高中物理人教版第二章勻變速直線運動的研究5自由落體運動（全國一等獎）

《自由落體運動》教學設計一、設計思想

1．物理課堂充滿生活氣息

物理來源于生活，這是一個共識，物理課堂應該還原于本真──生活化物理。只有在感性的生活經(jīng)驗基礎上發(fā)生、發(fā)展的知識，學生才會感興趣，才會激起探究的欲望。而連接生活與物理知識的有效手段就是實驗。無論是用趣味實驗激發(fā)懸念，還是在分組實驗中合作探究；或者回歸實踐，讓學生在自我認知的基礎上自主小結(jié)，進而達到對新知識的理解，都體現(xiàn)了物理從生活中來，到生活中去的STS思想，閃爍著人文的光芒。趣味實驗設計，視頻將物理過程的“慢放定格”，DIS實驗等，是對教學資源的利用與創(chuàng)新。

2．自主學習構(gòu)建新課程理念下新型的師生關(guān)系

整堂課采取“情景設置──問題鏈接──自主探究──形成共識，得出結(jié)論”的教學方法，以“自主體驗發(fā)現(xiàn)問題，自主學習解決問題，自主舉例應用問題”為教學主線；從興趣入手，精心設計學生活動──以趣味實驗的新手段引入，充分調(diào)動學生學習熱情和探究欲望，通過分組實驗，感受物體下落快慢的原因；進而小組討論、驗證、交流自由落體運動的條件；感悟自由落體這一理想化模型的實質(zhì)；成功解釋生活中自由落體現(xiàn)象；強調(diào)學生思維和體驗過程，讓學生親身經(jīng)歷科學探究，變過去教師要學生學，而為學生自己“我要學、我想學、從中我學到了什么”的主動建構(gòu)知識的自主學習；通過交流、合作的互動過程，更進一步培養(yǎng)了學生團結(jié)、協(xié)作的精神。當然同時要發(fā)揮教師的課堂機智，適時地去引導，去啟發(fā)，去控制，去答疑，去評價，這是符合新課標以學生發(fā)展為本的要求，成功實現(xiàn)了新課程理念下師生關(guān)系的轉(zhuǎn)換。

3．注重教學反饋，體現(xiàn)了新課程的評價理念

符合學生認知規(guī)律的教學反饋，可以增強學習的自我效能感，也是各教學環(huán)節(jié)是否有效的判據(jù)；教學過程中穿插著師生評價（提問）、生生評價（組間交流）以及學生自我評價（談談我學到了什么？），是學生的現(xiàn)場學習情況的動態(tài)反饋，針對反饋情況，需要教師做出適切性評價和教學調(diào)整。趣味實驗前后呼應解釋，學生自己舉例及解釋，糾正原有的一些模糊認識，達成對新知識的理解，都是對知識掌握的定性反饋；“練一練”中的運用勻變速直線運動規(guī)律來定量分析，并將自由落體運動同化到勻變速直線運動的知識結(jié)構(gòu)之中，讓學生體會到自由落體運動只是勻變速直線運動規(guī)律的遷移與應用而已；“做一做”又將教學反饋延伸到課外，進一步激發(fā)學生的思維能力和動手能力；整個教學過程均很好地體現(xiàn)了新課程評價理念──注重過程性與即時性評價。

二、教材分析

1．課標要求是：“通過實驗認識自由落體運動現(xiàn)象”，要求學生能通過一些實驗或具體的活動來了解和體驗自由落體運動。理解自由落體運動產(chǎn)生的條件與實質(zhì)。

2．本節(jié)教材是學生學完勻變速直線運動規(guī)律后，知識的遷移和應用部分，因此本節(jié)是本章的一個比較重要的、典型的應用型知識點。表現(xiàn)其一：落體運動快慢的產(chǎn)生原因分析，要用到實驗探究，突破原有認知，體會并應用忽略次要因素、抓住主要因素這一科學思維方法，這不僅有利于學生掌握分析物理問題的方法，也有助于培養(yǎng)學生的探究能力．其二，這是一個貼近日常生活的實際問題，能激發(fā)學生的學習興趣和體會物理的生活化。

3．自由落體運動是日常生活中比較常見的物理現(xiàn)象，學生往往能感受到，但并沒有注意到這一現(xiàn)象的特點，也不明確這就是自由落體運動現(xiàn)象。怎樣才能讓學生不是機械化地記住自由落體運動的現(xiàn)象，而是通過各種方式真正理解自由落體運動的條件與本質(zhì)所在，才是本堂課學習重點和難點。

