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2019-2020年高中物理 2.5《探究自由落體運動》教學設計 新人教版必修1 　　【課標要求】 　?。?）通過史實，初步了解近代實驗科學產(chǎn)生的背景，認識實驗對物理學發(fā)展的推動作用。 　　（2）經(jīng)歷勻變速直線運動的實驗研究過程，了解勻變速直線運動的規(guī)律，體會實驗在發(fā)現(xiàn)自然規(guī)律中的作用。 　　【教材分析】 　　選自人教版普通高中課程標準實驗教科書《物理》（必修1）第二章《勻變速直線運動的研究》第四節(jié)《自由落體運動》。 　　落體運動是一種常見的運動，伽利略對自由落體運動的研究意義重大。關于自由落體運動的學習分成兩節(jié)來講授。本節(jié)按照伽利略對自由落體運動的研究過程和科學思維過程，使學生認識自由落體運動。下一節(jié)通過演示、實驗、分析得出自由落體運動的規(guī)律，明確重力加速度的意義，使學生對自由落體運動規(guī)律有具體、深入的認識。 　　【學情分析】 　　在前面的教學中，學生已經(jīng)初步掌握了平均速度、瞬時速度、加速度的概念，并用電磁打點計時器研究過勻速直線運動和勻變速直線運動，同時對物理學中的理想模型有了一定的認識，具備了初步的邏輯思維能力和運用控制變量的研究方法。 　　【任務分析】 　　教學問題從生活中來（通過“測反應時間”的游戲，引起學生的興趣、質疑，引出課題）→運用合作學習方式展開討論（引導學生注意直覺經(jīng)驗和邏輯推理的矛盾，使學生明確下一步要解決的問題）→利用分組實驗組織學生進行實驗探究（引導學生與情景對話，學生之間協(xié)商，積極主動的建構自己的知識和邏輯思維）→討論問題，回到生活中（利用錢毛管的演示，使學生認識到探究現(xiàn)象背后的實質原因是必須考慮外界因素的影響）→學生自主實驗探究自由落體運動（對物體情景的分析，實驗數(shù)據(jù)的處理，逐步引導學生探究物理情景之間的物理量的關系） 　　【教學目標】 　　1、知識與技能 　?。?）認識自由落體運動，知道影響物體下落快慢的因素，理解自由落體運動是在理想條件下的運動。 　?。?）能用打點計時器得到相關的運動軌跡，并能自主分析紙帶上記錄的位移與時間等運動信息。 　　（3）初步了解探索自然規(guī)律的科學方法，培養(yǎng)學生的觀察、概括能力。 　　2、過程與方法 　　通過對落體運動的實驗探究，初步學習使用變量控制法。 　　3、情感態(tài)度價值觀 　?。?）通過實驗探究落體運動的規(guī)律，激發(fā)學習興趣，增強求知的欲望。 　?。?）調(diào)動學生積極參與討論的興趣，培養(yǎng)邏輯思維能力及表述能力。 　　（3）滲透物理方法的教育，在研究物理規(guī)律的過程中抽象出一種物理模型──自由落體。 　?。?）培養(yǎng)學生仔細觀察、認真思考、積極參與、勇于探索的精神。 　?。?）培養(yǎng)學生嚴謹?shù)目茖W態(tài)度和實事求是的科學作風。 　　【重點難點】 　　1、對自由落體運動概念的認識和理解。 　　2、“觀念→思考→推理→猜想→驗證”是本節(jié)的重點思路，也是培養(yǎng)良好思維習慣的重要過程。 　　