《自由落体运动》探究式教学设计

这是《自由落体运动》探究式教学设计，是优秀的物理教案文章，供老师家长们参考学习。

　　【知识结构及教学目的要来的确定】

　　本节教材是作为匀变速运动规律的运用特例而编排的。通过本课的教学，使学生既了解一种具体的运动，又巩固匀变速运动规律。同时也为学习选修本“竖直上抛运动”和“平抛物体的运动”奠定基础。本课利用闪光照片来研究物体运动的方法，也将在后续课程中应用。

　　本节教材有五个知识点。即：A.落体运动是竖直向下的直线运动。B.自由落体运动的定义及特点(不同物体在同一地点，下落快慢相同)。C.自由落体运动的性质(初速为零的匀加速直线运动)。D.自由落体的加速度g。E.自由落体运动的规律。

　　各知识点是按知识的形成过程有机结合的。即：从对落体运动表象的观察，到深层的分析和研究，由浅入深、由表及里逐一展开。具体说：先观察轨迹，再判断运动快慢，进而分析运动的性质，确定运动加速度，最后明确运动规律。本节教材这样编写符合教育家赞科夫提出的“使学生理解学习过程”的原则，因此，在课堂教学过程中有必要遵循教材编写意图，按知识的形成过程进行教学。

　　由现代教学论可知，教学目的要求的确定可从知识本身的理论价值和应用价值，知识的能力价值和教育功能四方面考虑。因此，从知识本身的理论价值和应用价值角度提出教学目的要求如下：

　　A.知道自由落体运动、自由落体运动加速度的概念。

　　B.理解自由落体运动的性质和规律，巩固匀变速运动的有关知识。

　　在自由落体运动概念的形成过程中，伽利略用科学推理的方法，借助于理想实验，揭示亚里士多德“重的物体下落快”这一论断的错误。进而通过从简单着手的科学研究方法，忽略空气阻力这一次要因素，突出问题的本质，提出自由落体运动的概念。在自由落体性质这一知识点的形成过程中，伽利略采用实验研究的方法，证明自由落体运动是一种初速为零的匀加速直线运动，改变了以往人们凭直觉判断的研究方法，伽利略的实验研究标志着物理学的真正开端。因此，从知识的能力价值和教育功能的角度提出教学目的要求如下：

　　C.培养学生观察能力和推理能力。

　　D.初步了解研究自然规律的科学方法。(从简单着手进行研究的方法和实验研究的方法)

　　需要指出的是：在自由落体性质的研究过程中，伽利略所面临的困难是巨大的。当时现成的计时仪器只有一根指针，钟面上只刻有小时的刻度，若以小时为计时的最小单位进行自由落体运动的研究是十分困难的。对此伽利略首先提出用斜面“冲淡重力”的方法，通过对斜面上小球运动情况的研究来推断自由落体运动的性质。但这仍是不够的。由 可知，若h= 100m，t=3600s，则 ，显然此时斜面的倾斜角已几乎是0°，而此时斜面摩擦阻力的影响又是难以回避的，因此伽利略又进行了计时仪器的改进，并成功地制造了“水钟”。“水钟”的设计思想与中国古代“水漏”的设计思想是一致的，水经容器底部的小孔流出，通过流出水量多少的测量，来较精确地测定时间，从而完成了斜面上物体运动情况的研究。考虑到教学时间的限制，也为了更好地服务于教学目的，在课堂教学中应该突出对伽利略“用实验验证理论”观点的重大意义进行宣讲，而对具体的实验方法和科学史料在以后的教学中再逐步进行介绍、渗透。

　　本节课的教学重点为：不同物体下落的加速度都是g。教学难点为：物体下落的快慢与物体所受重力无关。由于学生对重的物体下落快、轻的物体下落慢的印象很深，因此在课堂教学中必须精心设计实验，用事实战胜假象，帮助学生建立正确的观点。

　　【教学方法】

　　由于本节教材有着广阔的实验背景和能力与方法教育的深厚内涵，因此本节课的教学拟采用观察法。设计如下五个实验：(1)烧断悬线后小球下落的实验;(2)等面积铁片和纸片下落的实验;(3)纸片和轻纸团下落的实验;(4)等重的纸片和纸团下落的实验;(5)钱毛管实验。通过对各演示实验和闪光照片的观察分析，通过教师边演示、边启发，让学生边观察、边思考，充分调动学生的积极性，达到上述教学目的与要求。

　　观察法的教学模式是：A.创设情景，提出问题。B.明确观察内容。C.观察和记录。D.分析归纳，得出结论。本课每一演示实验的教学都应遵循这一模式，以提高教学效果，如演示实验1的教学过程是：A.明确要研究一种常见的物体下落的运动，出示如图所示装置，提出：悬线断后物体运动情况如何?B.向学生指出：先观察小球下落的轨迹，是直线还是曲线，是水平还是竖直的?C.进行演示，用火烧断悬线，避免剪刀剪断悬线时对悬线横切的不利影响，确保小球开始下落时初速为零。D.提问学生，得出：物体下落的轨迹是一竖直方向的直线。

