這是《自由落體運(yùn)動(dòng)》探究式教案，是優(yōu)秀的物理教案文章，供老師家長們參考學(xué)習(xí)。

　　本文就高中物理必修本“自由落體方運(yùn)動(dòng)”一課談?wù)劷虒W(xué)設(shè)想，具體分三個(gè)方面。

　　【知識(shí)結(jié)構(gòu)及教學(xué)目的要來的確定】

　　本節(jié)教材是作為勻變速運(yùn)動(dòng)規(guī)律的運(yùn)用特例而編排的。通過本課的教學(xué)，使學(xué)生既了解一種具體的運(yùn)動(dòng)，又鞏固勻變速運(yùn)動(dòng)規(guī)律。同時(shí)也為學(xué)習(xí)選修本“豎直上拋運(yùn)動(dòng)”和“平拋物體的運(yùn)動(dòng)”奠定基礎(chǔ)。本課利用閃光照片來研究物體運(yùn)動(dòng)的方法，也將在后續(xù)課程中應(yīng)用。

　　本節(jié)教材有五個(gè)知識(shí)點(diǎn)。即：A.落體運(yùn)動(dòng)是豎直向下的直線運(yùn)動(dòng)。B.自由落體運(yùn)動(dòng)的定義及特點(diǎn)(不同物體在同一地點(diǎn)，下落快慢相同)。C.自由落體運(yùn)動(dòng)的性質(zhì)(初速為零的勻加速直線運(yùn)動(dòng))。D.自由落體的加速度g。E.自由落體運(yùn)動(dòng)的規(guī)律。

　　各知識(shí)點(diǎn)是按知識(shí)的形成過程有機(jī)結(jié)合的。即：從對(duì)落體運(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)快慢，進(jìn)而分析運(yùn)動(dòng)的性質(zhì)，確定運(yùn)動(dòng)加速度，最后明確運(yùn)動(dòng)規(guī)律。本節(jié)教材這樣編寫符合教育家贊科夫提出的“使學(xué)生理解學(xué)習(xí)過程”的原則，因此，在課堂教學(xué)過程中有必要遵循教材編寫意圖，按知識(shí)的形成過程進(jìn)行教學(xué)。

　　由現(xiàn)代教學(xué)論可知，教學(xué)目的要求的確定可從知識(shí)本身的理論價(jià)值和應(yīng)用價(jià)值，知識(shí)的能力價(jià)值和教育功能四方面考慮。因此，從知識(shí)本身的理論價(jià)值和應(yīng)用價(jià)值角度提出教學(xué)目的要求如下：

　　A.知道自由落體運(yùn)動(dòng)、自由落體運(yùn)動(dòng)加速度的概念。

　　B.理解自由落體運(yùn)動(dòng)的性質(zhì)和規(guī)律，鞏固勻變速運(yùn)動(dòng)的有關(guān)知識(shí)。

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

　　C.培養(yǎng)學(xué)生觀察能力和推理能力。

　　D.初步了解研究自然規(guī)律的科學(xué)方法。(從簡單著手進(jìn)行研究的方法和實(shí)驗(yàn)研究的方法)

　　需要指出的是：在自由落體性質(zhì)的研究過程中，伽利略所面臨的困難是巨大的。當(dāng)時(shí)現(xiàn)成的計(jì)時(shí)儀器只有一根指針，鐘面上只刻有小時(shí)的刻度，若以小時(shí)為計(jì)時(shí)的最小單位進(jìn)行自由落體運(yùn)動(dòng)的研究是十分困難的。對(duì)此伽利略首先提出用斜面“沖淡重力”的方法，通過對(duì)斜面上小球運(yùn)動(dòng)情況的研究來推斷自由落體運(yùn)動(dòng)的性質(zhì)。但這仍是不夠的。由 可知，若h= 100m，t=3600s，則 ，顯然此時(shí)斜面的傾斜角已幾乎是0°，而此時(shí)斜面摩擦阻力的影響又是難以回避的，因此伽利略又進(jìn)行了計(jì)時(shí)儀器的改進(jìn)，并成功地制造了“水鐘”。“水鐘”的設(shè)計(jì)思想與中國古代“水漏”的設(shè)計(jì)思想是一致的，水經(jīng)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(shí)間，從而完成了斜面上物體運(yùn)動(dòng)情況的研究。考慮到教學(xué)時(shí)間的限制，也為了更好地服務(wù)于教學(xué)目的，在課堂教學(xué)中應(yīng)該突出對(duì)伽利略“用實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證理論”觀點(diǎn)的重大意義進(jìn)行宣講，而對(duì)具體的實(shí)驗(yàn)方法和科學(xué)史料在以后的教學(xué)中再逐步進(jìn)行介紹、滲透。