【設計思想】 　　現(xiàn)代學習理論認為學生進入課堂學習之前對世界和事物有先入為主的認識，教師的教學要引導學生闡發(fā)他們已有的理解，激起新舊知識的矛盾，進行有針對性的教學。 　　為了全面完成各項教學目標，本節(jié)教學設計以實驗探索為主線，充分展現(xiàn)隱含在本節(jié)內(nèi)容中的科學探究方法和科學思維方式。首先，通過“測反應時間”的實驗游戲激發(fā)學生學習興趣，引出研究的問題──落體運動，接著從生活經(jīng)驗和亞里士多德的觀點出發(fā)進行巧妙的推理，使亞里士多德的理論陷入自相矛盾的境地，引起學生探究的興趣。在此基礎上學生自主進行實驗探究，通過對實驗結果的分析和討論得出初步結論，提出物體下落快慢與質量無關的設想；再進一步通過教師演示“毛錢管”實驗進一步驗證設想。最后再由學生自主進行實驗探究，利用打點計時器，記錄自由落體運動的信息，為下一節(jié)定量地探究自由落體運動規(guī)律做好準備。 　　由于本節(jié)課學生自主實驗探究的活動較多，故采用學生分組實驗模式進行課堂活動，以小組為單位進行教師引導下的科學探究，加強小組同學間的討論與交流，師生間的相互反饋，培養(yǎng)學生合作學習的精神。課堂以問題和小組交流貫穿教學的始終，不斷提出新問題，不斷解決新問題，培養(yǎng)學生的邏輯思維能力。 　　【教學方法】 　　教師演示、引導，學生實驗探究，討論、交流學習成果。 　　【教學過程】 　　一、引入新課 　　我們已經(jīng)學習勻變速直線運動的規(guī)律，下面我們一起來研究我們常見的運動──落體運動。 　　二、進行新課 　　1．活動設計：測“反應時間” 　　教師活動：課前設計制作好“測反應時間尺”（在一約50cm長的尺的一面標記上自由下落對應長度所用的時間，以一面朝向學生） 　　引出問題：“一般刻度尺是用來測量什么的？” 　　學生活動：學生習慣性回答：測長度。 　　教師活動：老師手中的這把尺很神奇，它不僅能測量長度，還能測量時間，并且能測出同學們的大腦反應時間，誰想知道自己的大腦反應時間是多少？可以用我的這把尺來測量。（選3～4名學生上來玩“測反應時間”的游戲。） 　　學生抓住尺的同時就報出其反應時間，可采用“比比誰的反應時間短”的方式調(diào)動學生積極性。（實際教學效果表明學生對這一活動非常感興趣，踴躍參與） 　　設計說明：在此將教材中的“做一做”欄目中的“測定反應時間”改為放在課前引入，目的是通過這一游戲產(chǎn)生“驚奇”效果，激發(fā)學生探究的興趣，增強學生的感性認識，激發(fā)學習物理的興趣，活躍課堂氣氛。 　　2．引入課題 　　教師活動：同學們一定想知道這把尺為什么能測出你的反應時間。它的“奧秘”與我們今天要認識和研究的一種運動密切相關。 　　錄像演示： 　　a．石頭從空中落下 　　b．重力使屋檐下的雨滴下落 　　c．樹葉從樹上豎直飄落 　　教師引問：觀察并指出以上物理情景中物體相似的運動特點。 　　學生活動：觀察，思考，總結。 　　教師活動：教師在學生表述的基礎上總結：畫面中的物體都是從高處落到地處，這類下落的運動稱為落體運動，這節(jié)課我們一起來研究落體運動是否具有一定的規(guī)律。 　　設計說明：從生活中構建物理情景或模型，以培養(yǎng)學生在生活中聯(lián)系物理知識的好習慣。 　　3．關于落體運動的進一步思考 　　A．提出問題 　　落體運動的快慢與什么因素有關？