“自由落體運動” 教學設計與評析

劉偉　史春梅

【教材分析】

本節課選自人教版高中《物理》新課標必修一第二章第5節。落體運動是一種常見的運動，自古以來許多人都研究過，伽利略對自由落體運動的研究意義巨大。本節之前，教科書已安排了勻變速直線運動的研究方法和勻變速直線運動規律的運用，以及有關打點計時器的使用方法和紙帶的處理方法。因此，自由落體運動可以作為勻變速直線運動的一個具體實例來進行講解。為便于學生接受，教科書的表達分為兩節。

本節課主要是通過演示和實驗探究，組織學生進行探究活動，分析得出自由落體運動的規律，明確重力加速度的意義，使學生對自由落體運動規律有具體、深入的認識。這樣安排既是對前面所學知識的回顧與應用，同時也為日后學習平拋運動等復雜運動奠定基礎。通過實驗演示和實驗探究起到培養學生解決實際問題、探究規律的能力，使學生明確學會研究物理問題方法的重要性，同時也是對學生進行科學方法和科學思想養成教育很好的載體。下一節介紹落體運動的研究歷史，主要是介紹伽利略對自由落體運動的研究過程和他的科學思維方法，使學生對自由落體運動的認識上升到更高的層次。

【學情分析】

高一的學生在學習本節內容之前，已經學習了勻變速直線運動的相關知識和打點計時器的使用方法以及紙帶的處理方法，而自由落體運動作為勻變速直線運動的一個特殊實例，其基本的研究方法與研究勻變速直線運動的方法是一致的，因此學生在知識上已經具備了接受自由落體運動知識的條件，在此時引入該內容是恰到好處的。但本節課面向的是高一學生，這部分學生雖然已經具備了一定的實際生活經驗，但通常學生會認為物體越重下落得越快，這種錯誤的認識直接影響了學生對本節內容的學習，同時由于學生的抽象思維比較弱，課堂上教師需要充分創設物理情境，通過演示正確、合理的實驗來創建一定的具體形象模型，從而幫助學生構建正確的自由落體運動的模型。

【教學目標】

1.知道物體做自由落體運動的條件。

2.通過實驗探究自由落體運動加速度的大小，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，通常情況下g取9.8m/s2。

3.掌握自由落體運動的運動性質，學會如何從勻變速直線運動的規律推出自由落體運動規律，并能夠運用自由落體規律解決實際問題。

4.通過牛頓管等演示實驗讓學生觀察輕重不同物體在真空中的下落過程，總結出自由落體運動的定義，通過學生分組實驗測量重物自由下落的加速度等探究活動，讓學生體會科學推理和科學實驗是揭示自然規律的重要方法和手段。

5.初步了解探索自然規律的科學方法，培養學生的實驗能力、推理能力、構建模型等能力。使學生感受前人（亞里士多德）崇尚科學、勇于探索的人格魅力，培養學生嚴謹務實的科學態度，促進學生形成科學的思想和正確的世界觀。

【教學重、難點】

1.重點：

（1）物體做自由下落的快慢和所受重力無關。

（2）自由落體運動的運動性質和規律。

2.難點：自由落體運動的加速度。

【實驗器材】

1.演示實驗器材：投影儀、牛頓管、抽氣機、金屬片、羽毛、紙片、粉筆頭。

2.學生實驗器材：重錘、鐵架臺、打點計時器（帶復寫紙片）、低壓交流電源、紙帶、刻度尺、導線兩根、坐標紙等。

【課堂實錄】

1.糾正錯誤認識，引入新課環節

師：同學們請坐。物體的下落運動是日常生活中最為常見的現象，今天我們就來共同學習一下這種運動。（一邊引入，一邊演示粉筆頭的下落運動—右手拿起粉筆頭，讓其自由下落，左手接住，反復幾次，直到導入環節結束）類似粉筆頭的這種運動大家在生活中看見過嗎？哪位同學能給大家舉幾個例子？

生：“雨滴下落”“秋天樹葉落下”“蘋果落地”……

師：能看出同學們都很熱愛生活，也很善于觀察生活中的物理現象，這對大家學好物理很有幫助，請同學們繼續保持！（適時的鼓勵有助于提升學生學習物理的信心。）

師：輕重不同的物體下落快慢一樣嗎？

生：“不一樣快”“一樣快”。

師：哪個答案是正確的呢？讓我們做一個實驗吧。

演示1：一手拿粉筆頭，另一手拿一張小紙片，從講臺上方同一高度由靜止開始同時釋放，讓學生觀察二者是否同時落地。

生：認真觀察，并將看到的事實回答出來。（粉筆頭先著地，小紙片后著地，輕重不同的物體下落快慢不一樣“重快輕慢”剛才回答對的同學有點小歡喜。）

師：“重快輕慢”物體下落的快慢真的與物體的重量有關？

生：“有關”“沒關”。

師：是否有關，讓我們再做一個實驗。

演示2：將紙片捏成紙團，重復演示1實驗再觀察二者是否同時落地。（兩者幾乎同時落地，剛才回答認為一定是重快輕慢的同學有點小失望。）

師：引導學生分析物體產生下落快慢不同的原因（空氣對紙片的阻力影響了紙片的下落，而當它被揉成紙團以后，空氣阻力減小，紙片和粉筆頭幾乎同時落地），對比紙片和紙團，二者的重量相同，但下落的快慢卻不同，從而得到：物體下落的快慢與物體的重量無關。