　　本節(jié)課的教學(xué)重點(diǎn)為：不同物體下落的加速度都是g。教學(xué)難點(diǎn)為：物體下落的快慢與物體所受重力無關(guān)。由于學(xué)生對(duì)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(xué)中必須精心設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，用事實(shí)戰(zhàn)勝假象，幫助學(xué)生建立正確的觀點(diǎn)。

　　【教學(xué)方法】

　　由于本節(jié)教材有著廣闊的實(shí)驗(yàn)背景和能力與方法教育的深厚內(nèi)涵，因此本節(jié)課的教學(xué)擬采用觀察法。設(shè)計(jì)如下五個(gè)實(shí)驗(yàn)：(1)燒斷懸線后小球下落的實(shí)驗(yàn);(2)等面積鐵片和紙片下落的實(shí)驗(yàn);(3)紙片和輕紙團(tuán)下落的實(shí)驗(yàn);(4)等重的紙片和紙團(tuán)下落的實(shí)驗(yàn);(5)錢毛管實(shí)驗(yàn)。通過對(duì)各演示實(shí)驗(yàn)和閃光照片的觀察分析，通過教師邊演示、邊啟發(fā)，讓學(xué)生邊觀察、邊思考，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性，達(dá)到上述教學(xué)目的與要求。

　　觀察法的教學(xué)模式是：A.創(chuàng)設(shè)情景，提出問題。B.明確觀察內(nèi)容。C.觀察和記錄。D.分析歸納，得出結(jié)論。本課每一演示實(shí)驗(yàn)的教學(xué)都應(yīng)遵循這一模式，以提高教學(xué)效果，如演示實(shí)驗(yàn)1的教學(xué)過程是：A.明確要研究一種常見的物體下落的運(yùn)動(dòng)，出示如圖所示裝置，提出：懸線斷后物體運(yùn)動(dòng)情況如何?B.向?qū)W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(jìn)行演示，用火燒斷懸線，避免剪刀剪斷懸線時(shí)對(duì)懸線橫切的不利影響，確保小球開始下落時(shí)初速為零。D.提問學(xué)生，得出：物體下落的軌跡是一豎直方向的直線。

　　觀察法進(jìn)行教學(xué)的目的，在于學(xué)生觀察能力的培養(yǎng)，因此在教學(xué)過程中，還要讓學(xué)生做到以下三點(diǎn)：A.學(xué)會(huì)觀察的方法。如在實(shí)驗(yàn)2到實(shí)驗(yàn)5的教學(xué)過程中，對(duì)兩物體下落快慢的比較，通過物體運(yùn)動(dòng)的初、末狀態(tài)的比較來進(jìn)行。在開始下落瞬間觀察兩物體是否同時(shí)、同高、無初速，在落到桌面上的瞬間通過眼看耳聽來進(jìn)行判別。B.學(xué)會(huì)對(duì)現(xiàn)象作準(zhǔn)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(xué)過程中，要求學(xué)生由小球運(yùn)動(dòng)軌跡是豎直的直線、運(yùn)動(dòng)方向向下，得出小球的瞬時(shí)速度方向?yàn)樨Q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(shí)間間隔內(nèi)物體的平均速度逐漸增大;再結(jié)合自由落體是勻變速直線運(yùn)動(dòng)，得出小球的瞬時(shí)速度逐漸增大，從而得出自由落體加速度方向?yàn)樨Q直向下。C.善于從觀察中發(fā)現(xiàn)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(xué)生了解閃光照片中標(biāo)尺的作用。在實(shí)驗(yàn)5錢毛管實(shí)驗(yàn)的教學(xué)過程中，通過正誤實(shí)驗(yàn)操作的對(duì)比，使學(xué)生領(lǐng)悟到：錢毛管由水平位置轉(zhuǎn)為豎直時(shí)應(yīng)保持上端不動(dòng)，從而使金屬片和羽毛在剛開始下落時(shí)速度為零;在學(xué)生觀察到真空中金屬片和羽毛下落快慢相同的現(xiàn)象后，提問學(xué)生：生活中有沒有輕重不同的物體下落快慢相同的現(xiàn)象。啟發(fā)學(xué)生：若重的物體壓住了輕的物體，也會(huì)使物體下落快慢相同。再進(jìn)行演示：在真空中羽毛在上、金屬片在下時(shí)兩物體下落快慢相同，從而使學(xué)生真正建立起：忽略空氣阻力時(shí)，物體下落快慢相同的觀點(diǎn)。

