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高中物理《自由落體運動》教學(xué)方案
【課標(biāo)要求】
(1)通過史實，初步了解近代實驗科學(xué)產(chǎn)生的背景，認(rèn)識實驗對物理學(xué)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(biāo)準(zhǔn)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(guān)于自由落體運動的學(xué)習(xí)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(xué)思維過程，使學(xué)生認(rèn)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(xué)生對自由落體運動規(guī)律有具體、深入的認(rèn)識。
【學(xué)情分析】
在前面的教學(xué)中，學(xué)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(xué)中的理想模型有了一定的認(rèn)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(wù)分析】
教學(xué)問題從生活中來(通過“測反應(yīng)時間”的游戲，引起學(xué)生的興趣、質(zhì)疑，引出課題)→運用合作學(xué)習(xí)方式展開討論(引導(dǎo)學(xué)生注意直覺經(jīng)驗和邏輯推理的矛盾，使學(xué)生明確下一步要解決的問題)→利用分組實驗組織學(xué)生進行實驗探究(引導(dǎo)學(xué)生與情景對話，學(xué)生之間協(xié)商，積極主動的建構(gòu)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(xué)生認(rèn)識到探究現(xiàn)象背后的實質(zhì)原因是必須考慮外界因素的影響)→學(xué)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(dǎo)學(xué)生探究物理情景之間的物理量的關(guān)系)
【教學(xué)目標(biāo)】
1、知識與技能
(1)認(rèn)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。
(2)能用打點計時器得到相關(guān)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(xué)方法，培養(yǎng)學(xué)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(xué)習(xí)使用變量控制法。
3、情感態(tài)度價值觀
(1)通過實驗探究落體運動的規(guī)律，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，增強求知的欲望。
(2)調(diào)動學(xué)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。
(4)培養(yǎng)學(xué)生仔細(xì)觀察、認(rèn)真思考、積極參與、勇于探索的精神。
(5)培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度和實事求是的科學(xué)作風(fēng)。
【重點難點】
1、對自由落體運動概念的認(rèn)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(xí)慣的重要過程。
【設(shè)計思想】
現(xiàn)代學(xué)習(xí)理論認(rèn)為學(xué)生進入課堂學(xué)習(xí)之前對世界和事物有先入為主的認(rèn)識，教師的教學(xué)要引導(dǎo)學(xué)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(xué)。
為了全面完成各項教學(xué)目標(biāo)，本節(jié)教學(xué)設(shè)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(xué)探究方法和科學(xué)思維方式。首先，通過“測反應(yīng)時間”的實驗游戲激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)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(xué)生探究的興趣。在此基礎(chǔ)上學(xué)生自主進行實驗探究，通過對實驗結(jié)果的分析和討論得出初步結(jié)論，提出物體下落快慢與質(zhì)量無關(guān)的設(shè)想;再進一步通過教師演示“毛錢管”實驗進一步驗證設(shè)想。最后再由學(xué)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(zhǔn)備。
由于本節(jié)課學(xué)生自主實驗探究的活動較多，故采用學(xué)生分組實驗?zāi)Ｊ竭M行課堂活動，以小組為單位進行教師引導(dǎo)下的科學(xué)探究，加強小組同學(xué)間的討論與交流，師生間的相互反饋，培養(yǎng)學(xué)生合作學(xué)習(xí)的精神。課堂以問題和小組交流貫穿教學(xué)的始終，不斷提出新問題，不斷解決新問題，培養(yǎng)學(xué)生的邏輯思維能力。
【教學(xué)方法】
教師演示、引導(dǎo)，學(xué)生實驗探究，討論、交流學(xué)習(xí)成果。
【教學(xué)過程】
一、引入新課
我們已經(jīng)學(xué)習(xí)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(shè)計：測“反應(yīng)時間”
教師活動：課前設(shè)計制作好“測反應(yīng)時間尺”(在一約50cm長的尺的一面標(biāo)記上自由下落對應(yīng)長度所用的時間，以一面朝向?qū)W生)
引出問題：“一般刻度尺是用來測量什么的?”
