高中物理人教版必修第一册2.4 自由落体运动 教案

自由落体运动《自由落体运动》教学设计一、教材分析本节课选用人教版高中物理新课标必修一第二章第五节的内容，在此之前，教科书已安排了匀变速直线运动的内容以及匀变速直线运动的研究方法，有关打点计时器的使用方法和纸带的处理方法，因此自由落体运动可以作为匀变速直线运动的一个具体实例来进行讲解。因此，本节课既是对前面所学习到的知识的回顾与应用，同时也为日后学习平抛运动等复杂运动奠定基础。本节课的内容主要是组织同学们进行探究活动，培养同学们解决实际问题、探究规律的能力，同时对学生进行科学方法和科学思想的教育。本节课中还包含了大量的实验，通过实验起到培养学生学会研究物理问题方法的作用。二、三维教学目标1、知识与能力1)了解有关自由落体的史实以及科学研究的一般方法。2)能够运用自由落体运动的规律解决实际问题。2、过程与方法1)通过实验研究下落物体的性质。2)学会运用理想化的方法来研究问题。3)培养学生分析、综合、推理等思维能力。3、情感态度价值观培养学生实事求是的科学态度以及团队合作精神。三、学情分析在学习本节内容前，学生已经学习了匀变速直线运动的相关知识、打点计时器的使用方法以及纸带的处理方法，而自由落体作为匀变速直线运动的一个特殊的实例，其基本的研究方法与研究匀变速直线运动的方法是一致的，因此学生在知识上已经具备了接受自由落体运动知识的条件，在此时引入该内容是恰到好处的。但本节课面向的主要是高一学生，这部分学生已经具备了一定的实际生活经验，通常学生会认为物体越重下落的越快，这种错误的“前概念”直接影响了对本节内容的学习，同时学生的抽象思维比较弱，10 自由落体运动因此教师需要创设物理情境，通过演示正确合理的实验来创建一定的具体形象模型，从而帮助学生建构正确的自由落体的概念，摒弃前概念的干扰。一、教学重难点结合教材分析以及学情分析，制定了本节课的教学重难点。本节课的重点是掌握自由落体运动的概念以及规律，教师将利用具体实验以及理论解释来帮助学生掌握该重点知识。难点主要是对物体下落快慢与物体轻、重无关的理解以及运用自由落体运动规律解决实际问题，此难点主要是由学生“前概念”的干扰引起的，因此我们设计了一系列的实验来暴露学生的“前概念”，引起学生认知冲突，再引入牛顿管的实验彻底颠覆学生错误的“前概念”，从而帮助学生建构正确的自由落体的概念。二、教法与学法本节课的教法主要采用讲授法、实验探究法，通过教师形象生动、富于引导式的讲解以及各种实验的配合，启发学生思维，使学生从感性认识上升到理性认识。同时在讲授知识的同时渗透探究的思想，在探究过程中讲授必要的物理知识。而对于学生，采用“提出问题→猜想→实验探究→分析论证→得出结论”的学法，利用实验探究启发学生学习兴趣，同时设计一系列的对比实验，使学生在认知上产生矛盾冲突，在解决与前概念的冲突中，一步一步的建构正确的知识体系，并且引导学生体会研究物理问题的一般方法。三、教学流程四、教学设计1、回顾匀加速直线运动的相关内容。u在新课之前教师和学生一起回顾匀加速直线运动的相关知识，包括匀加速直线运动的规律：以及判断匀变速直线运动的方法10 自由落体运动：物体在相同的时间内通过的位移之差为定值。设计意图：自由落体运动作为匀加速直线运动的一个具体实例，它们的基本探究方法是一致的，因此在新课之前先对匀加速直线运动的相关知识做一个简单的回顾，作为本节课的预备知识。1、创设情境，引入自由落体现象。u教师给学生们展示生活中自由落体运动的图片，让同学们一起回忆生活中的此类现象，引发学生深入思考这类运动现象的性质、规律，从而进入本节课的学习。接着让学生观察将小铁球与纸片举到相同的高度，小铁球比小纸片的质量要重，同时由静止释放，请同学们思考哪个先落地？进行实验，观察到铁球先落地。