（可以用觀看賽跑的生活情景來說明我們研究物體運動往往首先關心的是物體運動的快慢，從而直接引入該問題） 　?。?）提示學生想象生活中經(jīng)常見到的落體運動（或具體舉例）。 　　提出疑問：以經(jīng)驗來看是否重的物體一定下落得快？ 　　（2）直接經(jīng)驗：重得物體下落快──也是歷史上亞里士多德認可的觀點（簡介亞里士多德）。 　　學生小組內(nèi)相互交流對落體運動快慢的經(jīng)驗感受。 　　設計說明：此環(huán)節(jié)將對落體運動的研究落實在其運動的快慢上，直接問“是否重的物體一定下落得快”是為了更易進入主題。 　　B．引導學生從亞里士多德的觀點進行邏輯推理，得出矛盾。 　　相互矛盾的結論既是對學生頭腦中錯誤概念的震撼，也是激發(fā)學生進一步學習的手段，學生進行邏輯推理，可相互討論，然后小組代表舉手發(fā)言，其余傾聽、思考。 　　邏輯推理為后面的研究指明了方向，使學生明確下一步要解決的問題。 　　C．組織學生進行實驗探究 　?。?）教師引導學生設計實驗，分別用一枚硬幣（一元的效果不錯）、兩枚和硬幣大小面積相同的硬紙片、一枚粘有硬紙片的硬幣、一粒小塑料球，一團棉花（質量要比小塑料球的大）來比較輕重不同或相同的物體下落快慢。 　?、僖幻队矌排c一枚與硬幣面積相同的紙片等高同時下落，比較下落快慢。 　?、谝幻队矌排c一枚粘有面積相同的紙片的硬幣等高同時下落，比較下落快慢。 　?、蹖⒁幻队布埰瑘F成團，與另一枚大小面積相同的硬紙片等高同時下落，比較下落快慢。 　?、芤涣Ｐ∷芰锨蚺c一大團棉花等高同時下落，比較下落快慢。 　　設計說明：學生實驗過程中教師在各個小組間巡視，收集學生實驗過程中會出現(xiàn)的問題，引導學生在實驗操作時如何創(chuàng)設實驗條件（如怎樣保證等高同時釋放等）；啟發(fā)學生注意總結實驗現(xiàn)象中兩物體下落快慢與物體輕重進行關聯(lián)比較。 　　學生準備材料：硬幣、紙片。課前要求學生準備材料時并沒有告知學生具體用途，學生對此充滿好奇，這也從一個側面調(diào)動了學生的學習興趣。 　?。?）學生進行實驗與探究，小組成員分工進行實驗操作、觀察記錄，在實驗現(xiàn)象的基礎上進行分析、討論，得出本小組的結論。 　　結論一般有三種情況： 　　A．重的物體下落快；B．輕重不同而下落快慢相同；C．輕重相同而下落快慢不同。 　　考慮到如果能有與直覺經(jīng)驗完全相反的現(xiàn)象出現(xiàn)，學生的認識會更明確，故增加了“一粒小塑料球與一大團棉花下落快慢比較”的實驗設計，體現(xiàn)“輕的物體可以比重的物體下落快”。 　?。?）分析小節(jié) 　?。╝）選小組代表描述所觀察的實驗情景及小組的討論。 　?。╞）在學生探究的基礎上教師講解，引導學生明確：實驗結果顯示出物體下落快慢與其質量沒有必然聯(lián)系。 　　設計說明：教學的重心應放在精心準備的語言講解上，歸納、認識、分析、發(fā)現(xiàn)。作出科學猜想，然后驗證猜想，對學生進行科學方法教育，強化學生對自行探究問題的過程與方法的理解。此處由學生做結論時可以的，但學生的結論不應是最后結論，最后結論應是教師給出的，以加深學生的認識。 　　4．進一步探究影響物體下落快慢的因素 　?。?）引問：既然物體下落快慢與其質量沒有必然聯(lián)系，實際生活中物體下落快慢不同可能是受什么因素的影響。 　　