三、學情分析

自由落體運動，學生有一定感性和模糊的體會，但理解自由落體運動概念，對學生而言有一定的困難。我覺得主要來自兩方面，首先是物理語言的誤導，使學生認為只要從某一高度隨意下落的物體做的就是自由落體運動；其次生活中的落體運動與自由落體運動的區(qū)別──現(xiàn)實與理想的差異。因此在本節(jié)課教學中利用了實驗和理論探究的方法，自主學習與小組合作學習的方式，讓學生自己體驗、分析、歸納、討論、評價等得出結(jié)論。激發(fā)了學生的學習興趣，養(yǎng)成動手與合作能力，生成學生透過現(xiàn)象看本質(zhì)的物理意識。

學生有勻變速直線運動規(guī)律、打點計時器及紙帶分析的學習基礎，完全可以通過自主體驗與自主學習來完成本節(jié)課的內(nèi)容。學生可能將自由落體運動與勻變速直線運動知識割裂，教學中要注意引導學生，將新知識納入舊知識結(jié)構(gòu)，讓學生體會到自由落體運動只是勻變速直線運動規(guī)律的遷移與應用而已。

四、教學目標

1．知識與技能：

（1）認識自由落體運動現(xiàn)象；

（2）知道產(chǎn)生自由落體運動的條件；

（3）能夠運用勻變速直線運動規(guī)律分析、解決有關(guān)自由落體運動的問題。

2．過程與方法：

（1）經(jīng)歷實驗觀察、實例探究討論交流的過程，體驗自由落體運動現(xiàn)象。

（2）經(jīng)歷實驗和理論探究過程，體會科學探究的方法，領(lǐng)略運用勻變速直線運動規(guī)律解決實際問題的方法。

3．情感、態(tài)度與價值觀：

（1）體會生活中的自由落體運動現(xiàn)象，生成“學以致用”的思想，激發(fā)學生的學習熱情。

（2）體驗自主學習過程，養(yǎng)成樂于細心觀察、勤于思考和相互交流的學習習慣和合作精神。

五、重點難點

重點：什么是自由落體運動及產(chǎn)生自由落體運動的條件、實質(zhì)。

難點：（1）物體下落快慢影響因素的探究；

（2）自由落體運動的運動性質(zhì)的分析。

六、教學策略與手段

“情景設置──問題鏈接──自主探究──形成共識，得出結(jié)論”的學生自主探究教學模式。

七、課前準備──媒體的設計與準備

分組實驗：探究物體下落快慢的影響因素（二人或四人一組）

演示實驗：多媒體設備一套，鉤碼，牛頓管，抽氣機，天平，自制課件。學生每四人一組：刻度尺，鐵架臺，打點計時器，紙帶，鐵片、紙片若干張、鋼球（大小各一個）、面積相等的金屬片和紙片等。

八、教學過程

（一）趣味實驗激發(fā)懸念

演示：課前設計制作好“測反應時間尺”（在一約50cm長的尺的一面標記上自由下落對應長度所用的時間，另一面朝向?qū)W生）；

引問：“一般刻度尺是用來測量什么的？”

學生：“測長度?！?/p>

教師：“老師手中的這把尺很神奇，它不僅能測量長度，還能測量時間，并且能測出同學們的大腦反應時間，誰想知道自己的大腦反應時間是多少？可以用我的這把尺來測測。”（師生活動，請3個學生參與活動，教師有意讓一個學生能夠接到尺，另2個接不到。課堂氣氛活躍，學生發(fā)出驚訝的呼聲）

引入課題：同學們一定想知道這把尺子為什么能測出你的反應時間，它的“奧妙”與我們今天所要認識和研究的一種運動──自由落體運動密切相關(guān)。

點評：將教材中的“做一做”欄目中“測反應時間”改為放在課前引入，目的是通過這一游戲產(chǎn)生“驚奇”效果，激發(fā)學生的探究興趣，活躍課堂氣氛。搞好新課的引入是提高教學質(zhì)量和效果的必要手段．世界著名的物理學家愛因斯坦說過：興趣是最好的老師．我國古代偉大的思想家孔子也曾說過：“知之者不如好之者,好之者不如樂之者．”而好的新課的引入,定能激發(fā)學生的興趣！必能充分激發(fā)探究的動力。

