分层设问科学探究——自由落体运动教学设计

甘肃省会宁县第一中学(730799)滕文娟

1教材分析

本节是人教版《物理1（必修）》第2章第5节内容。它是在学习“匀变速直线运动”规律之后编排的，是匀变速直线运动的特例。通过对自由落体运动的研究，学生既了解了一种具体的运动，又巩固了匀变速直线运动的规律，也加强了课本知识与实际生活的联系。通过对物理问题的基本思路和科学方法的学习，为今后研究“平抛物体的运动”打下了良好的基础。

2学情分析

学生由于受日常经验的影响，对物体的下落运动普遍存在重快轻慢的错误认识。本节课拟通过学生之间的辩论，使学生明确认识到：日常见到的现象是因为受空气阻力影响的缘故，从而有效地消除学生从生活中得来的错误观念，培养学生透过现象看到本质的辩证唯物主义认识观。

学生已学过“匀变速直线运动规律”的运动学知识，具备了一定的学习基础，通过演示实验总结出自由落体运动的特点，得出自由落体加速度的概念，然后结合匀变速直线运动规律“水到渠成”地推导出自由落体运动的规律。

3设计思想

教学过程的优化设计关系到课堂教学的质量。教学目标的实现，教学任务的完成，都要通过教学过程来实施。本节课的主要教学思路如下。

(1)由一个小实验的演示提出问题来研究物体的下落运动，明确课题。

通过教师的层层引导，学生实验、讨论、答辩方式探究影响物体下落快慢的因素，然后抓住主要因素，忽略次要因素，建立理想化过程，得出自由落体运动的概念。

(2)利用对打点纸带的分析，得出自由落体运动的性质和特点。利用牛顿管实验理论推导得出：同一地点不同物体的自由落体加速度是相同的结论。

(3)利用前面学过的匀变速直线运动的规律及自由落体运动的特点，总结出自由落体运动的规律。

4教学目标

4.1知识与能力

理解自由落体运动的实质及相关概念，掌握其规律。

4.2过程与方法

通过演示实验让学生从观察实验中分析归纳出自由落体运动的特点，培养学生将形象思维转化为抽象思维的能力，归纳概括出物理概念和物理规律的能力。

通过实验观察、推理、归纳等科学知识和方法，培养学生透过现象看本质的认识观。

4.3情感态度与价值观

通过对自由落体运动的学习，培养学生多层次考虑问题的辩证唯物主义思想，追求科学真理的学习品质。

让学生感受到物理与科学、社会、生活的联系，感受到科学的现实性，使学生产生强烈的求知欲，乐于探索自然现象和日常生活中的物理道理，初步领略科学的美妙与和谐，体验解决问题时的喜悦，培养学生的合作意识与协作精神。

5教学重点和难点

5.1重点

认识自由落体运动是初速度为零、加速度为g的匀变速直线运动，并能应用匀变速直线运动的规律解决自由落体运动的问题。

5.2难点

物体下落的快慢与物体所受重力大小无关系，同一地点，自由落体运动中不同物体下落的加速度都为g。

6课前准备

6.1学生准备

一元硬币1枚、与一元硬币等大的纸片1张、等大的纸片2张、小石子1颗。

6.2教师准备

除与学生准备的相同以外再准备电磁打点计时器1个（附铁架台、重锤、纸带、学生电源）、牛顿管1个（附抽气机1台）。

7教学过程设计

7.1复习提问（教师口述题目学生回答）

(1)做初速度为零的匀加速直线运动的物体，在t s秒时间内发生的位移是s m。试写出加速度a的表达式。

(2)一个质点做直线运动，测得在t0、t1、t2……时刻速度分别是v1、v2、v3……已知Δt1=t1-t0；Δt2=t2-t1……且Δt1=Δt2=……Δv1=v1-v0；Δv2=v2-v1……在Δv1、Δv2……之间满足什么关系时，质点做匀加速直线运动？

