【公開(kāi)課】自由落體運(yùn)動(dòng)+教學(xué)設(shè)計(jì)高一上學(xué)期物理人教版（2019）必修第一冊(cè)

課題章節(jié)與名稱第二章勻變速直線運(yùn)動(dòng)的研究第4節(jié)自由落體運(yùn)動(dòng)課時(shí)1上課時(shí)間教師學(xué)習(xí)內(nèi)容分析學(xué)習(xí)目標(biāo)描述一、物理觀念1.認(rèn)識(shí)自由落體運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)和規(guī)律；2.會(huì)運(yùn)用自由落體運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)和規(guī)律解答相關(guān)問(wèn)題。二、科學(xué)思維通過(guò)分析，歸納出自由落體運(yùn)動(dòng)的速度，位移公式，培養(yǎng)分析、推理、綜合的能力。三、科學(xué)探究1.通過(guò)實(shí)驗(yàn)，概括出自由落體運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)；2.通過(guò)實(shí)驗(yàn)探究自由落體運(yùn)動(dòng)加速度的大小。學(xué)科核心素養(yǎng)培養(yǎng)說(shuō)明科學(xué)態(tài)度與責(zé)任：培養(yǎng)學(xué)生仔細(xì)觀察、認(rèn)真思考、積極參與、勇于探索的精神。教學(xué)重點(diǎn)1.自由落體運(yùn)動(dòng)的概念及探究自由落體運(yùn)動(dòng)的過(guò)程；2.掌握自由落體運(yùn)動(dòng)的規(guī)律，并能運(yùn)用其解決實(shí)際問(wèn)題。教學(xué)難點(diǎn)1.理解并運(yùn)用自由落體運(yùn)動(dòng)的條件及規(guī)律解決實(shí)際問(wèn)題；2.自由落體運(yùn)動(dòng)逐差法求加速度。學(xué)生學(xué)情分析對(duì)自由落體運(yùn)動(dòng)的研究是本節(jié)的一個(gè)難點(diǎn)，因?yàn)樗c學(xué)生常見(jiàn)的生活中的落體運(yùn)動(dòng)并不完全相同，需要轉(zhuǎn)變學(xué)生的已有認(rèn)識(shí)。本節(jié)課的內(nèi)容是對(duì)前面所學(xué)知識(shí)的綜合應(yīng)用，需要學(xué)生通過(guò)實(shí)驗(yàn)結(jié)合前面所學(xué)內(nèi)容，得出自由落體運(yùn)動(dòng)規(guī)律，并測(cè)得重力加速度g的大小，進(jìn)而得出自由落體運(yùn)動(dòng)的速度、位移與時(shí)間之間的關(guān)系式。教學(xué)策略設(shè)計(jì)教學(xué)環(huán)節(jié)教學(xué)內(nèi)容主要教學(xué)方法與活動(dòng)設(shè)計(jì)一、創(chuàng)設(shè)情境導(dǎo)課問(wèn)題輕重不同的兩個(gè)物體從同一高度同時(shí)落下，你認(rèn)為哪個(gè)物體下落得快？1.教師展示：將兩個(gè)輕重不同的玩偶同時(shí)從同一高度釋放，并進(jìn)行多次演示。（說(shuō)明：將兩個(gè)玩偶粘上不影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果的小鐵片，利用電磁鐵吸引至高空，再同時(shí)斷電。）2.設(shè)疑：是什么因素影響物體下落得快慢？3.介紹：物體下落的運(yùn)動(dòng)是司空見(jiàn)慣的，但人類對(duì)它的認(rèn)識(shí)卻經(jīng)歷了差不多兩千年的時(shí)間。最早研究這個(gè)問(wèn)題的，大概要算古希臘學(xué)者亞里士多德了由實(shí)驗(yàn)可以看到石頭下落得非?？?，重的物體下落快的現(xiàn)象，在生活中還有很多例子，所以亞里士多德認(rèn)為物體下落的快慢跟它的輕重有關(guān)，重的物體下落得快。我們知道它沒(méi)有考慮到空氣阻力的作用，所以得出這樣的結(jié)論。學(xué)生活動(dòng)一：在教室內(nèi)拿兩張同樣大小的紙，將其中一張揉成一個(gè)團(tuán)。讓紙團(tuán)和另一張紙?jiān)谕瑯拥母叨嚷湎?，看看哪一個(gè)下落得快？二、教學(xué)過(guò)程（一）自由落體運(yùn)動(dòng)引導(dǎo)：伽利略認(rèn)為，根據(jù)亞里士多德“重的物體下落得快”的論斷，會(huì)推出相互矛盾的結(jié)論。