“自由落体运动” 教学设计与评析

刘伟　史春梅

【教材分析】

本节课选自人教版高中《物理》新课标必修一第二章第5节。落体运动是一种常见的运动，自古以来许多人都研究过，伽利略对自由落体运动的研究意义巨大。本节之前，教科书已安排了匀变速直线运动的研究方法和匀变速直线运动规律的运用，以及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。为便于学生接受，教科书的表达分为两节。

本节课主要是通过演示和实验探究，组织学生进行探究活动，分析得出自由落体运动的规律，明确重力加速度的意义，使学生对自由落体运动规律有具体、深入的认识。这样安排既是对前面所学知识的回顾与应用，同时也为日后学习平抛运动等复杂运动奠定基础。通过实验演示和实验探究起到培养学生解决实际问题、探究规律的能力，使学生明确学会研究物理问题方法的重要性，同时也是对学生进行科学方法和科学思想养成教育很好的载体。下一节介绍落体运动的研究历史，主要是介绍伽利略对自由落体运动的研究过程和他的科学思维方法，使学生对自由落体运动的认识上升到更高的层次。

【学情分析】

高一的学生在学习本节内容之前，已经学习了匀变速直线运动的相关知识和打点计时器的使用方法以及纸带的处理方法，而自由落体运动作为匀变速直线运动的一个特殊实例，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。但本节课面向的是高一学生，这部分学生虽然已经具备了一定的实际生活经验，但通常学生会认为物体越重下落得越快，这种错误的认识直接影响了学生对本节内容的学习，同时由于学生的抽象思维比较弱，课堂上教师需要充分创设物理情境，通过演示正确、合理的实验来创建一定的具体形象模型，从而帮助学生构建正确的自由落体运动的模型。

【教学目标】

1.知道物体做自由落体运动的条件。

2.通过实验探究自由落体运动加速度的大小，建立重力加速度的概念，知道重力加速度的方向，知道在地球上的不同地方重力加速度的大小不同，通常情况下g取9.8m/s2。

3.掌握自由落体运动的运动性质，学会如何从匀变速直线运动的规律推出自由落体运动规律，并能够运用自由落体规律解决实际问题。

4.通过牛顿管等演示实验让学生观察轻重不同物体在真空中的下落过程，总结出自由落体运动的定义，通过学生分组实验测量重物自由下落的加速度等探究活动，让学生体会科学推理和科学实验是揭示自然规律的重要方法和手段。

5.初步了解探索自然规律的科学方法，培养学生的实验能力、推理能力、构建模型等能力。使学生感受前人（亚里士多德）崇尚科学、勇于探索的人格魅力，培养学生严谨务实的科学态度，促进学生形成科学的思想和正确的世界观。

【教学重、难点】

1.重点：

（1）物体做自由下落的快慢和所受重力无关。

（2）自由落体运动的运动性质和规律。

2.难点：自由落体运动的加速度。

【实验器材】

1.演示实验器材：投影仪、牛顿管、抽气机、金属片、羽毛、纸片、粉笔头。

2.学生实验器材：重锤、铁架台、打点计时器（带复写纸片）、低压交流电源、纸带、刻度尺、导线两根、坐标纸等。

【课堂实录】

1.纠正错误认识，引入新课环节

师：同学们请坐。物体的下落运动是日常生活中最为常见的现象，今天我们就来共同学习一下这种运动。（一边引入，一边演示粉笔头的下落运动—右手拿起粉笔头，让其自由下落，左手接住，反复几次，直到导入环节结束）类似粉笔头的这种运动大家在生活中看见过吗？哪位同学能给大家举几个例子？

生：“雨滴下落”“秋天树叶落下”“苹果落地”……

师：能看出同学们都很热爱生活，也很善于观察生活中的物理现象，这对大家学好物理很有帮助，请同学们继续保持！（适时的鼓励有助于提升学生学习物理的信心。）

師：轻重不同的物体下落快慢一样吗？

生：“不一样快”“一样快”。

师：哪个答案是正确的呢？让我们做一个实验吧。

演示1：一手拿粉笔头，另一手拿一张小纸片，从讲台上方同一高度由静止开始同时释放，让学生观察二者是否同时落地。

生：认真观察，并将看到的事实回答出来。（粉笔头先着地，小纸片后着地，轻重不同的物体下落快慢不一样“重快轻慢”刚才回答对的同学有点小欢喜。）

师：“重快轻慢”物体下落的快慢真的与物体的重量有关？

生：“有关”“没关”。

师：是否有关，让我们再做一个实验。

演示2：将纸片捏成纸团，重复演示1实验再观察二者是否同时落地。（两者几乎同时落地，刚才回答认为一定是重快轻慢的同学有点小失望。）

师：引导学生分析物体产生下落快慢不同的原因（空气对纸片的阻力影响了纸片的下落，而当它被揉成纸团以后，空气阻力减小，纸片和粉笔头几乎同时落地），对比纸片和纸团，二者的重量相同，但下落的快慢却不同，从而得到：物体下落的快慢与物体的重量无关。

