自由落体运动教案范文篇1

作者简介：作者系本科物理专业毕业，现就职于福建省永安市第一中学副校长，主管教学。

【摘要】“三维目标”是新课程的“独创”，是新课程推进素质教育的根本体现，是新课程标准异于原教学大纲的关键点，也是这次课程改革的精髓，表现了改革所承担着的“新期待”。新课程实施已经数年，2006年高考也已过去四年多，但是，目前高中物理概念规律教学现状却仍然不容乐观，2006年高考让我们回味无穷，可以给我们带来很多的感想和思考，应该引起我们大家的高度关注。今天借这个机会我把自己的一些不太成熟的反思向各位专家、同行作个汇报，旨在与大家一起共同探讨，以便达到抛砖引玉的目的。

【关键词】问题；由来；分析；思考

1问题的由来

（06全国卷Ⅰ理综）20.一位质量为m的运动员从下蹲状态向上起跳，经时间，身体伸直并刚好离开地面，速度为v。在此过程中，（）

A.地面对他的冲量为mv+mg，地面对他做的功为mv

B.地面对他的冲量为mv+mg，地面对他做的功为零

C.地面对他的冲量为mv，地面对他做的功为mv

D.地面对他的冲量为mv-mg，地面对他做的功为零

这是2006年高考全国卷Ⅰ理综物理的一道选择题，着重考查考生的理解能力，涉及到冲量、功两个基本物理概念和动量定理、动能定理两条基本物理规律。正确的答案是B。而当年不少考生误选A或C。究其根由即这些考生对以上基本物理概念规律不太理解，甚至出现误解。

那么，为什么会有如此之多的考生对以上基本物理概念规律，特别是地面对运动员是否做功不太理解，甚至出现误解呢？

2问题的分析

例1.跳高运动员从地面起跳后上升到一定的高度，跃过横杆后落下，为了避免对运动员造成伤害，在运动员落下的地方设置一片沙坑。某运动员质量为60kg，身高1.84m，运动员从距地高度为1.90m的横杆上落下，设运动员开始下落的初速度为零，他的身体直立落地，落地过程重心下落的高度为1.25m，双脚在沙坑里陷下去的深度为10cm，忽略他下落过程中受到的空气阻力，求沙坑对运动员平均阻力的大小。（重力加速度g取10m/s2）

解析：运动员的运动分两个阶段，自由落体运动和双脚陷入沙坑中的匀减速运动（沙坑对运动员的阻力实际上是变力，所以双脚陷入沙坑后运动员先做变加速运动后做变减速运动。但是，当把沙坑对运动员的阻力视为不变的平均阻力时，运动员双脚陷入沙坑中的运动就可以等效为匀减速运动）。

方法一：动力学观点

设运动员刚落地时速度为v，此过程重心下落h=1.25m，

则由自由落体运动规律：v2=2gh①

设双脚陷入沙中受到的平均阻力为f，此过程陷下去的深度h/=0.1m，

则由牛顿第二定律：f-mg=ma②

由运动学公式：v2=2ah/③

联立①②③代入数据解得：f=8.1×103N

方法二：功能观点

【分阶段考虑】设运动员刚落地时速度为v，此过程重心下落h=1.25m，

则由动能定理：mgh=12mv2-0①

设双脚陷入沙中受到的平均阻力为f，此过程陷下去的深度h/=0.1m，

则由动能定理：mgh/-fh/=0-12mv2②

联立①②代入数据解得：f=8.1×103N

【全过程考虑】对全过程，重力做功mg（h+h/），阻力做功-fh/，全过程动能变化量为零，

则由动能定理：mg（h+h/）-fh/=0

代入数据解得：f=8.1×103N

例2.某质量为m的消防队员在一次消防演习中从平台上跳下，自由下落H后双脚触地，他顺势弯曲双腿，他的重心又下降了h。忽略他下落过程中受到的空气阻力，求触地期间地面对消防员平均作用力的大小。

解析：与上题同理，消防员的运动分两个阶段，自由落体运动和顺势弯曲双腿的等效匀减速运动。

方法一：动力学观点

设运动员刚落地时速度为v，此过程重心下落H，

则由自由落体运动规律：v2=2gH①

设顺势弯曲双腿受到地面的平均作用力为N，此过程重心又下降了h，

则由牛顿第二定律：N-mg=ma②

由运动学公式：v2=2ah③

联立①②③代入数据解得：N=mg（H+h）/h

方法二：功能观点

对全过程，重力做功mg（H+h），地面平均作用力做功-Nh，全过程动能变化量为零，

则由动能定理：mg（H+h）-Nh=0

解得：N=mg（H+h）/h

例3.如图1所示，平板车放在光滑水平面上，一个人从车的左端加速向右端跑动，设人受到的摩擦力为f，平板车受到的摩擦力为f/，下列说法正确的是（）

A.f、f/均做负功B.f、f/均做正功

C.f做负功，f/做正功D.因为是静摩擦力，f、f/做功均为零

解析：人在跑动过程中，速度增加，人受到的摩擦力对人做正功，同时车后退，车受到的摩擦力对车做正功，故B项正确。

答案：B

表面上看，以上三道例题分析与解答都滴水不漏，可谓“天衣无缝”。但仔细一推敲就不难发现，平常教学中类似这样的引导才是造成2006年高考不少考生对全国卷Ⅰ理综第20道物理选择题错选的罪魁祸首。注意，这不是危言耸听！