師：（乘勝追擊）假設粉筆頭和紙片都在真空中同時從同一高度下落，會不會同時著地呢？

生：“同時”“不同時”。（學生踴躍回答，積極參與，學習的主動性被徹底的調動起來了。）

該環節的教學建議：課本中演示實驗的設計只寫用什么器材、進行什么操作、注意觀察什么，而幾乎都沒有把實驗的現象寫出來，更不寫由此得出的結論。這樣做的目的是讓學生練習觀察，并從觀察中自己得出結論。建議教學時可以增加如上演示，讓學生觀察落體的運動同時讓學生思考、討論、明確：空氣阻力使落下物體的運動表現得很復雜，科學研究的第一步是先忽略空氣阻力，研究物體不受空氣阻力的運動。在這樣的學習中，學生不僅可以提高觀察與推理的能力，而且逐漸形成觀察與思考的習慣。

2.新課教學環節

師：通過前面的演示實驗發現，如果沒有空氣阻力，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。并引導學生根據定義總結物體做自由落體運動的條件。（板書自由落體運動的定義和條件。）

生：物體做自由落體運動的條件是：（1）只受重力而不受其他任何力，包括空氣阻力;（2）從靜止開始下落，即初速度為零。

師：強調實際上，如果空氣阻力同重力相比很小，可以忽略不計，物體的下落也可以看做是自由落體運動。

師：自由落體運動是怎樣的直線運動呢？（打破砂鍋問到底，并使學生知道通過探究運動的加速度是否改變可以判定運動的性質。）

生：閱讀課文，并設計探究實驗的方案。

師：組織學生交流探究實驗的方案—如何測量下落物體的加速度（用打點計時器記錄自由落體運動，分析紙帶得出自由落體運動的性質）。

（1）實驗前，設計好實驗記錄的表格;

（2）將計時器呈豎直方向固定在鐵架臺上;

（3）用手提著紙帶，使重物靜止在靠近計時器下方;

（4）先接通電源再松開紙帶;

（5）通過紙帶數據的處理，分析自由落體運動是否為勻變速直線運動？如果是勻變速直線運動，要求出加速度的大小。

生：明確實驗的目的和步驟，按上述操作步驟完成探究實驗。

師：巡視、指導學生的分組實驗。

生：選出一些紙帶，獲得實驗數據。

師：引導學生回憶前面利用紙帶測勻變速直線運動加速度的方法。（圖像法、圖像法、逐差法等。）

生：處理數據，測量自由落體運動的加速度。

師：組織學生交流測量的結果，得出實驗的結論。（板書：自由落體運動的性質。）

（1）自由落體運動是初速度為0的勻加速直線運動。

（2）自由落體運動的加速度大小為9.8m/s2，方向豎直向下。

投影：小球做自由落體運動的頻閃照相的照片。

介紹：頻閃照相的方法以及照片上相鄰的像是相隔同樣的時間拍攝的，也可以類似紙帶的分析較準確地研究自由落體運動的加速度。

師：什么是重力加速度？標準值為多少？方向指向哪里？（板書：自由落體的加速度—重力加速度。）

生：閱讀課文，分析課本上圖表中的數據，總結重力加速度的大小關系。

（1）在地球上同一地點，一切物體的重力加速度都相同，用“g”表示，g = 9.8m/s2，方向豎直向下。

（2）在地球上不同地方，重力加速度的值略有不同，從赤道到兩極，隨著緯度的增大，值增大。

（3）在通常的計算中，g取9.8m/s2。在粗略的計算中，還可以把g取為10m/s2。

g = 9.8m/s2，方向豎直向下。（板書）

師：請學生回憶勻變速直線運動規律及公式？

生：v=v0+atx=v0 t+■at2 v2-v02=2ax。

師：自由落體運動是初速度為0，加速度為g的勻加速直線運動。你能寫出自由落體運動的規律嗎？

生：討論得出規律，只需將v0換成0，a換成g即可。并寫出公式。

該環節的教學建議：

（1）教科書中的重物自由落下的實驗，應該由學生分組實驗獨立完成，讓學生通過分析紙帶上的實驗數據，交流、討論后得到結論。在科學探究的過程中，要求學生能夠熟練使用打點計時器研究自由落體運動的加速度，雖然在此以前學生已經多次使用打點計時器研究物體運動的規律，在課前仍需要求學生對此進行復習，特別是如何利用紙帶數據求解加速度。