學生從實驗現(xiàn)象和生活經(jīng)驗可以猜想到是空氣阻力影響。 　　（2）猜想：影響物體下落快慢的因素是空氣阻力嗎？ 　　教師演示實驗，驗證猜想：毛錢管實驗。（可考慮用電腦課件，老師同步講解。） 　?。?）引導學生從觀察到的實驗現(xiàn)象得出結論。猜想、觀察、思考、理解、體會。學生在教師的引導下可以從實驗中得出結論：物體下落受到空氣阻力的影響。沒有空氣阻力時，物體下落過程中運動快慢與質量無關。 　　通過毛錢管實驗使學生認識：（1）探究現(xiàn)象背后的實質原因必須考慮或排除外界因素干擾。（2）科學實驗是科學探究的有效方法。 　　5．自由落體運動的概念 　?。?）概念引入 　　引問：由于落體運動受到空氣阻力影響，要想研究落體運動就必須排除空氣阻力，那么，如果物體在下落過程中忽略空氣阻力，物體的受力有什么特征。 　　學生以原有的力學基礎可以很快答出：忽略空氣阻力，則物體只受重力作用。 　?。?）自由落體運動 　　物體僅在重力作用下，從靜止（即初速度為零）開始豎直下落的運動，叫做自由落體運動。 　　學生思考，聯(lián)想，答問。概念認識強調(diào)自由落體運動實際上是一種理想條件下的運動，實際生活中物體受到空氣阻力，但一般重力大于空氣阻力。 　　6．學生自主實驗探究自由落體 　?。?）引問：若要研究某種運動規(guī)律，我們可以采用怎樣的方法和器材？ 　　學會回顧前面學習勻變速直線運動的體驗，可想到：利用打點計時器采用示蹤（軌跡記錄）法研究。 　　（2）組織學生分組實驗：利用打點計時器記錄重物的下落過程。（提醒學生操作注意事項） 　　（3）引導學生思考、討論如何合理利用紙帶記錄的信息作初步分析： 　　A．軌跡──直線 方向──豎直向下 　　B．變速──速度越來越大──比較相等時間內(nèi)發(fā)生的位移。 　　小組實驗、操作、記錄、思考、交流討論， 　?。商嵝褜W生課前復習打點計時器的工作原理，重點強調(diào)任意兩個相鄰點（無論勻速或變速）的等時性。） 　　7．引導思考討論 　　引導學生認識到研究運動規(guī)律的方法之一為尋找位移與時間的關系，故可以想到做s－t圖象，分析推測自由落體運動規(guī)律。 　　基于本實驗的特點，不容易確定起始點，故不方便準確測出s，從而給s－t圖象的得出帶來一定難度，這一點可在下一節(jié)課探究自由落體運動規(guī)律時解決。 　　三、課堂總結、點評 　　教師活動：讓學生概括總結本節(jié)的內(nèi)容。請一個同學到黑板上總結，其他同學在筆記本上總結，然后請同學評價黑板上的小結內(nèi)容。 　　學生活動：認真總結概括本節(jié)內(nèi)容，并把自己這節(jié)課的體會寫下來、比較黑板上的小結和自己的小結，看誰的更好，好在什么地方。 　　設計說明：總結課堂內(nèi)容，培養(yǎng)學生概括總結能力。讓學生自己總結所學內(nèi)容，允許內(nèi)容的順序不同，從而構建他們自己的知識框架 　　【板書設計】 2．4自由落體運動 一、測“反應時間” 二、生活中的落體運動 三、關于落體運動的進一步思考 　　1．落體運動的快慢與什么因素有關？ 　　2．實驗探究 四、進一步探究影響物體下落快慢的因素 五、自由落體運動 　　【教學后記】 　　本節(jié)課從學生的“測反應時間游戲”引入，創(chuàng)設問題情景，建立問題期待，有效的激發(fā)學生學習的動機。