　　【教學(xué)過程及實(shí)驗(yàn)和例題的講解】

　　教學(xué)過程的優(yōu)化設(shè)計(jì)關(guān)系到課堂教學(xué)的質(zhì)量，教學(xué)目標(biāo)的實(shí)驗(yàn)、教學(xué)任務(wù)的完成都要通過教學(xué)過程來實(shí)施。本節(jié)課的主要教學(xué)過程如下：A.引入新課，明確課題。研究物體下落的運(yùn)動(dòng);B.實(shí)驗(yàn)演示，定性研究。得出：自由落體運(yùn)動(dòng)的概念特點(diǎn);C.利用閃光照片，定量分析。得出：自由落體的性質(zhì)和自由落體加速度;D.應(yīng)用和鞏固練習(xí)。得出自由落體運(yùn)動(dòng)的規(guī)律，進(jìn)行例題教學(xué)。

　　圍繞著物體下落快慢與所受重力無關(guān)這一難點(diǎn)設(shè)計(jì)的系列實(shí)驗(yàn)(實(shí)驗(yàn)2—5)，具體安排如下：

　　由于“重的物體下落快”這一錯(cuò)誤的生活經(jīng)驗(yàn)，總是存在于大多數(shù)學(xué)生頭腦中。因此安排實(shí)驗(yàn)2：鐵片和等面積紙片下落，讓學(xué)生觀察到“重的物體下落快”的現(xiàn)象，暴露出學(xué)生原有的錯(cuò)誤觀點(diǎn)。再通過實(shí)驗(yàn)3：取二張相同的紙，剪去其中一張的部分并揉成團(tuán)再同時(shí)下落，讓學(xué)生觀察到“輕的紙團(tuán)下落快”的現(xiàn)象。通過強(qiáng)烈的對(duì)比，激發(fā)學(xué)生的興趣，促使學(xué)生積極地思考。然后安排實(shí)驗(yàn)4：讓等重的紙片和紙團(tuán)下落，使學(xué)生觀察到“等重的物體下落快慢不同”的現(xiàn)象。使學(xué)生跳出物體下落快慢與重力相關(guān)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(xué)生(包括最差的學(xué)生)都得到一般發(fā)展的原則”。通過對(duì)空氣阻力的分析，使學(xué)生意識(shí)：空氣阻力的影響使得物理現(xiàn)象復(fù)雜多變，一時(shí)難以抓住問題的本質(zhì)。從而啟發(fā)學(xué)生：從簡單著手，忽略空氣阻力的影響，進(jìn)而引出實(shí)驗(yàn)5：錢毛管實(shí)驗(yàn)。使學(xué)生建立：“忽略空氣阻力時(shí)，同一地點(diǎn)物體下落快慢相同的”觀點(diǎn)。

　　上述實(shí)驗(yàn)各具目的、有機(jī)結(jié)合。從實(shí)驗(yàn)2引出錯(cuò)誤(這是糾正錯(cuò)誤的前提)，實(shí)驗(yàn)3提出問題，激發(fā)興趣，到實(shí)驗(yàn)4進(jìn)行鋪墊，幫助分析，實(shí)驗(yàn)5解決矛盾，得出結(jié)論。一環(huán)緊扣一環(huán)，一氣呵成。

　　例題的教學(xué)不僅要起到對(duì)課堂所學(xué)知識(shí)的鞏固和提高作用，還要起到深化和活化的作用，同時(shí)又是教學(xué)過程中的一個(gè)反饋手段。本課例題選用教材后面練習(xí)題(1)，即：為了測出井口到井里水面的深度，讓一個(gè)小石塊從井口下落，經(jīng)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(shí)間)。之所以選用這個(gè)題目而不用課文中的原例題，原因有二：A.讓學(xué)生養(yǎng)成獨(dú)立思考的習(xí)慣，真正檢驗(yàn)學(xué)生對(duì)課堂教學(xué)內(nèi)容的掌握程度，避免出現(xiàn)部分學(xué)生不深入分析，依賴課文進(jìn)行題解的錯(cuò)誤做法。B.結(jié)合例題，介紹測量變換的物理思想，使學(xué)生了解：依賴于某一物理過程，可用測量時(shí)間的辦法來求得空間的尺寸。

　　通過例題的教學(xué)還要使學(xué)生逐步領(lǐng)會(huì)到物理公式是描述物體運(yùn)動(dòng)的規(guī)律，而不是簡單地反映一些“數(shù)”之間的聯(lián)系。具體講解過程如下：首先通過分析使學(xué)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(shí)初速為零。即：小石塊作自由落體運(yùn)動(dòng);再根據(jù)不考慮聲音傳播所用時(shí)間，得出小石塊的運(yùn)動(dòng)時(shí)間是2.0s;然后利用自由落體運(yùn)動(dòng)規(guī)律求得：井口到水面的深度 。