师：（乘胜追击）假设粉笔头和纸片都在真空中同时从同一高度下落，会不会同时着地呢？

生：“同时”“不同时”。（学生踊跃回答，积极参与，学习的主动性被彻底的调动起来了。）

该环节的教学建议：课本中演示实验的设计只写用什么器材、进行什么操作、注意观察什么，而几乎都没有把实验的现象写出来，更不写由此得出的结论。这样做的目的是让学生练习观察，并从观察中自己得出结论。建议教学时可以增加如上演示，让学生观察落体的运动同时让学生思考、讨论、明确：空气阻力使落下物体的运动表现得很复杂，科学研究的第一步是先忽略空气阻力，研究物体不受空气阻力的运动。在这样的学习中，学生不仅可以提高观察与推理的能力，而且逐渐形成观察与思考的习惯。

2.新课教学环节

师：通过前面的演示实验发现，如果没有空气阻力，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。并引导学生根据定义总结物体做自由落体运动的条件。（板书自由落体运动的定义和条件。）

生：物体做自由落体运动的条件是：（1）只受重力而不受其他任何力，包括空气阻力;（2）从静止开始下落，即初速度为零。

师：强调实际上，如果空气阻力同重力相比很小，可以忽略不计，物体的下落也可以看做是自由落体运动。

师：自由落体运动是怎样的直线运动呢？（打破砂锅问到底，并使学生知道通过探究运动的加速度是否改变可以判定运动的性质。）

生：阅读课文，并设计探究实验的方案。

师：组织学生交流探究实验的方案—如何测量下落物体的加速度（用打点计时器记录自由落体运动，分析纸带得出自由落体运动的性质）。

（1）实验前，设计好实验记录的表格;

（2）将计时器呈竖直方向固定在铁架台上;

（3）用手提着纸带，使重物静止在靠近计时器下方;

（4）先接通电源再松开纸带;

（5）通过纸带数据的处理，分析自由落体运动是否为匀变速直线运动？如果是匀变速直线运动，要求出加速度的大小。

生：明确实验的目的和步骤，按上述操作步骤完成探究实验。

师：巡视、指导学生的分组实验。

生：选出一些纸带，获得实验数据。

师：引导学生回忆前面利用纸带测匀变速直线运动加速度的方法。（图像法、图像法、逐差法等。）

生：处理数据，测量自由落体运动的加速度。

师：组织学生交流测量的结果，得出实验的结论。（板书：自由落体运动的性质。）

（1）自由落体运动是初速度为0的匀加速直线运动。

（2）自由落体运动的加速度大小为9.8m/s2，方向竖直向下。

投影：小球做自由落体运动的频闪照相的照片。

介绍：频闪照相的方法以及照片上相邻的像是相隔同样的时间拍摄的，也可以类似纸带的分析较准确地研究自由落体运动的加速度。

师：什么是重力加速度？标准值为多少？方向指向哪里？（板书：自由落体的加速度—重力加速度。）

生：阅读课文，分析课本上图表中的数据，总结重力加速度的大小关系。

（1）在地球上同一地点，一切物体的重力加速度都相同，用“g”表示，g = 9.8m/s2，方向竖直向下。

（2）在地球上不同地方，重力加速度的值略有不同，从赤道到两极，随着纬度的增大，值增大。

（3）在通常的计算中，g取9.8m/s2。在粗略的计算中，还可以把g取为10m/s2。

g = 9.8m/s2，方向竖直向下。（板书）

师：请学生回忆匀变速直线运动规律及公式？

生：v=v0+atx=v0 t+■at2 v2-v02=2ax。

师：自由落体运动是初速度为0，加速度为g的匀加速直线运动。你能写出自由落体运动的规律吗？

生：讨论得出规律，只需将v0换成0，a换成g即可。并写出公式。

该环节的教学建议：

（1）教科书中的重物自由落下的实验，应该由学生分组实验独立完成，让学生通过分析纸带上的实验数据，交流、讨论后得到结论。在科学探究的过程中，要求学生能够熟练使用打点计时器研究自由落体运动的加速度，虽然在此以前学生已经多次使用打点计时器研究物体运动的规律，在课前仍需要求学生对此进行复习，特别是如何利用纸带数据求解加速度。