例如，假定一塊大石頭的下落速度為8m/s，一塊小石頭的下落速度為4m/s，當(dāng)把兩塊石頭捆在一起時(shí)，大石頭會(huì)被小石頭拖著而變慢，整個(gè)物體的下落速度應(yīng)該小于8m/s；但是，把兩塊石頭捆在一起后，整個(gè)物體比大石頭要重，因此整個(gè)物體下落的速度應(yīng)該比8m/s還要大。這種相互矛盾的結(jié)論，說(shuō)明亞里士多德“重的物體下落得快”的看法是錯(cuò)誤的。問(wèn)題輕重不同的物體下落的情況到底是怎樣的？§演示實(shí)驗(yàn)：質(zhì)量不同的物體下落快慢的研究實(shí)驗(yàn)?zāi)康模河^察質(zhì)量不同的物體下落的快慢實(shí)驗(yàn)器材：牛頓管、紙片、螺絲釘實(shí)驗(yàn)步驟：（1）將紙片和螺絲釘裝入牛頓管中，將牛頓管進(jìn)行密封，并抽出里面的空氣，讓其內(nèi)部近似為真空狀態(tài).（2）將牛頓管瞬間倒置，使紙片和螺絲釘同時(shí)從同一高度下落，觀察下落的快慢注意事項(xiàng)：先把牛頓管豎直。用磁鐵吸住，我在紙片上粘了一個(gè)小鐵片，質(zhì)量仍然比螺絲釘要小，然后快速釋放兩物體；抽氣的方法：把針筒與塑膠管口連接，反復(fù)抽氣，抽氣過(guò)程中，讓塑膠管保持豎直暢通；（3）一直抽到很費(fèi)力為止，取掉針筒。氣口處有一個(gè)單向閥，氣體只進(jìn)不出，觀察紙片和螺絲釘?shù)南侣淝闆r。實(shí)驗(yàn)結(jié)論：抽氣之前，紙片明顯下落較慢；抽氣之后兩者幾乎下落一樣快。設(shè)疑：下落的幾乎一樣快，還是有快慢的差別，大家覺(jué)得是什么原因？如果繼續(xù)抽氣會(huì)怎樣？視頻演示：牛頓管觀察物體下落快慢。（播放視頻，央視《加油向未來(lái)》節(jié)目自由落體運(yùn)動(dòng)實(shí)驗(yàn)。）結(jié)論：在現(xiàn)實(shí)生活中人們之所以看到物體下落的快慢不同，是因?yàn)榭諝庾枇Φ挠绊?。如果沒(méi)有空氣阻力，所有物體下落的快慢都一樣。通過(guò)多媒體課件動(dòng)圖展示：生活中有阻力的自由下落的現(xiàn)象。歸納總結(jié)：定義：物體只在重力作用下，從靜止開(kāi)始下落的運(yùn)動(dòng)叫自由落體運(yùn)動(dòng)。特點(diǎn)：①?gòu)撵o止開(kāi)始下落，即初速度v0為零；②只受重力。在有空氣的空間，如果空氣阻力的作用比較小，可以忽略，物體的下落可以近似看作自由落體運(yùn)動(dòng)。這就使得自由落體運(yùn)動(dòng)在現(xiàn)實(shí)生活中具有實(shí)際意義，因?yàn)闆](méi)有阻力的情況是一種理想狀態(tài)，我們現(xiàn)實(shí)中無(wú)法實(shí)現(xiàn)。所以說(shuō)自由落體運(yùn)動(dòng)是一種理想的物理模型。學(xué)生活動(dòng)二：觀察質(zhì)量不同的物體下落的快慢。（二）自由落體加速度下面我們通過(guò)一個(gè)實(shí)驗(yàn)來(lái)研究自由落體的運(yùn)動(dòng)規(guī)律?！鞂?shí)驗(yàn)：研究自由落體運(yùn)動(dòng)的規(guī)律實(shí)驗(yàn)?zāi)康模貉芯孔杂陕潴w運(yùn)動(dòng)的加速度是否變化；測(cè)量重物下落的加速度。實(shí)驗(yàn)器材：鐵架臺(tái)、打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、紙帶、重物、交流電源、刻度尺、導(dǎo)線實(shí)驗(yàn)步驟：（1）固定打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，紙帶一端系著重物，另一端穿過(guò)計(jì)時(shí)器.（2）用手捏住紙帶上端，啟動(dòng)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，松手后重物自由下落，計(jì)時(shí)器在紙帶上留下一串小點(diǎn).（3）仿照前面對(duì)小車運(yùn)動(dòng)的研究，測(cè)量重物下落的加速度（4）改變重物的質(zhì)量，重復(fù)上面的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理：仿照前面對(duì)小車運(yùn)動(dòng)的研究，通過(guò)紙帶求出重物下落的加速度實(shí)驗(yàn)結(jié)論：對(duì)不同物體進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在同一地點(diǎn)，一切物體自由下落的加速度都相同.