的兩半（G半張=G紙團），一

7、半揉成紙團，另一半不變；在同一高度同時自由下落現(xiàn)象：紙團先落地結(jié)論：等重的落地有先后 （板書）教師：實驗確實出現(xiàn)“較重的先落地、較輕的先落地、等重的落地有先后” 這些似乎是互相矛盾的結(jié)論，為什么呢？（以往結(jié)論往往是教師直接給出，沒有給學(xué)生思考總結(jié)的時間，這樣學(xué)生的實驗只流于形式，沒有達(dá)到通過實驗揭示現(xiàn)象本質(zhì)的功能，同時也不能給學(xué)生帶來研究問題的樂趣。）預(yù)測：學(xué)生對實驗現(xiàn)象的觀察和思考可能得出的結(jié)論是:1. 空氣阻力對物體下落是有影響的，同一物體受到空氣阻力時運動得較慢2當(dāng)有受到空氣阻力時物體下落還與物體重力有關(guān)3當(dāng)物體在沒有受到空氣阻力的情況下，物體下落的快慢似乎與重力無關(guān)4教師：不錯，空氣阻

8、力對物體下落的確有影響，而且較為復(fù)雜，日常生活中許多物體下落時受到的空氣阻力與物體的重力比較小得很多，常?？梢院雎圆挥?，我們所要研究的就是在沒有空氣阻力情況下物體的下落情況，這種運動就叫自由落體運動。（二）自由落體運動 （板書）1、輕重不同物體下落快慢相同 （板書）演示實驗4：牛頓管演示實驗教師通過牛頓管演示實驗來證實沒有空氣阻力的情況下，輕重物體下落情況一樣。實驗裝置如圖所示，在一根長約1.5m的玻璃管中，放入羽毛、金屬片。演示實驗時按如下步驟：（1）不抽出玻璃管中的空氣，將玻璃管倒立過來，觀察物體下落情況（2）抽去玻璃管中部分空氣，將玻璃管倒立過來，觀察物體下落情況（3）繼續(xù)抽去玻璃管中空

9、氣，再將玻璃管倒立過來，觀察物體下落情況教師：同學(xué)們從實驗中看到了什么現(xiàn)象？這些現(xiàn)象說明了什么問題？（1）中觀察結(jié)果：金屬片先于羽毛落到管的底部。（2）中觀察結(jié)果：金屬片先于羽毛落到管底部，但兩者落到管底的時間差變短。（3）中觀察結(jié)果：金屬片和羽毛幾乎同時落到管的底部（演示實驗的功能是為了揭示現(xiàn)象的本質(zhì)，提高學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣；演示實驗中如何提高學(xué)生觀察的興趣是教師在完成實驗過程中要考慮的；本演示實驗并沒有一下就做“真空”情況下物體下落情況；而是不斷地抽出玻璃管中的空氣，觀察減小物體下落阻力，物體的運動情況；這樣一來每次實驗現(xiàn)象均不相同，有利于形成科學(xué)的觀察習(xí)慣及觀察的敏銳性。）猜想：設(shè)想如果沒有

10、空氣，結(jié)果又將如何？預(yù)測學(xué)生從觀察到的現(xiàn)象可能得到的結(jié)論是：（1）玻璃管中空氣越少，輕重不同的物體下落快慢情況越接近（2）在沒有空氣阻力的情況下，輕重不同的物體下落得一樣快（3）（展示多媒體課件，模擬上述三種情況）結(jié)論：在空氣阻力很小時，一切物體在同一高度上的落地時間都相等。即輕重不同的物體下落快慢相同。 （板書）2、定義：物體只在重力作用下（理想化模型），從靜止開始下落的運動，稱為自由落體運動。 （板書）在學(xué)生得出不同物體自由落體運動情況一樣后，將事先復(fù)印的頻閃圖（可從原人教版中復(fù)制得到必修1 P47不太清晰的圖326內(nèi)容），即小球做自由落體運動的頻閃照片發(fā)給每組學(xué)生一張，讓學(xué)生探究是否滿足