（2）关于自由落体加速度的教学在这里应该明确指出以下几点：

①在同一地点，任何物体的自由落体加速度都相同，与物体质量无关，而为一定值，这个结论是经过大量实验和理论论证得出的;

②一般计算中g = 9.8m/s2，特别情况下可取g = 10m/s2，重力加速度的方向竖直向下，要让学生记住。

③教科书在列出不同地点的g值表后，提出一个开放新的问题（g值变化的规律和解释）让学生思考。应该鼓励学生大胆猜想产生g值变化的原因，这里并不要求学生得出肯定的结论，可以告诉学生关于g值的产生、变化以及变化规律产生的原因和解释，在以后的学习中会得到解决的。

（3）自由落体运动的规律是本节课重要的知识点，要让学生自己得出结论。

3.总结与练习环节

（1）总结：请学生总结本课学习的知识与技能;

（2）练习：（习题略）;

（3）課外作业：

教科书中本节“问题与练习”第1、2、3题;两人一组完成教科书中“做一做”栏目的“看看你反应的快慢”，下节课组织学生交流活动心得。（该实验作为课外活动内容，要求学生在活动课内完成。）

【教学反思】

高中生普遍认为物理难学，其主要原因是物理的理论太枯燥乏味，很多学生都失去了兴趣，其实这部分学生开始学物理时积极性还是很高的，学到后来都被理论吓倒。而我们教师的作用就是要激发学生学习物理的兴趣，在教学过程中为学生创造适宜的情景，充分利用身边的课程资源，接近学生的经验，激起学生思想的火花，让物理教学更加贴近日常生活，营造良好的课堂氛围。

先前很担心设计出的课会不会流于形式，但在上课的过程中有了深刻的体会——学生的能力很强，更多的是需要教师适时引导而非灌输。这节课我和学生在情境对话中很顺利地完成了教学目标。

1.问题情境的创设使师生参与其中，乐在其中

我作为学生进行探究活动的指导者，在整个的教学过程中，将自己的行为与学生的活动紧密联系起来，与学生一起共同参与探究活动，学在其中，乐在其中。与学生一起共同参与问题情境的创设，引起学生共鸣，课堂产生了良好的“入题”效果。

2.教学设计适时渗透物理学科核心素养

本节课的教学设计层层递进，引导学生积极参与到课堂学习之中，并让学生获得了成功，使学生感受到学习物理的快乐，领悟自然的和谐与奇妙。通过实验创设情境，观察表象，用理性思维抽象出具体的理论，再通过具体的原生态问题使本节课更有魅力，有效地培养了学生物理学科的核心素养。让学生在学习的过程中迸发出了激情的火花，更好地让学生体会到学习物理的乐趣与价值。

3.不足之处

在这节课的教学中我多次提问，但涉及的人数并不很多，主要原因是学生的表达能力、动手能力有别，在规定的时间里无法按要求完成实验，自然就无法回答问题了，有的学生不会组织语言，还有一些羞于发言的学生，于是课堂提问覆盖面不够广，在今后的教学中要鼓励学生课堂积极发言。

【教学评析】

“自由落体运动”这节课教学设计的网上资源丰富，在各地市的赛课活动中教师也经常选用这节课，有的老师都看够了，听腻了，但听完刘老师这节课却让人眼前一亮，耐人回味。

本节课能够结合上课学生的接受能力，依据课程标准，合理地创设问题情境，层层设问，利用演示实验和学生实验激发学生的学习兴趣，整节课行云流水，一气呵成，课堂上学生参与面广，兴趣浓厚，刘老师上课状态放松，听课老师也从中收获颇丰。整节课在传统教学的基础上适时渗透学科思想，实现了课堂教学的优化，真正达到了师生互动和生生互动的目的，很好地培养了学生的学科核心素养。

本节课演示实验多、学生动手操作多，对教师的课堂管理能力是很大的挑战，刘老师把控到位，调动学生思维，让每名学生都动脑筋，即使有些学生基础不够扎实，在听课的过程中也学到很多，收获很多。不像有些課，虽然表面热闹，实际上只是一种繁荣的假象。

探究无处不在，如果只注重对规律的应用，那么学生只能成为学习机器。只有使学生在学习的过程中学到方法，提高能力，对其今后的学习和生活产生良好的影响，才是我们所追求的目标。

编辑/傅    戈 E-mail：9362623@qq.com