再引导同学们通过观察到的实验现象并且结合实际生活中看到的现象，总结得到结论：似乎重的物体下落的更快一些。设计意图：通过生活中的实例，唤起同学们对此类现象的前概念，通过演示实验，使同学们有一个具体的形象模型，这样一方面可以暴露出同学们错误的前概念，另一方面可以激发同学们学习新知识的兴趣。u引入亚里士多德的史实。让同学们思考亚里士多德通过观察大量物体下落现象归纳出：物体越重，下落得越快的结论是否是科学的？引发学生思考是不是重的物体一定比轻的物体下落的快的问题。设计意图：利用史实，激发同学们学习兴趣，先得到与错误“前概念”相一致的结论，接着教师再利用提问的方式使学生对已有的对自由落体运动的“前概念”10 自由落体运动产生疑问，为接受新知识做好准备。1、演示对比实验，得出自由落体运动的定义。u接下来教师让学生带着上面的问题来观看一下设计好的一组对比实验。Ø两张纸平摊（纸的材料相同，质量不同），举到同一高度后，同时由静止释放。Ø把质量小的纸捏成纸团，举到同一高度，同时由静止释放。让学生注意观察实验现象，并归纳总结此对比实验说明了什么，最后再由教师总结：重的物体不一定下落的快而轻的物体不一定就下落的慢。设计意图：演示实验现象明显，同时实验简单易操作，学生在课后也可以进行操作，而此对比实验很好的产生了矛盾的结论，可以引起同学们的惊奇，使他们产生认识的冲突，激发求知欲，并从心理上做好接受新知识的准备。u通过观察上面的实验，似乎得到了与实际生活经验相违背的结果，此时教师再提问同学是什么原因造成了这样的现象？学生会很自然的考虑到空气阻力的影响。再引导同学们思考是不是真的是由于空气阻力的存在才导致矛盾的结论的产生呢？如果尽可能的减少空气阻力的影响，即在没有空气的环境里进行该实验，结果又会是怎样的呢？向同学们介绍牛顿管，接着做真空与非真空的毛钱管对比实验，让学生观察实验现象。发现真空时羽毛与金属同时掉落到管底，而放入气体后金属下落到管底，与之前铁球与纸片的实验现象一致的。10 自由落体运动设计意图：通过上述实验结果很自然的过渡到空气阻力的影响，再猜测没有空气阻力的简单状况，让同学们学会运用理想模型来研究最基础最本质的物理现象。u通过实验得到正是由于空气阻力的影响，物体下落才有了快慢之分，而在理想情况下，物体下落的快慢与物体本身的质量是没有关系的，从而引出自由落体的定义：物体在只受重力的作用下从静止开始下落的运动，并对“自由”二字做强调，“自由”二字隐含了做自由落体运动的条件：只受重力作用、初速度为零。设计意图：以上几个实验，简单易操作，容易激发同学们的兴趣，引起共鸣。接着引出自由落体运动的定义，自然过渡。最后强调“自由”二字实质上是对自由落体运动条件的再次强调。u得到自由落体运动的定义后，教师对以上的一系列实验进行总结，初步概括自由落体这类运动，推广到一般情况。设计意图：10 自由落体运动总结回顾实验，让学生对自由落体运动有了更加深入的理解，同时让学生体会从特殊到一般的物理研究方法。u再次回顾亚里士多德的史实，给同学们对这段史实做一个全面的剖析。设计意图：通过史实，让学生正确评价历史人物，培养严谨的科学态度以及批判精神。1、探究自由落体运动规律。u接下来和学生一起对自由落体运动做一个深入的分析教师引导学生思考自由落体运动的性质以及运动规律，学生很容易猜测自由落体运动是匀加速直线运动。教师接着启发学生利用研究匀加速直线运动的方法来进行探究，学生很自然的想到用打点计时器来设计实验。教师要对学生设计的想法予以鼓励和支持，并提出启发性的意见。在实验之前，教师应当和同学们一起回顾打点计时器的使用方法以及使用注意点，再让同学们开始实验。设计意图：利用纸带来判断运动规律是一种十分有效的方法，同时让同学们自己操作可以培养同学们实验能力和动手能力，也可以对实验结果更加清楚。