11、s=at2，以確認(rèn)自由落體運動是勻變速運動。3、性質(zhì)：自由落體運動是初速為零的勻加速直線運動。（板書）很早研究自由落體運動性質(zhì)的典型人物有古希臘哲學(xué)家亞里士多德和意大利物理學(xué)家伽利略，他們的研究方法分別為：亞里士多德的研究方法：觀察與思考物體下落快慢由重力大小決定伽利略的研究方法：巧妙推理提出假說數(shù)學(xué)推理實驗結(jié)論合理外推伽利略對亞里士多德給物體下落所作的研究結(jié)論產(chǎn)生懷疑，通過推理進(jìn)行進(jìn)一步分析得出輕、重物體下落是一樣快的分析方法如下：在古希臘，哲學(xué)家亞里士多德認(rèn)為物體下落的速度與物體所受的重力大小成正比，即重物比輕物先落地。伽利略用亞里士多德的觀點推出了互相矛盾的結(jié)果。他說如果重的物體先落地，

12、那么把輕的物體和重的物體拴在一起，那么它比重的物體還重，根據(jù)亞里士多德的觀點它下落至地面的時間應(yīng)比原來重的物體的下落時間更短；再根據(jù)亞里士多德的觀點，重物下落的比輕物快，那么在下落過程中，重物會受到輕物的牽扯而變慢，輕物會受到重物的牽扯而變快；那么拴在一起的物體下落的速度應(yīng)比重物下落的速度慢；這樣伽利略就用亞里士多德的觀點推出兩個互相矛盾的結(jié)論，這說明亞里士多德的觀點是有缺陷的，因此伽利略認(rèn)為輕、重不同的物體它們下落的速度是一樣的。為了說明他對物體下落的結(jié)論是正確的，據(jù)說他在比薩斜塔上把木球和銅球同時下落，發(fā)現(xiàn)它們幾乎同時落地。伽利略利用科學(xué)的思辨方法指出了亞里士多德對物體下落的觀點的自相矛盾

13、，通過實驗揭示了物體自由落體運動的規(guī)律。（展示多媒體伽利略斜塔實驗）4、自由落體運動的加速度g （板書）（1）同一地點，不同物體的自由落體運動情況相同，即一切物體在自由落體中的加速度（重力加速度g）相同。 （板書）教師：用什么物理量來表示自由落體的運動規(guī)律都相同呢？（在研究得出輕、重不同的物體自由落體運動得一樣快后，學(xué)生很可能會產(chǎn)生這樣的疑問，為什么輕重物體下落得會一樣快？其內(nèi)在原因是什么？產(chǎn)生這樣的疑問是非常好的，對這個問題的思考和討論正是揭示了力和運動之間的關(guān)系。但并不是本節(jié)課研究的主要問題；教師可通過問題把學(xué)生的思維引導(dǎo)到研究自由落體運動規(guī)律這方面。如果學(xué)生有這方面的疑問，教師應(yīng)給以積極

14、的肯定，并且鼓勵學(xué)生課后給以解決。）預(yù)測學(xué)生對老師提出的問題可能的答案是：A用物體的速度來表示B用物體的運動加速度來表示C引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識到物體運動的加速度是用于確定物體的運動變化快慢，知道物體運動的加速度就能知道物體的運動速度的變化規(guī)律，知道物體的速度變化規(guī)律就能知道物體的位置變化規(guī)律，因此只要知道物體的運動加速度（和運動初速度）就能知道物體的運動規(guī)律。（2）g的方向：永遠(yuǎn)豎直向下 （板書）（3）g的大?。和ǔＨ=9.8m/s2，估算時g=10m/s2，不同地點g不一樣（4）g的測量：紙帶、頻閃照片、滴水法等教師：如何測得自由落體運動的加速度呢？請思考設(shè)計測量重力加速度的實驗方案。說明：自由落

15、體運動是勻變速直線運動的一個實際例子，本節(jié)課目的不僅要讓學(xué)生認(rèn)識到自由落體運動的規(guī)律，而且還要通過對自由落體運動的研究來加深對勻變速直線規(guī)律的掌握和應(yīng)用。因此可讓學(xué)生利用所學(xué)勻變速直線運動知識設(shè)計研究自由落體運動的運動規(guī)律。預(yù)測學(xué)生設(shè)計的實驗方案可能是：（1）讓小球從高為h處下落，測出下落所用時間t；那么自由落體運動的加速度為 g=（評析：由于物體自由落體運動很快，因此時間的測量較難，故此方案并不切實可行）（2）利用打點計時器來測量自由落體運動的加速度 g=（評析：只要重物重力較大，重物下落過程中受到的阻力可忽略不計，本方案容易實現(xiàn)）（3）利用閃光照片來測量自由落體運動的加速度 g=（評析：此