(3)已知一物体做匀变速直线运动，加速度为a,试证明：在一段时间t内的平均速度等于该段时间中点时刻t/2的瞬时速度。

学生证明，教师巡视，由3名学生板演。

教师引导归纳以下3点，为学习自由落体运动做准备：

①由（1）得a=2s/t2，当s、t相同时，a相同；

②由（2）得Δv1=Δv2=……时，该质点的运动一定是匀加速直线运动，给我们提供了一个判断质点是否做匀变速直线运动的方法；

③由（3）得到了一种求解做匀变速直线运动的物体在某一时刻瞬时速度的方法。

7.2引入新课

教师演示1：将粉笔头在空中由静止释放，让学生观察。

问1：它是一种什么性质的运动呢？

教师演示2：将一小球挂在铁架台上，教师引导学生回答问题。

问2：挂在细线下静止的小球，受哪些力的作用？（重力、拉力）

问3：如果把细线剪断，小球下落过程中受哪些力作用？（重力、空气阻力）

问4：那么小球将在什么方向上运动？（竖直方向）

问5：这就是我们常见的物体自由下落的现象，将轻重不同的物体从同一高度同时由静止释放，快慢相同吗？我们今天就来共同研究探讨这一问题。

7.3新课教学

7.3.1科学探究一——轻重不同的物体下落快慢是否相同

分组讨论，设计实验方案，引导学生利用准备好的器材做实验，观察现象，教师提出问题，各组交流，展开辩论。

方案1:将一元硬币与等大的纸片从同一高度由静止释放，观察谁快。能不能得出物体越重下落越快？各组答辩。

方案2:将一小石子与一比小石子重的大纸片从同一高度由静止释放，观察谁快。能不能得出物体越轻下落越快？各组答辩。

教师小结：从观察到的现象看，物体下落的情况比较复杂，直观感觉和经验告诉我们，有时重的物体下落快，有时轻的物体下落快，物体下落的快慢不仅与重力有关，还与其他因素有关，对具体问题要具体分析，那么是什么因素在起作用呢？请各组继续做实验。

方案3:取两张完全相同的大纸片，重力相同，这样重力对下落的作用是一样的，把其中一张揉成纸团，让它们从同一高度由静止释放，观察谁快。重力相同的物体能否同时落地，为什么？请各组继续设计做实验。

方案4:取一元硬币1枚，与一元硬币等大的纸片1张，将纸片揉成团让它们从同一高度由静止释放，观察谁快。教师提出问题：物体下落的快慢与重力有关吗？那么为什么有时重的下落的快呢？是什么因素在影响呢？

学生猜想：是空气阻力的作用。

教师提出问题：如果没有空气阻力的话，物体自由下落的情况会怎样呢？我们通过实验来检验。

教师演示3：教师做牛顿管实验，学生观察现象。

得出结论：若无空气阻力，不同物体自由下落快慢相同。

教师引导学生归纳总结出：物理学中，把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。而在日常生活中，物体下落不可能不受空气阻力，如果空气阻力对于重力而言很小可忽略的话，物体由静止下落的运动就可以看成自由落体运动。所以自由落体运动是一个理想化的过程，通过理想化突出主要因素，忽略次要因素，从而使问题简单化，这是物理学中常用到的一种研究问题的科学方法。

7.3.2科学探究二——自由落体运动的特点和规律

教师讲述：教师给学生介绍伽利略如何用简单明了的科学推理，巧妙地揭露了亚里士多德学说内部的矛盾，并推断自由落体运动是一种匀加速运动。伽利略用科学推理揭示自然规律的方法，对现代的科学研究仍然有重要的指导意义。下面我们用实验来研究自由落体运动，并揭示出它的规律。

演示实验：用打点计时器打出若干条重锤自由下落运动的纸带。

分组测量分析：将打出的纸带分发到各小组，进行有关测量，测出相邻点间的距离S，计算出各点的瞬时速度及重锤运动的加速度。

交流展示结果，教师归纳总结：

①自由落体运动是初速度为零的匀加速运动；

②在同一地点，一切物体在自由落体运动中的加速度都相同，这个加速度叫做自由落体加速度，又叫重力加速度，用“g”表示，方向竖直向下，通常情况下g=9.8 m/s2，粗略计算时，也可取10 m/s2。

学生推导规律：让学生按匀变速直线运动知识推导出自由落体运动规律。请3名学生到黑板上推导。

得出自由落体运动的规律：vt=gt，h=1/2gt2，v2t=2gh。

7.4课堂小结

我们运用了物理学中的理想化方法，从最简单，最基本的情况入手，抓住影响运动的主要因素，去掉次要的非本质因素的干扰，建立了理想化的物理过程——自由落体运动。理想化是研究物理问题常用的方法之一，在后面的学习中还要用到。

通过分析处理实验数据，得出了自由落体运动的概念，结合匀变速直线运动的规律推导出自由落体运动的规律。

要学会研究问题的方法，而不仅仅是知识本身。知识的结论当然重要，但更重要的是如何获取知识和处理知识。

8教学反思

本案例设计从新课程标准出发，定位于力求做到对学生进行物理学研究方法的教育。恰当分析学情，将学生已有的生活知识考虑在内，使教学起点尽量定位准确，并从三维目标要求，确定教学要求和教学重点和难点。

教学过程从实验引入课题，层层设问，引发学生思考问题，让学生产生思维矛盾冲突，以激发学生学习兴趣，并且反复多次通过实验分析、讨论认识规律。关注课堂教学过程中生成性资源的应用，充分体现教师主导、学生主体、自主合作、探究学习等新课程所倡导的教学方法。

收稿日期：2014-07-05