學(xué)生活動：學(xué)生習(xí)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(xué)們的大腦反應(yīng)時間，誰想知道自己的大腦反應(yīng)時間是多少?可以用我的這把尺來測量。(選3～4名學(xué)生上來玩“測反應(yīng)時間”的游戲。)
學(xué)生抓住尺的同時就報出其反應(yīng)時間，可采用“比比誰的反應(yīng)時間短”的方式調(diào)動學(xué)生積極性。(實際教學(xué)效果表明學(xué)生對這一活動非常感興趣，踴躍參與)
設(shè)計說明：在此將教材中的“做一做”欄目中的“測定反應(yīng)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(xué)生探究的興趣，增強學(xué)生的感性認(rèn)識，激發(fā)學(xué)習(xí)物理的興趣，活躍課堂氣氛。
2.引入課題
教師活動：同學(xué)們一定想知道這把尺為什么能測出你的反應(yīng)時間。它的“奧秘”與我們今天要認(rèn)識和研究的一種運動密切相關(guān)。
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(xué)生活動：觀察，思考，總結(jié)。
教師活動：教師在學(xué)生表述的基礎(chǔ)上總結(jié)：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(shè)計說明：從生活中構(gòu)建物理情景或模型，以培養(yǎng)學(xué)生在生活中聯(lián)系物理知識的好習(xí)慣。
3.關(guān)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(guān)?(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(guān)心的是物體運動的快慢，從而直接引入該問題)
(1)提示學(xué)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(rèn)可的觀點(簡介亞里士多德)。
學(xué)生小組內(nèi)相互交流對落體運動快慢的經(jīng)驗感受。
設(shè)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(dǎo)學(xué)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(jié)論既是對學(xué)生頭腦中錯誤概念的震撼，也是激發(fā)學(xué)生進一步學(xué)習(xí)的手段，學(xué)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(xué)生明確下一步要解決的問題。
C.組織學(xué)生進行實驗探究
(1)教師引導(dǎo)學(xué)生設(shè)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(zhì)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(shè)計說明：學(xué)生實驗過程中教師在各個小組間巡視，收集學(xué)生實驗過程中會出現(xiàn)的問題，引導(dǎo)學(xué)生在實驗操作時如何創(chuàng)設(shè)實驗條件(如怎樣保證等高同時釋放等);啟發(fā)學(xué)生注意總結(jié)實驗現(xiàn)象中兩物體下落快慢與物體輕重進行關(guān)聯(lián)比較。
學(xué)生準(zhǔn)備材料：硬幣、紙片。課前要求學(xué)生準(zhǔn)備材料時并沒有告知學(xué)生具體用途，學(xué)生對此充滿好奇，這也從一個側(cè)面調(diào)動了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。
(2)學(xué)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(chǔ)上進行分析、討論，得出本小組的結(jié)論。
結(jié)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(xué)生的認(rèn)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(shè)計，體現(xiàn)“輕的物體可以比重的物體下落快”。
(3)分析小節(jié)
(a)選小組代表描述所觀察的實驗情景及小組的討論。
(b)在學(xué)生探究的基礎(chǔ)上教師講解，引導(dǎo)學(xué)生明確：實驗結(jié)果顯示出物體下落快慢與其質(zhì)量沒有必然聯(lián)系。
設(shè)計說明：教學(xué)的重心應(yīng)放在精心準(zhǔn)備的語言講解上，歸納、認(rèn)識、分析、發(fā)現(xiàn)。作出科學(xué)猜想，然后驗證猜想，對學(xué)生進行科學(xué)方法教育，強化學(xué)生對自行探究問題的過程與方法的理解。此處由學(xué)生做結(jié)論時可以的，但學(xué)生的結(jié)論不應(yīng)是最后結(jié)論，最后結(jié)論應(yīng)是教師給出的，以加深學(xué)生的認(rèn)識。
4.進一步探究影響物體下落快慢的因素
(1)引問：既然物體下落快慢與其質(zhì)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(xué)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。)
(3)引導(dǎo)學(xué)生從觀察到的實驗現(xiàn)象得出結(jié)論。猜想、觀察、思考、理解、體會。學(xué)生在教師的引導(dǎo)下可以從實驗中得出結(jié)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(zhì)量無關(guān)。
通過毛錢管實驗使學(xué)生認(rèn)識：(1)探究現(xiàn)象背后的實質(zhì)原因必須考慮或排除外界因素干擾。(2)科學(xué)實驗是科學(xué)探究的有效方法。
5.自由落體運動的概念
(1)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(xué)生以原有的力學(xué)基礎(chǔ)可以很快答出：忽略空氣阻力，則物體只受重力作用。
(2)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(xué)生思考，聯(lián)想，答問。概念認(rèn)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(xué)生自主實驗探究自由落體
(1)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(xué)會回顧前面學(xué)習(xí)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(xué)生分組實驗：利用打點計時器記錄重物的下落過程。(提醒學(xué)生操作注意事項)
(3)引導(dǎo)學(xué)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，
(可提醒學(xué)生課前復(fù)習(xí)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(dǎo)思考討論
引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識到研究運動規(guī)律的方法之一為尋找位移與時間的關(guān)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(zhǔn)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(jié)、點評
教師活動：讓學(xué)生概括總結(jié)本節(jié)的內(nèi)容。請一個同學(xué)到黑板上總結(jié)，其他同學(xué)在筆記本上總結(jié)，然后請同學(xué)評價黑板上的小結(jié)內(nèi)容。
學(xué)生活動：認(rèn)真總結(jié)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(jié)和自己的小結(jié)，看誰的更好，好在什么地方。
設(shè)計說明：總結(jié)課堂內(nèi)容，培養(yǎng)學(xué)生概括總結(jié)能力。讓學(xué)生自己總結(jié)所學(xué)內(nèi)容，允許內(nèi)容的順序不同，從而構(gòu)建他們自己的知識框架
【板書設(shè)計】
2.4自由落體運動
一、測“反應(yīng)時間”
二、生活中的落體運動
三、關(guān)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(guān)?
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(xué)后記】
本節(jié)課從學(xué)生的“測反應(yīng)時間游戲”引入，創(chuàng)設(shè)問題情景，建立問題期待，有效的激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的動機。從生活情景中構(gòu)建物理情景或模型，有利于學(xué)生將所學(xué)的科學(xué)知識與社會，生活實際相聯(lián)系;在教學(xué)中，學(xué)生經(jīng)歷的實驗探究全過程就是一個學(xué)生充滿興趣和動力去不斷解決問題的過程，學(xué)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(xué)生的合作學(xué)習(xí)能力。
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