從生活情景中構建物理情景或模型，有利于學生將所學的科學知識與社會，生活實際相聯(lián)系；在教學中，學生經(jīng)歷的實驗探究全過程就是一個學生充滿興趣和動力去不斷解決問題的過程，學生從中能體會逐步解決問題的方法，提高解決問題的能力，小組內(nèi)的討論與交流活動能有效的培養(yǎng)學生的合作學習能力。 　　附：課外閱讀材料（印發(fā)給學生） 一、亞里士多德為什么在物理問題中總是出錯──評述亞里士多德的功與過 　　物理教科書上，亞里士多德給同學們的形象不好。他老是出錯，請同學們講一講，他有哪些錯誤的結論。 　　“物體下落的快慢是由它的重量決定的，物體越重，下落得越快”、“力是維持物體運動的原因，用力推車，車才前進，停止用力，車子就要停下來”。 　　是否覺得亞里士多德實在太不高明，而伽利略則比他偉大千倍。其實這種看法過于偏激，事實上，亞里士多德是古代的一位偉大思想家，一位百科全書式的大學問家，他有著成就事業(yè)的理性方法，又有著幾乎無所不及的思想成果，是古代科學思想的偉大代表，不僅在哲學、邏輯學方面的成就至今還被應用著，而且對物理學的前期發(fā)展是有貢獻的。 　?、賮喞锸慷嗟抡J為，物體永遠在運動變化，“運動是永恒的，不能在一個時候曾經(jīng)存在，在另一個時候不存在”這種運動永恒的觀點具有唯物主義思想，包含辯證法的因素，至今仍是積極而有價值的。 　　亞里士多德提出的“自然運動”與“非自然運動”的理論。其中含有靜止慣性的思想，在遙遠的公元前，已是難能可貴的了。 　?、趤喞锸慷嗟抡J為地上的物質由土、水、氣、火這四種“基本元素”組成；企圖從物質本身來說明自然，把科學從宗教與神話中解放出來，這一精神是有進步意義，這是人類幼年時代的思想精粹。 　?、蹃喞锸慷嗟轮鲝埓蟮厥乔蛐蔚模⒘谐隽艘恍┦聦崄碜C明。他說，當月蝕的時候，其顯明的部份恰帶有球形的形狀……月蝕的成因乃是由于地球遮蔽月球之故，因而這就是說，地球表面的球形確定了月球的輪廓：認識到大地是球形，是一個重大的認識飛躍，為后來引力理論的建立作了思想準備。 　　這樣一位偉大的學者為什么在物理問題上經(jīng)常出錯？亞里士多德的錯誤不在于頭腦也不全在于時代，而在于研究方法。亞里士多德對物理的研究是采用“觀察加直覺”的方法，他的那些錯誤結論是靠觀察，并依賴直接推理，得出一系列直覺結論。固然，觀察與直覺對物理研究是至關重要的。詳細的觀察和良好的直覺往往導致偉大的發(fā)現(xiàn)。然而物理學是一門以實驗為基礎的學科，所以根據(jù)直接觀察所得出的直覺結論不是都可靠，有時會將人們引入歧途。如果說伽利略比亞里士多德偉大，就在于伽利略是第一位創(chuàng)造通過實驗檢驗理論推導的科學研究方法的科學家． 　　二、伽利略與自由落體 　　亞里士多德的學說在十六世紀仍然如日中天，人人都奉為經(jīng)典，沒有人提出任何的懷疑。亞里士多德關于「自由落體」的學說是：物體自高處自由落下的速度和重量成正比。也就是說，一個十磅重的物體，下墜的速度會比一磅重的物體快十倍。這個學說在大小的外表上看來，似乎非常的合理，而且人人也都相信學說的真確性，教授們嚴肅的把這個學說教給他們的學生，學生們也都敬謹?shù)慕邮苓@個學說，只有伽利略表示懷疑。 　　伽利略曾經(jīng)親眼目睹大小不同的冰雹，同時一起掉落到地。根據(jù)常識判斷，它們似乎是從同一高度一起下墜的，但是按照亞里士多德的學說，較大的冰雹應該先落到地面上，小冰雹在接著掉來，伽利略觀察到的并非如此。 　　