呈現(xiàn)學習目標：

（1）什么是自由落體運動？

（2）自由落體運動的運動性質(zhì)怎樣？

（3）生活中的自由落體運動我們?nèi)绾畏治觯?/p>

（二）新課教學

1．思辨

教師結(jié)合實驗，進一步引問：觀察尺子運動的特點。尺子為何會下落？

介紹：上述情景中尺子做豎直下落運動，這類下落的運動稱為落體運動，我們對于自由落體運動的研究必須建立在更一般的運動形式落體運動的基礎上。

教師用相關(guān)的物理學史讓學生進行思辨：

⑴其實很早以前就有人研究過這個問題了，那就是古希臘哲學家亞里士多德。亞里士多德是一位知識淵博的偉大學者，那時候的哲學包括一切科學。亞里土多德在研究了物體下落現(xiàn)象，通過觀察一些這樣的物理現(xiàn)象，并總結(jié)了當時學者的一些看法后提出：物體下落的快慢是由它們所受的重力決定的，物體越重，下落的越快。亞里士多德的學說在十六世紀仍然如日中天，人人都奉為經(jīng)典，沒有人提出任何的懷疑。

⑵亞里士多德的學說在大小的外表上看來，似乎非常的合理，而且人人也都相信學說的真確性。只有伽利略表示懷疑。他做了許多實驗，發(fā)覺亞里士多德的學說是錯誤的，他決心指出這項錯誤。傳說有一天，他邀請有關(guān)的教授到比薩塔前，拿出一個一百磅的重體，和一個一磅的重體。伽利略問所有的教授們：“假如這兩個重體同時自塔頂自由落下，結(jié)果如何？”

問：根據(jù)你的了解，試判斷誰的說法正確？闡述理由。

2．實驗探究一──感受為什么物體下落有快慢？

（1）分組實驗，發(fā)現(xiàn)問題。

教師將學生分組。學生分組實驗──利用面積相等的金屬片和紙片，設計小實驗，動手做一做，并對看到的現(xiàn)象進行說明。（學生的實驗方案可能有：將紙片團成紙團，紙團、金屬片同時釋放；將紙片團成紙團，紙團、紙片同時釋放；金屬片、紙片呈豎直同時釋放；紙片放在金屬片上，釋放等等。）

組內(nèi)討論交流。小組代表說說，小組成員在實驗中發(fā)現(xiàn)的現(xiàn)象，以及想知道的疑問。

教師對學生的實驗方式和交流問題，做出適當?shù)姆答伵c評價。（引導學生關(guān)注觀察兩物體落地的前后的次序，將其原因暫時擱置）

（2）師生合作研討，得出自由落體運動概念。

學生的實驗方法可能各種各樣，為了將教學面向全體學生，讓全體學生明確概念。教師演示，引導學生觀察從同一高度同時下落的輕重物體下落的快慢，并歸納總結(jié)。

步驟①：先讓金屬片和一張等面積的薄紙片同時從同一高度下落。（觀察結(jié)果：重的物體下落得快）

步驟②：把薄紙片揉成紙團再和金屬片同時從同一高度下落。（讓同學用耳朵聽聲音，結(jié)果：只有一個聲音，說明輕重不同的物體同時落地。）

步驟③：把金屬片和一張面積較大的薄紙片從同一高度下落到水平桌面。（觀察結(jié)果：輕的物體下落得快）

師生結(jié)合實驗探討得出結(jié)論：物體下落的快慢不是由它們的輕重決定的。生活中看到的物體下落有快慢是由于空氣阻力的原因。

教師進一步提出：我們應該怎樣研究物體的下落運動？

引導：研究問題要從簡單→復雜，因此先研究沒有空氣阻力時物體的下落情況（理想化模型）

教師：同學們猜想一下，如果完全沒有空氣阻力的影響，輕、重物體誰下落得快呢？

演示：把事先抽成真空（空氣相當稀?。┑呐ｎD管拿出來，讓牛頓管中的硬幣、雞毛、紙片、粉筆頭從靜止一起下落。

學生：同時落下。

老師：這就是自由落體運動。教師再把牛頓管放氣，重復實驗，構(gòu)成強烈的對比。

同學們根據(jù)這些過程、結(jié)論，給自由落體運動下一個定義：

自由落體運動：

（1）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。

（2）做自由落體運動的物體，在同一地點從同一高度下落的快慢是相同的。

點評：此環(huán)節(jié)，讓學生自己猜想、觀察、思考、理解、體會，學生在體驗中突破與原有認識的沖突，在教師引導下可以從以上實驗中總結(jié)結(jié)論，提出物體下落快慢與物體質(zhì)量無關(guān)的設想。另外，學生可能會提出關(guān)于下一環(huán)節(jié)的一些問題，教師也要做出適當評價，并為下面作鋪墊。

