《自由落體運動》探究式教案

這是《自由落體運動》探究式教案，是優秀的物理教案文章，供老師家長們參考學習。

　　本文就高中物理必修本“自由落體方運動”一課談談教學設想，具體分三個方面。

　　【知識結構及教學目的要來的確定】

　　本節教材是作為勻變速運動規律的運用特例而編排的。通過本課的教學，使學生既了解一種具體的運動，又鞏固勻變速運動規律。同時也為學習選修本“豎直上拋運動”和“平拋物體的運動”奠定基礎。本課利用閃光照片來研究物體運動的方法，也將在后續課程中應用。

　　本節教材有五個知識點。即：A.落體運動是豎直向下的直線運動。B.自由落體運動的定義及特點(不同物體在同一地點，下落快慢相同)。C.自由落體運動的性質(初速為零的勻加速直線運動)。D.自由落體的加速度g。E.自由落體運動的規律。

　　各知識點是按知識的形成過程有機結合的。即：從對落體運動表象的觀察，到深層的分析和研究，由淺入深、由表及里逐一展開。具體說：先觀察軌跡，再判斷運動快慢，進而分析運動的性質，確定運動加速度，最后明確運動規律。本節教材這樣編寫符合教育家贊科夫提出的“使學生理解學習過程”的原則，因此，在課堂教學過程中有必要遵循教材編寫意圖，按知識的形成過程進行教學。

　　由現代教學論可知，教學目的要求的確定可從知識本身的理論價值和應用價值，知識的能力價值和教育功能四方面考慮。因此，從知識本身的理論價值和應用價值角度提出教學目的要求如下：

　　A.知道自由落體運動、自由落體運動加速度的概念。

　　B.理解自由落體運動的性質和規律，鞏固勻變速運動的有關知識。

　　在自由落體運動概念的形成過程中，伽利略用科學推理的方法，借助于理想實驗，揭示亞里士多德“重的物體下落快”這一論斷的錯誤。進而通過從簡單著手的科學研究方法，忽略空氣阻力這一次要因素，突出問題的本質，提出自由落體運動的概念。在自由落體性質這一知識點的形成過程中，伽利略采用實驗研究的方法，證明自由落體運動是一種初速為零的勻加速直線運動，改變了以往人們憑直覺判斷的研究方法，伽利略的實驗研究標志著物理學的真正開端。因此，從知識的能力價值和教育功能的角度提出教學目的要求如下：

　　C.培養學生觀察能力和推理能力。

　　D.初步了解研究自然規律的科學方法。(從簡單著手進行研究的方法和實驗研究的方法)

　　需要指出的是：在自由落體性質的研究過程中，伽利略所面臨的困難是巨大的。當時現成的計時儀器只有一根指針，鐘面上只刻有小時的刻度，若以小時為計時的最小單位進行自由落體運動的研究是十分困難的。對此伽利略首先提出用斜面“沖淡重力”的方法，通過對斜面上小球運動情況的研究來推斷自由落體運動的性質。但這仍是不夠的。由 可知，若h= 100m，t=3600s，則 ，顯然此時斜面的傾斜角已幾乎是0°，而此時斜面摩擦阻力的影響又是難以回避的，因此伽利略又進行了計時儀器的改進，并成功地制造了“水鐘”。“水鐘”的設計思想與中國古代“水漏”的設計思想是一致的，水經容器底部的小孔流出，通過流出水量多少的測量，來較精確地測定時間，從而完成了斜面上物體運動情況的研究?？紤]到教學時間的限制，也為了更好地服務于教學目的，在課堂教學中應該突出對伽利略“用實驗驗證理論”觀點的重大意義進行宣講，而對具體的實驗方法和科學史料在以后的教學中再逐步進行介紹、滲透。

　　本節課的教學重點為：不同物體下落的加速度都是g。教學難點為：物體下落的快慢與物體所受重力無關。由于學生對重的物體下落快、輕的物體下落慢的印象很深，因此在課堂教學中必須精心設計實驗，用事實戰勝假象，幫助學生建立正確的觀點。

　　【教學方法】

　　由于本節教材有著廣闊的實驗背景和能力與方法教育的深厚內涵，因此本節課的教學擬采用觀察法。設計如下五個實驗：(1)燒斷懸線后小球下落的實驗;(2)等面積鐵片和紙片下落的實驗;(3)紙片和輕紙團下落的實驗;(4)等重的紙片和紙團下落的實驗;(5)錢毛管實驗。通過對各演示實驗和閃光照片的觀察分析，通過教師邊演示、邊啟發，讓學生邊觀察、邊思考，充分調動學生的積極性，達到上述教學目的與要求。

　　觀察法的教學模式是：A.創設情景，提出問題。B.明確觀察內容。C.觀察和記錄。D.分析歸納，得出結論。本課每一演示實驗的教學都應遵循這一模式，以提高教學效果，如演示實驗1的教學過程是：A.明確要研究一種常見的物體下落的運動，出示如圖所示裝置，提出：懸線斷后物體運動情況如何?B.向學生指出：先觀察小球下落的軌跡，是直線還是曲線，是水平還是豎直的?C.進行演示，用火燒斷懸線，避免剪刀剪斷懸線時對懸線橫切的不利影響，確保小球開始下落時初速為零。D.提問學生，得出：物體下落的軌跡是一豎直方向的直線。