（2）關于自由落體加速度的教學在這里應該明確指出以下幾點：

①在同一地點，任何物體的自由落體加速度都相同，與物體質量無關，而為一定值，這個結論是經過大量實驗和理論論證得出的;

②一般計算中g = 9.8m/s2，特別情況下可取g = 10m/s2，重力加速度的方向豎直向下，要讓學生記住。

③教科書在列出不同地點的g值表后，提出一個開放新的問題（g值變化的規律和解釋）讓學生思考。應該鼓勵學生大膽猜想產生g值變化的原因，這里并不要求學生得出肯定的結論，可以告訴學生關于g值的產生、變化以及變化規律產生的原因和解釋，在以后的學習中會得到解決的。

（3）自由落體運動的規律是本節課重要的知識點，要讓學生自己得出結論。

3.總結與練習環節

（1）總結：請學生總結本課學習的知識與技能;

（2）練習：（習題略）;

（3）課外作業：

教科書中本節“問題與練習”第1、2、3題;兩人一組完成教科書中“做一做”欄目的“看看你反應的快慢”，下節課組織學生交流活動心得。（該實驗作為課外活動內容，要求學生在活動課內完成。）

【教學反思】

高中生普遍認為物理難學，其主要原因是物理的理論太枯燥乏味，很多學生都失去了興趣，其實這部分學生開始學物理時積極性還是很高的，學到后來都被理論嚇倒。而我們教師的作用就是要激發學生學習物理的興趣，在教學過程中為學生創造適宜的情景，充分利用身邊的課程資源，接近學生的經驗，激起學生思想的火花，讓物理教學更加貼近日常生活，營造良好的課堂氛圍。

先前很擔心設計出的課會不會流于形式，但在上課的過程中有了深刻的體會——學生的能力很強，更多的是需要教師適時引導而非灌輸。這節課我和學生在情境對話中很順利地完成了教學目標。

1.問題情境的創設使師生參與其中，樂在其中

我作為學生進行探究活動的指導者，在整個的教學過程中，將自己的行為與學生的活動緊密聯系起來，與學生一起共同參與探究活動，學在其中，樂在其中。與學生一起共同參與問題情境的創設，引起學生共鳴，課堂產生了良好的“入題”效果。

2.教學設計適時滲透物理學科核心素養

本節課的教學設計層層遞進，引導學生積極參與到課堂學習之中，并讓學生獲得了成功，使學生感受到學習物理的快樂，領悟自然的和諧與奇妙。通過實驗創設情境，觀察表象，用理性思維抽象出具體的理論，再通過具體的原生態問題使本節課更有魅力，有效地培養了學生物理學科的核心素養。讓學生在學習的過程中迸發出了激情的火花，更好地讓學生體會到學習物理的樂趣與價值。

3.不足之處

在這節課的教學中我多次提問，但涉及的人數并不很多，主要原因是學生的表達能力、動手能力有別，在規定的時間里無法按要求完成實驗，自然就無法回答問題了，有的學生不會組織語言，還有一些羞于發言的學生，于是課堂提問覆蓋面不夠廣，在今后的教學中要鼓勵學生課堂積極發言。

【教學評析】

“自由落體運動”這節課教學設計的網上資源豐富，在各地市的賽課活動中教師也經常選用這節課，有的老師都看夠了，聽膩了，但聽完劉老師這節課卻讓人眼前一亮，耐人回味。

本節課能夠結合上課學生的接受能力，依據課程標準，合理地創設問題情境，層層設問，利用演示實驗和學生實驗激發學生的學習興趣，整節課行云流水，一氣呵成，課堂上學生參與面廣，興趣濃厚，劉老師上課狀態放松，聽課老師也從中收獲頗豐。整節課在傳統教學的基礎上適時滲透學科思想，實現了課堂教學的優化，真正達到了師生互動和生生互動的目的，很好地培養了學生的學科核心素養。

本節課演示實驗多、學生動手操作多，對教師的課堂管理能力是很大的挑戰，劉老師把控到位，調動學生思維，讓每名學生都動腦筋，即使有些學生基礎不夠扎實，在聽課的過程中也學到很多，收獲很多。不像有些課，雖然表面熱鬧，實際上只是一種繁榮的假象。

探究無處不在，如果只注重對規律的應用，那么學生只能成為學習機器。只有使學生在學習的過程中學到方法，提高能力，對其今后的學習和生活產生良好的影響，才是我們所追求的目標。

編輯/傅? ? 戈 E-mail：9362623@qq.com