　　观察法进行教学的目的，在于学生观察能力的培养，因此在教学过程中，还要让学生做到以下三点：A.学会观察的方法。如在实验2到实验5的教学过程中，对两物体下落快慢的比较，通过物体运动的初、末状态的比较来进行。在开始下落瞬间观察两物体是否同时、同高、无初速，在落到桌面上的瞬间通过眼看耳听来进行判别。B.学会对现象作准确、条理的分析和描述。如在利用自由落体的闪光照片研究自由落体加速度的教学过程中，要求学生由小球运动轨迹是竖直的直线、运动方向向下，得出小球的瞬时速度方向为竖直向下;由照片中相邻两小球间隔逐渐增大，得出在每一段闪光时间间隔内物体的平均速度逐渐增大;再结合自由落体是匀变速直线运动，得出小球的瞬时速度逐渐增大，从而得出自由落体加速度方向为竖直向下。C.善于从观察中发现问题。如利用自由落体的闪光照片测定重力加速度大小的过程中，通过用刻度尺测出小球间距，求得的重力加速度值小于 ，使学生了解闪光照片中标尺的作用。在实验5钱毛管实验的教学过程中，通过正误实验操作的对比，使学生领悟到：钱毛管由水平位置转为竖直时应保持上端不动，从而使金属片和羽毛在刚开始下落时速度为零;在学生观察到真空中金属片和羽毛下落快慢相同的现象后，提问学生：生活中有没有轻重不同的物体下落快慢相同的现象。启发学生：若重的物体压住了轻的物体，也会使物体下落快慢相同。再进行演示：在真空中羽毛在上、金属片在下时两物体下落快慢相同，从而使学生真正建立起：忽略空气阻力时，物体下落快慢相同的观点。

　　【教学过程及实验和例题的讲解】

　　教学过程的优化设计关系到课堂教学的质量，教学目标的实验、教学任务的完成都要通过教学过程来实施。本节课的主要教学过程如下：A.引入新课，明确课题。研究物体下落的运动;B.实验演示，定性研究。得出：自由落体运动的概念特点;C.利用闪光照片，定量分析。得出：自由落体的性质和自由落体加速度;D.应用和巩固练习。得出自由落体运动的规律，进行例题教学。

　　围绕着物体下落快慢与所受重力无关这一难点设计的系列实验(实验2—5)，具体安排如下：

　　由于“重的物体下落快”这一错误的生活经验，总是存在于大多数学生头脑中。因此安排实验2：铁片和等面积纸片下落，让学生观察到“重的物体下落快”的现象，暴露出学生原有的错误观点。再通过实验3：取二张相同的纸，剪去其中一张的部分并揉成团再同时下落，让学生观察到“轻的纸团下落快”的现象。通过强烈的对比，激发学生的兴趣，促使学生积极地思考。然后安排实验4：让等重的纸片和纸团下落，使学生观察到“等重的物体下落快慢不同”的现象。使学生跳出物体下落快慢与重力相关的思维怪圈，去分析空气阻力的影响。降低了分析的难度，符合赞科夫提出的“使班上所有的学生(包括最差的学生)都得到一般发展的原则”。通过对空气阻力的分析，使学生意识：空气阻力的影响使得物理现象复杂多变，一时难以抓住问题的本质。从而启发学生：从简单着手，忽略空气阻力的影响，进而引出实验5：钱毛管实验。使学生建立：“忽略空气阻力时，同一地点物体下落快慢相同的”观点。

　　上述实验各具目的、有机结合。从实验2引出错误(这是纠正错误的前提)，实验3提出问题，激发兴趣，到实验4进行铺垫，帮助分析，实验5解决矛盾，得出结论。一环紧扣一环，一气呵成。

　　例题的教学不仅要起到对课堂所学知识的巩固和提高作用，还要起到深化和活化的作用，同时又是教学过程中的一个反馈手段。本课例题选用教材后面练习题(1)，即：为了测出井口到井里水面的深度，让一个小石块从井口下落，经过2.0s后听到石块落到水面的声音。求井口到水面的深度(不考虑声音传播所用的时间)。之所以选用这个题目而不用课文中的原例题，原因有二：A.让学生养成独立思考的习惯，真正检验学生对课堂教学内容的掌握程度，避免出现部分学生不深入分析，依赖课文进行题解的错误做法。B.结合例题，介绍测量变换的物理思想，使学生了解：依赖于某一物理过程，可用测量时间的办法来求得空间的尺寸。

　　通过例题的教学还要使学生逐步领会到物理公式是描述物体运动的规律，而不是简单地反映一些“数”之间的联系。具体讲解过程如下：首先通过分析使学生明确：小石块下落过程空气阻力较小可忽略，且释放小石块时初速为零。即：小石块作自由落体运动;再根据不考虑声音传播所用时间，得出小石块的运动时间是2.0s;然后利用自由落体运动规律求得：井口到水面的深度 。