對(duì)不同物體進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在同一地點(diǎn)，一切物體自由下落的加速度都相同。我們就把這個(gè)都相同的量，就做自由落體加速度。定義：物體在自由落體運(yùn)動(dòng)中的加速度叫作自由落體加速度，也叫作重力加速度。符號(hào)：通常用g表示。方向：豎直向下。因?yàn)榈厍虻奈际峭碌?。大?。阂话鉭=9.8m/s2，粗略計(jì)算g=10m/s2。指導(dǎo)：利用手機(jī)傳感器測(cè)自由落體加速度。雖然是如此，但是我們通過(guò)精確的實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在地球表面不同的地方，g的大小一般是不同的。如圖所示，可以看到各地的加速度的值是不同的。但是也有一定的規(guī)律。設(shè)疑：你從表中發(fā)現(xiàn)了什么規(guī)律嗎？你能嘗試解釋這個(gè)規(guī)律嗎？嘗試解釋就是作出猜想。地球是一個(gè)兩極稍扁赤道略鼓的不規(guī)則球體，所以極地半徑比赤道半徑小。這樣半徑越小的吸引力越大，所以這個(gè)加速度就比較大。地球的不規(guī)則性使得重力加速度不一樣，即使你站在高山上也是不一樣的，推廣到月球上。結(jié)論：重力加速度隨緯度的增加而增加。學(xué)生活動(dòng)三：研究自由落體運(yùn)動(dòng)規(guī)律。學(xué)生在老師指導(dǎo)下，利用手機(jī)傳感器測(cè)自由落體加速度。用手托著手機(jī)，打開(kāi)加速度傳感器，手掌迅速向下運(yùn)動(dòng)，讓手機(jī)脫離手掌而自由下落，然后接住手機(jī)，觀察手機(jī)屏幕上加速度傳感器的圖像。通過(guò)數(shù)據(jù)了解不同地點(diǎn)的重力加速度的值。（三）自由落體運(yùn)動(dòng)規(guī)律問(wèn)題既然自由落體運(yùn)動(dòng)是從靜止開(kāi)始，加速度的值恒為g=9.8m/s2的勻變速直線運(yùn)動(dòng)，那么自由落體運(yùn)動(dòng)的規(guī)律與勻變速直線運(yùn)動(dòng)規(guī)律有什么聯(lián)系？引導(dǎo)：物體只在重力作用下，從靜止開(kāi)始下落的運(yùn)動(dòng)叫自由落體運(yùn)動(dòng)。從靜止開(kāi)始就表明自由落體運(yùn)動(dòng)的初速度是零，加速度的值恒為g=9.8m/s2，那么自由落體運(yùn)動(dòng)是初速度為零的勻加速直線運(yùn)動(dòng)，所以，勻變速直線運(yùn)動(dòng)公式也適用于自由落體運(yùn)動(dòng)。把初速度v0=0和加速度a=g分別帶入勻變速直線運(yùn)動(dòng)的速度與時(shí)間關(guān)系式、位移與時(shí)間關(guān)系式、速度與位移關(guān)系式，得出自由落體運(yùn)動(dòng)的關(guān)系式：速度-時(shí)間關(guān)系式：位移-時(shí)間關(guān)系式：速度-位移關(guān)系式：說(shuō)明：因?yàn)槲矬w下落的位移也是物體下落的高度，所以有時(shí)x也用h來(lái)代替。我們主要了解伽利略的研究思路和研究方法，伽利略的邏輯和實(shí)驗(yàn)自然使人欽佩，伽利略對(duì)運(yùn)動(dòng)的研究，不僅確立了許多用于描述運(yùn)動(dòng)的基本概念，而且創(chuàng)造了一套對(duì)近代科學(xué)的發(fā)展極為有益的科學(xué)方法。這些方法的核心是把實(shí)驗(yàn)和邏輯推理（包括數(shù)學(xué)演算）和諧地結(jié)合起來(lái)，從而發(fā)展了人類的科學(xué)思維方式和科學(xué)研究方法。STSE：從伽利略的一生看科學(xué)與社會(huì)（閱讀）了解偉大科學(xué)的一生，學(xué)習(xí)其為科學(xué)做貢獻(xiàn)的精神。學(xué)生活動(dòng)三：在老師的引導(dǎo)下，以小組為單位，合作推導(dǎo)自由落體運(yùn)動(dòng)的關(guān)系式。三、課堂練習(xí)練習(xí)1關(guān)于自由落體運(yùn)動(dòng)，下列說(shuō)法正確的是（）A.質(zhì)量大的物體自由下落時(shí)的加速度大B.雨滴下落的過(guò)程是自由落體運(yùn)動(dòng)C.