他做了許多實驗，發(fā)覺亞里士多德的學說是錯誤的，他決心指出這項錯誤。傳說有一天，他邀請有關的教授到比塞塔前，拿出一個一百磅的重體，和一個一磅的重體。 　　伽利略問所有的教授們： 　　「假如這兩個重體同時自塔頂自由落下，結果如何？」 　　教授們議論紛紛，誰也沒有做過這樣的實驗，沒有人敢預料結果如何。 　　以往，他們按亞里斯多德的學說照本宣科，從來沒有懷疑過?，F(xiàn)在，居然有一位二十五歲的青年，提出了要求證據(jù)的疑問。結果呢？要是兩個重體以非常懸殊的速度墜落地面，教授們可以松一口氣，證明亞里士多德的學說是正確的，伽利略將被冠上「說謊者」、「攪局者」的罪名。要是兩個重體同時墜落地面？又將如何解釋呢？是揚棄奉行多年的亞里士多德學說，接受伽利略實驗所證明的事實，還是對伽利略的實驗視若無睹？ 　　比薩塔的傾斜度可以使墜體不受阻礙，伽利略塔頂大喊： 　　「看清楚了沒有？下來了！」 　　兩個重體砰然而下，小的重體始終和大的重體并行，而且同時落地。這兩個重體的砰然一聲，并不表示亞里士多德的學說已經(jīng)崩潰。因為這一群教授在不想相信一件真實事物的時候，根本不去看一看、摸一摸，無論如何也不愿意承認亞里士多德的學說是錯誤的。更荒謬的是他們反而懷疑伽利略為了證實速度相同，而在重體內(nèi)隱藏了「魔術」。 　　三、評述伽利略的科學研究方法 　?、俦人_有座著名的塔，建于1173年。塔高54．6m（179英尺），由于塔基問題，塔身發(fā)生傾斜，那正是理想落體實驗場所。伽利略為了證明他的論斷，他邀請了許多人到斜塔旁觀看，有他的支持者，也有他的反對者。伽利略一手拿著1只0．454kg（1磅）重的鉛球，另一手拿著一只4．54kg（10磅）重的鉛球，一步一步地登上斜塔，那些支持亞里士多德的學者發(fā)出“噓噓”的嘲笑聲，準備看他“失敗”的實驗。伽利略到了塔頂，向下面人作了手勢，叫喊著：“現(xiàn)在請各位注意！”他隨即一松手，兩只鉛球筆直落下。“啪”地一聲，兩個重量不等的鉛球同時落地。 　?、谫だ杂脤嶒灧椒ㄗC明亞里士多德的看法是錯誤的，還用實驗證明了力不是維持物體運動而是改變物體運動狀態(tài)的原因，并根據(jù)斜面實驗，提出慣性的概念，總結出了慣性定律，自由落體運動定律，相對性原理，發(fā)現(xiàn)了單擺等時性原理，用自制的33倍望遠鏡發(fā)現(xiàn)了一系列天文現(xiàn)象。 　　③伽利略為了確立新的自然研究法──實驗法的地位，又同教會的唯心論世界觀進行了激烈的斗爭，受到羅馬宗教法庭的迫害，罰他每星期背誦七篇懺悔圣詩，無限期地監(jiān)禁在他自己家中。但強權沒有迫使伽利略屈服，他在家中寫下了《兩種科學的對話》，它用實驗方法在物理學上打開了人們的眼界。不幸的是這本書出版時，伽利略已雙目失明，永遠也看不到它了。 　　偉大的物理學家愛因斯坦給了伽利略極高的評價，說“伽利略的發(fā)現(xiàn)及他所用的科學推理方法是人類思想史上最偉大的成就之一，而且標志著物理學的真正開端，這個發(fā)現(xiàn)告訴我們，根據(jù)直接觀察所得出的直覺的結論不總是可靠的，因為它們有時會引到錯誤的線索上去”。這精辟的分析告訴了我們伽利略成功的秘訣和亞里士多德失敗的原因。 　　目的：印發(fā)閱讀材料給學生，以便于學生能對人類研究自由落體運動的歷史和關鍵任務有一點認識。