同时分组实验得到的结果可以作为多次实验进行共性分析，更具有说服力。u教师引导同学们对纸带进行处理，利用以前学习过的逐差法或画出s-t图象来判断自由落体的运动规律，在这里测出纸带上两点之间的距离，以及相邻位移之差，得到的数据，并填写到设计好的表格中，最终利用做匀变速直线运动在连续相等的10 自由落体运动时间t内，物体通过的位移之差为定值的结论，结合表格中数据的规律，进而说明了自由落体运动是初速度为零的匀加速直线运动。设计意图：通过对纸带的处理，让同学们再次回顾纸带的处理方法，同时从理论上推测出自由落体运动的规律。既是对前面所学知识的运用，又对本节内容有了深刻的认识。1、研究自由落体加速度。u接着让同学们继续分析纸带，利用逐差法来计算自由落体运动的加速度，学生用来研究自由落体运动所用的重物是不同的，但经过计算得到的加速度值在误差允许范围内是基本一样的。教师对计算得到的加速度值做总结归纳，引出自由落体加速度的概念：在不同地点，不同物体自由落体运动的加速度是相同的，称其为重力加速度。数值为9.8，单位为m/s2，在没有特殊说明时g取9.8m/s2，其方向总是竖直向下的。设计意图：让学生自己进行分析总结后，教师再引出新概念，这样有助于学生正确概念的建构，在思想上真正的理解自由落体这种运动方式。u引导学生观察教科书第44页的表格,10 自由落体运动让同学们总结表格中的信息后再由教师总结，地球上不同地区g值是不一样的，纬度越大，重力的加速度就越大。让学生课后思考为什么会产生这样的现象，但是不做过多的解释。利用g值随纬度的变化规律为同学们学习万有引力与航天的内容埋下伏笔。设计意图：让同学们了解不同地方的g值是不同的，并了解g值随纬度的变化规律，在这里点明但并不做过多的解释，激发学生的求知欲，同时为学习万有引力的内容作铺垫。u类比匀加速直线运动的规律，结合自由落体运动的条件，即初速度为零、加速度为重力加速度g、位移为h，只需将匀加速直线运动中的初速度变为零，加速度用重力加速度取代总结概括，即可得到自由落体运动的规律。设计意图：同学们对匀加速直线运动的公式已经非常熟悉，通过自由落体的概念以及产生条件用类比的方法就可以得到自由落体的运动公式，一方面让同学们回顾了之前学习到的内容，另一方面，使同学们对本节课的知识更好的掌握。10 自由落体运动1、自由落体规律的应用。u讲解完自由落体运动的规律后，教师安排该规律在实际生活中的小应用。根据书本中做一做的小应用，让同学们自己来制作一把反应尺。教师首先让学生阅读课本中测定反应时间的内容，并思考这个小实验为什么可以测出反应时间。启发同学们从自由落体规律方面来思考这个问题，同学们很容易联想到利用，通过公式变形得到的公式来计算反应时间。接着让同学们测一测同桌的反应时间，在实验过程中提醒同学们对反应尺起点、终点位置的选取。设计意图：这个小应用直接利用了自由落体运动，将所学习到的知识应用到生活实践中去，让同学们意识到物理来源于生活又应用于生活。同时在实际应用过程中加深对知识的理解，激发学生学习物理的兴趣。2、课后作业。最后作为知识点的巩固与扩展，设计以下三个习题。1)重温赵凯华先生在必修一中的序。2)查一查苏州的重力加速度是多少。10 自由落体运动1)列举生活中几个自由落体运动的现象，并思考用什么方法可以计算出它们重力加速度的值。设计意图：这部分习题依然是来源于实际生活，对同学们的实际生活有非常大影响。赵凯华先生通过研究自由落体运动渗透研究物理问题的方法，重温本序让同学们既巩固本节内容，同时体会研究物理问题的一般方法。尝试查找苏州地区的加速度，为以后利用单摆的周期测重力加速度埋下伏笔，同时对学生进行“爱家乡，爱祖国”的爱国主义教育。第三道习题可以用来巩固本节课的内容，深化理解。1、板书设计10