從水平飛行著的飛機(jī)上釋放的物體將做自由落體運(yùn)動(dòng)D.從二樓陽(yáng)臺(tái)由靜止釋放的石塊，可近似看作自由落體運(yùn)動(dòng)。答案：D練習(xí)2圖中甲、乙兩圖都是使用電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器測(cè)量重力加速度g的裝置示意圖,已知該打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的打點(diǎn)頻率為50Hz。（1）甲、乙兩圖相比較,哪個(gè)圖所示的裝置更合理?（2）丙圖是采用較合理的裝置并按正確的實(shí)驗(yàn)步驟進(jìn)行實(shí)驗(yàn)打出的一條紙帶,其中打出的第一個(gè)點(diǎn)標(biāo)為1,后面依次打下的一系列點(diǎn)跡分別標(biāo)為2、3、4、5……經(jīng)測(cè)量,第15至第17點(diǎn)間的距離為11.70cm,第1至第16點(diǎn)間距離為43.88cm,則打下第16個(gè)點(diǎn)時(shí),重物下落的速度大小為_(kāi)_____m/s,測(cè)出的重力加速度值為g=____m/s2。(結(jié)果要求保留三位有效數(shù)字)答案：（1）甲；（2）2.93；9.78練習(xí)3一物體做自由落體運(yùn)動(dòng)，落地時(shí)速度是30m/s（g取10m/s2）。問(wèn)：（1）它下落到地面所需時(shí)間；（2）它開(kāi)始下落時(shí)的速度；（3）它在最后1s內(nèi)下落的高度。答案：（1）3s；（2）45m；（3）25m討論1小結(jié)自由落體運(yùn)動(dòng)的條件（1）由靜止開(kāi)始下落；（2）只受重力作用或空氣阻力遠(yuǎn)小于重力大小。討論2小結(jié)利用紙帶計(jì)算重力加速度的方法。（1）計(jì)算出紙帶上一個(gè)點(diǎn)或幾個(gè)點(diǎn)的速度，然后根據(jù)加速度的定義式或勻變速直線運(yùn)動(dòng)的其他公式求加速度；（2）計(jì)算出紙帶上各點(diǎn)的速度，畫出v-t圖像，由圖像的斜率可求得重物下落的加速度即重力加速度；（3）根據(jù)Δx=gt2用逐差法求加速度（注意要盡可能多地選用數(shù)據(jù)）討論3小結(jié)自由落體運(yùn)動(dòng)的規(guī)律四、課堂小結(jié)課堂小結(jié)：總結(jié)、歸納，形成本節(jié)課共點(diǎn)力平衡問(wèn)題的物理體系，并學(xué)會(huì)將生活中的物理問(wèn)題轉(zhuǎn)化為物理模型。五、課后作業(yè)作業(yè)1（多選）對(duì)于從蘋果樹(shù)上同一高度同時(shí)落下的蘋果和樹(shù)葉，下列說(shuō)法正確的是（）A.蘋果和樹(shù)葉都可以看成自由落體運(yùn)動(dòng)B.蘋果可以近似地看成自由落體運(yùn)動(dòng)，樹(shù)葉不能看成自由落體運(yùn)動(dòng)C.假如地球上沒(méi)有空氣，則蘋果和樹(shù)葉將同時(shí)落地D.蘋果先落地是因?yàn)槠涫艿降闹亓铀俣缺葮?shù)葉大作業(yè)2利用如圖所示的裝置可以研究自由落體運(yùn)動(dòng)．實(shí)驗(yàn)中需要調(diào)整好儀器，接通打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的電源，松開(kāi)紙帶，使重物下落，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器會(huì)在紙帶上打出一系列的點(diǎn)。

（1）為了測(cè)得重物下落的加速度，還需要的實(shí)驗(yàn)器材有________。(填入正確選項(xiàng)前的字母)

A．天平B．秒表C．刻度尺

（2）若實(shí)驗(yàn)中所得到的重物下落的加速度值小于當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣戎担鴮?shí)驗(yàn)操作與數(shù)據(jù)處理均無(wú)錯(cuò)誤，寫出一個(gè)你認(rèn)為可能引起此誤差的原因：___________________。作業(yè)3如圖所示，一滴雨滴從離地面20m高的樓房屋檐自由下落，下落途中用Δt=0.2s的時(shí)間通過(guò)一個(gè)窗口，窗口的高度為2m，g取10m/s2，求：（1）雨滴落地時(shí)的速度大??；（2）雨滴落地前最后1s內(nèi)的位移大小；（3）屋檐離窗的上邊框的高度。課堂例題1的拓展。延伸、引出