16、方案實驗誤差最小，但難以在課堂上實現(xiàn)，不夠方法教師應(yīng)該給予介紹，可結(jié)合復(fù)印的頻閃圖加以說明）（4）在學(xué)生交流討論實驗設(shè)計的方案中，應(yīng)讓他們對各種方案闡述自己的觀點，反思方案中的問題。老師可根據(jù)教學(xué)實際情況安排打點計時器實驗，或直接給出打點器打出自由落體運動的紙帶，或直接發(fā)給自由落體運動的閃光照片復(fù)印件，讓學(xué)生分析得出或測量出自由落體運動的加速度重力加速度。在學(xué)生算出重力加速度后，教師可以提供不同緯度上的重力加速度，讓學(xué)生發(fā)現(xiàn)地球不同緯度的重力加速度是不一樣的，它會隨緯度的增大而增大。（關(guān)于這一點最好安排在學(xué)習(xí)萬有引力定律后給出更好，因此教師可以根據(jù)學(xué)生情況自行取舍；部分學(xué)生會提出為什么重力加速

17、度會隨緯度的增大而增大？老師在給以肯定的同時，可作為研究性學(xué)習(xí)課題鼓勵學(xué)生超前探究其產(chǎn)生的原因）5自由落體運動規(guī)律及其應(yīng)用（板書）（1）自由落體運動規(guī)律 v=gt s=（2）自由落體運動規(guī)律應(yīng)用生活中許多物體的下落都可以看成自由落體運動；如石塊下落、花盆下落等等。A估算從四樓涼臺上下落的花盆，經(jīng)過多長時間到達(dá)地面，到達(dá)地面速度多大？（該例題讓學(xué)生體驗物理現(xiàn)象就在我們身邊，體驗自由落體運動的快慢。讓學(xué)生學(xué)會估算的方法。）分析和解：每層樓樓高約2.8m左右，三樓涼臺離地面高度h（2.8×32.8÷3）9.3m根據(jù)自由落體運動規(guī)律 h=gt2 t=s1.36s花盆落地速度 vgt

18、13.6m/s老師在學(xué)生解題的過程中，應(yīng)教學(xué)生估算樓高的方法，知道每層樓的樓高及涼臺離地板的高度大約為樓層高度的三分之一左右；解題后應(yīng)對結(jié)論進(jìn)行進(jìn)一步的討論。如：問四層樓掉下的花盆到達(dá)地面所用時間1.36s是長還是短？那么住在高樓同學(xué)應(yīng)注意什么？進(jìn)入工地為什么必須戴上安全帽？等許多實際問題。在學(xué)生體驗到自由落體運動下落很快后，老師可以介紹伽利略是如何通過實驗和推理來研究自由落體運動規(guī)律的。（當(dāng)時沒有打點計時器和閃光照相的方法，也就是說這么短的時間是沒有辦法測量的；伽利略是如何解決這樣的問題？）（可作為研究性學(xué)習(xí)課題鼓勵學(xué)生參考伽利略兩種新科學(xué)的對話一書）B利用刻度尺設(shè)計測量人的反應(yīng)時間（在應(yīng)用物理規(guī)律時，不僅要做鞏固性練習(xí)，而且要結(jié)合實際問題情景，讓學(xué)生在實施的過程中體驗如何應(yīng)用物理知識解決問題，特別是方案設(shè)計的討論有助于促進(jìn)學(xué)生各方面的發(fā)展，提高學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣?？砂才艑W(xué)生在課堂內(nèi)完成同桌兩人互測反應(yīng)時間，也可在課后完成。）【案例評析】本節(jié)課教學(xué)設(shè)計不僅注重學(xué)生新知識的形成過程，讓學(xué)生在學(xué)習(xí)知識的同時體會如何進(jìn)行科學(xué)的思維和實驗；而且在教學(xué)過程中注重調(diào)動學(xué)生自主學(xué)習(xí)的積極性和主動性，教學(xué)設(shè)計注意體現(xiàn)物理學(xué)的價值，在教與學(xué)的過程中促進(jìn)學(xué)生科學(xué)的價值