◆過渡語：愛因斯坦說：“全部的科學，不外是日常想法的提煉”。我們認真觀察到現(xiàn)象，還要對觀察到的現(xiàn)象深入思考，然后提煉出自己的看法！

3．實驗探究二──感知自由落體運動的特點。

師：結(jié)合物體下落的現(xiàn)象，你覺得自由落體運動究竟是一種怎樣的運動？

（1）回味現(xiàn)象，進行猜想。

讓學生回憶上面實驗現(xiàn)象，大膽猜想。（學生可能會提出：變速直線運動、加速直線運動、勻加速直線運動等）

（2）組內(nèi)討論驗證

小組內(nèi)成員針對問題進行交流討論。

討論主題：可以利用實驗桌上提供的器材自行設計實驗，用你們的實驗方式操作、記錄、研究自由落體運動的特點。

（3）組間交流評價

請小組代表（甲）上講臺發(fā)表自己的看法，可以一邊演示一邊講解。請另一組代表（乙）對

代表（甲）的提出問題，做出評價或提出自己的認識。

教師據(jù)教學現(xiàn)場，多請幾組做相互交流與評價。

（4）教師引導整合

1．教師在眾多的交流問題中，抓住主要問題進行引導。

2．教師據(jù)學生交流評價作出合理的評價。

學生的實驗設計方案可能有多種，教師必須做好充分的預設──想學生所想，更要準備學生想不到的方案。具體準備如下：

方案1：利用打點計時器采用示蹤（軌跡記錄）法研究。

（1）組織學生分組實驗：利用打點計時器記錄重物的下落過程。（提醒學生操作注意事項）

（2）引導學生思考、討論如何合理利用紙帶記錄的信息作初步分析：

小組實驗、操作、記錄、思考、交流討論，

A．軌跡──直線

方向──豎直向下

B．變速──速度越來越大──比較相等時間內(nèi)發(fā)生的位移。

C．勻加速直線運動──測量并計算，在連續(xù)相等的時間里的位移差ΔS1、ΔS2、ΔS3：，看ΔS1、ΔS2、ΔS3是否相等．

方案2：利用頻閃照相采用示蹤（軌跡記錄）法研究。

教師展示CAI課件：對自由落體（小球）進行頻閃照相得到頻閃照片。

學生觀察（圖2）頻閃照片（不加網(wǎng)格線）后思考、討論得出：①軌跡是一直線；②在相等的時間間隔里,小球下落的位移越來越大──小球速度Ｖ越來越大,即小球在做加速運動。

學生觀察（圖3）頻閃照片（加上網(wǎng)格線）后,讓學生,應用已學知識分析、討論,回答小球自由下落的運動是勻加速運動（△ｓ=恒量或ｈ1：ｈ2：ｈ3：……=1：3：5：……）

該部分的教學應該注重2點：⑴學生實驗方案設計的可行性；⑵討論實驗結(jié)果：通過實驗得到的數(shù)據(jù)，要求學生采用何種處理方法，最終得到什么結(jié)果？

以下可能的處理方法：

Ⅰ．連續(xù)相等時間內(nèi)的位移之差Δs是一個常數(shù)

Ⅱ．速度均勻增大（利用v-t圖像）

Ⅲ．s∝t2（利用s-t2圖像）──教師當場對書本P47的“問題與練習”的問4的閃光照片上的數(shù)據(jù)利用計算機的EXCEL的圖表功能在投影上演示自由落體的s-t2圖像，以擴展學生的思路，開闊學生的眼界，懂得用多種方法進行研究。

t/sx/mt2/s20000．040．0080．00160．080．0320．00640．120．0710．01440．160．1250．02560．20．1960．040．240．2840．0576

若還有其他的方法也可。要鼓勵學生多角度思考問題。教師對所列方法應當做適當?shù)慕忉?，也可以讓發(fā)言的學生說明方法的理論依據(jù)。

（5）師生達成共識：自由落體運動是初速為零的勻加速直線運動。

Vt=at；x=（1/2）at2

教師引導：根據(jù)你處理的數(shù)據(jù),請你計算自由落體的加速度。

各小組計算結(jié)果公布，教師把結(jié)果寫在黑板上，并根據(jù)剛才EXCEL處理的圖像計算加速度的值（圖像的斜率的兩倍就是加速度的大?。?。（各結(jié)果有可能有誤差）請同學們討論在實驗誤差允許下，不同物體的自由落體運動，它們的加速度是否同的？

結(jié)論：相同。

自由落體運動的加速度

⑴在地面附近的同一地點，一切物體在自由落體運動中的加速度都相同，這個加速度叫做自由落體加速度，也叫重力加速度，通常用g表示。

⑵重力加速度g的方向總是豎直向下的。

⑶教師強調(diào)我們這里的重力加速度的大小g=9．801m/s2。在粗略的計算中，可以把g取作10m/s2。

請學生看書本P46的