　　觀察法進行教學的目的，在于學生觀察能力的培養，因此在教學過程中，還要讓學生做到以下三點：A.學會觀察的方法。如在實驗2到實驗5的教學過程中，對兩物體下落快慢的比較，通過物體運動的初、末狀態的比較來進行。在開始下落瞬間觀察兩物體是否同時、同高、無初速，在落到桌面上的瞬間通過眼看耳聽來進行判別。B.學會對現象作準確、條理的分析和描述。如在利用自由落體的閃光照片研究自由落體加速度的教學過程中，要求學生由小球運動軌跡是豎直的直線、運動方向向下，得出小球的瞬時速度方向為豎直向下;由照片中相鄰兩小球間隔逐漸增大，得出在每一段閃光時間間隔內物體的平均速度逐漸增大;再結合自由落體是勻變速直線運動，得出小球的瞬時速度逐漸增大，從而得出自由落體加速度方向為豎直向下。C.善于從觀察中發現問題。如利用自由落體的閃光照片測定重力加速度大小的過程中，通過用刻度尺測出小球間距，求得的重力加速度值小于 ，使學生了解閃光照片中標尺的作用。在實驗5錢毛管實驗的教學過程中，通過正誤實驗操作的對比，使學生領悟到：錢毛管由水平位置轉為豎直時應保持上端不動，從而使金屬片和羽毛在剛開始下落時速度為零;在學生觀察到真空中金屬片和羽毛下落快慢相同的現象后，提問學生：生活中有沒有輕重不同的物體下落快慢相同的現象。啟發學生：若重的物體壓住了輕的物體，也會使物體下落快慢相同。再進行演示：在真空中羽毛在上、金屬片在下時兩物體下落快慢相同，從而使學生真正建立起：忽略空氣阻力時，物體下落快慢相同的觀點。

　　【教學過程及實驗和例題的講解】

　　教學過程的優化設計關系到課堂教學的質量，教學目標的實驗、教學任務的完成都要通過教學過程來實施。本節課的主要教學過程如下：A.引入新課，明確課題。研究物體下落的運動;B.實驗演示，定性研究。得出：自由落體運動的概念特點;C.利用閃光照片，定量分析。得出：自由落體的性質和自由落體加速度;D.應用和鞏固練習。得出自由落體運動的規律，進行例題教學。

　　圍繞著物體下落快慢與所受重力無關這一難點設計的系列實驗(實驗2—5)，具體安排如下：

　　由于“重的物體下落快”這一錯誤的生活經驗，總是存在于大多數學生頭腦中。因此安排實驗2：鐵片和等面積紙片下落，讓學生觀察到“重的物體下落快”的現象，暴露出學生原有的錯誤觀點。再通過實驗3：取二張相同的紙，剪去其中一張的部分并揉成團再同時下落，讓學生觀察到“輕的紙團下落快”的現象。通過強烈的對比，激發學生的興趣，促使學生積極地思考。然后安排實驗4：讓等重的紙片和紙團下落，使學生觀察到“等重的物體下落快慢不同”的現象。使學生跳出物體下落快慢與重力相關的思維怪圈，去分析空氣阻力的影響。降低了分析的難度，符合贊科夫提出的“使班上所有的學生(包括最差的學生)都得到一般發展的原則”。通過對空氣阻力的分析，使學生意識：空氣阻力的影響使得物理現象復雜多變，一時難以抓住問題的本質。從而啟發學生：從簡單著手，忽略空氣阻力的影響，進而引出實驗5：錢毛管實驗。使學生建立：“忽略空氣阻力時，同一地點物體下落快慢相同的”觀點。

　　上述實驗各具目的、有機結合。從實驗2引出錯誤(這是糾正錯誤的前提)，實驗3提出問題，激發興趣，到實驗4進行鋪墊，幫助分析，實驗5解決矛盾，得出結論。一環緊扣一環，一氣呵成。

　　例題的教學不僅要起到對課堂所學知識的鞏固和提高作用，還要起到深化和活化的作用，同時又是教學過程中的一個反饋手段。本課例題選用教材后面練習題(1)，即：為了測出井口到井里水面的深度，讓一個小石塊從井口下落，經過2.0s后聽到石塊落到水面的聲音。求井口到水面的深度(不考慮聲音傳播所用的時間)。之所以選用這個題目而不用課文中的原例題，原因有二：A.讓學生養成獨立思考的習慣，真正檢驗學生對課堂教學內容的掌握程度，避免出現部分學生不深入分析，依賴課文進行題解的錯誤做法。B.結合例題，介紹測量變換的物理思想，使學生了解：依賴于某一物理過程，可用測量時間的辦法來求得空間的尺寸。

　　通過例題的教學還要使學生逐步領會到物理公式是描述物體運動的規律，而不是簡單地反映一些“數”之間的聯系。具體講解過程如下：首先通過分析使學生明確：小石塊下落過程空氣阻力較小可忽略，且釋放小石塊時初速為零。即：小石塊作自由落體運動;再根據不考慮聲音傳播所用時間，得出小石塊的運動時間是2.0s;然后利用自由落體運動規律求得：井口到水面的深度 。