理由一：物理学中所谓的机械功必须有两个不可缺少的条件就是作用在物体上的力和物体沿力的方向上发生了位移，这里的“位移”确切地说是指力的作用点沿力的方向对地的位移，在06全国卷Ⅰ理综第20题中运动员从下蹲状态向上起跳和例2中消防员弯曲双腿下蹲虽然重心的高度都发生了变化，但地面对人的作用力作用点对地并没有位移，所以，地面对人的作用力并没有做功。

理由二：运动员也好，消防员也罢，都是由肢体的各部分组成的有血有肉的人，本质上都是质点系。而牛顿第二定律告诉我们，对于一个确定的质点系来说，质心的加速度完全取决于质点系所受的合外力，与质点系的内力无关，所以，上面例1、例2中的动力学观点求解都是成立的。但是，功能观点告诉我们，对于一个确定的质点系来说，其机械能的变化不仅与重力、弹性力以外的其它外力做功有关，还跟其他内力做功有关。例1中运动员双脚陷入沙坑后机械能的减少的确是克服沙的阻力做功造成的，所以，方法二用功能关系求解也能成立；而06全国卷Ⅰ理综第20题中运动员从下蹲状态向上起跳机械能的增加和例2中消防员弯曲双腿下蹲机械能的减少都是肢体内力做功实现的（地面对人的作用力都没有做功），都是体能与机械能、内能之间的相互转化。显然，例2中方法二用功能关系求解是不能成立的。

理由三：一对相互作用的静摩擦力做功的代数和总为零，因为作用力与反作用力总是同时存在、等大反向，而且静摩擦力总是发生在相对静止的两物体接触面之间，要么两物体（对地）都静止，这一对相互作用的静摩擦力都不做功，总功为零；要么两物体（对地）在摩擦力的方向上有相同的（分）位移，这一对相互作用的静摩擦力其中一个做正功，另一个必做等值的负功，总功也为零。而一对相互作用的滑动摩擦力做功的代数和总为负值，共有三种可能情况，第一种可能是一个滑动摩擦力不做功，它的反作用力却做负功；第二种可能是一个滑动摩擦力做负功，它的反作用力也做负功；第三种可能是相对滑动的两个物体（对地）朝同一个方向运动，一个滑动摩擦力对落后者做正功，它的反作用力对超前者做更多的负功。难道这众所周知的结论有问题吗？如果没有的话，那么，例3中的分析与解答就一定是错误的。那么，错误的根本原因究竟在哪里呢？作者只关注人在车上向右加速跑动的过程中，人和车的机械能都增加了这一表象，就认为它是通过人脚与车面之间的相互作用的摩擦力都做正功造成的。所以笔者认为他的这种错误应该是被整个物理情景的表象所迷惑、未能看清问题的本质造成的。当人在车上向右加速跑动的过程中，即使人的重心在向右（前）加速移动，人的后脚向左（后）蹬车使车向左（后）加速运动，无论脚底与车面是否有相对滑动（通常情况下应是相对静止的），摩擦力在脚底上的作用点（对地）都是向左（后）移动的，这个移动方向与对脚的摩擦力方向相反，所以，人受到的摩擦力做负功，而车受到的摩擦力做正功。只是在过程中由于肢体的内力做功才实现了人的体能向人和车的机械能的转化。

3引发的思考

通过对上述案例的探讨与分析，对物理概念规律的教学，可以引发一些思考：

第一、上述案例由于教师自身对一些概念规律的理解不到位，或是当学生对一些概念规律理解出现片面性甚至错误时不能及时给予指出纠正，日积月累势必出现像不少考生在2006年全国卷Ⅰ理综考试中痛失6分造成终身遗憾的尴尬局面。所以，在新课程背景下，我们在物理概念规律的教学中更要注重对概念规律的探究活动和建构过程，让学生在探究活动中逐渐了解概念引入的目的意义、规律的来龙去脉，在建构过程中更深刻地领会概念的内涵外延、规律的成立条件和适用范围。

第二、注重物理概念规律的建构过程。概念规律教学更要注重探究活动。要辩证地看待物理结论的“记忆性法则”。要重视学生质疑，开启学生的思维之门。即使教师对学生所提出的一些问题不甚明了，既不能敷衍了事，也不要轻易扼杀学生的求知欲，而应鼓励学生，老师愿意同他们继续探究，以进一步激发学生的探究欲望并培养学生的创新精神。

第三、教师是探究性教学的引导者、组织者和参与者。这里首先要当好引导者，要求我们每一位教师都要刻苦学习钻研，要有批判地汲取各种参考资料所介绍的知识内容和经验方法，切忌人云亦云，努力做到居高临下。否则，一旦指导错误，日久天长，就真的误人子弟。

己所不“济”，“怎”施于人？物理教学的科学品位又从何说起？

所以，要全面提升高中物理概念规律教学效益，首先要提升教师自身的专业素养，而教师专业发展离不开实践与反思、交流与合作、引领与创新这三个要素。

第四、做好教学反思，坚持与时俱进。反思被广泛地看作教师专业发展的决定性因素。叶澜教授说：一个教师写一辈子教案不一定成为名师，如果一个教师写三年的反思，有可能成为名师。

教学反思是一种有益的思维创造和再学习活动，反思的过程必然是内省的、隐含的研究过程，它离不开自主、理智的思考和批判性的态度，有时甚至需要其他老师的帮助与合作来探求改进教学。

自由落体运动教案范文篇2

【案例】普通高中课程标准实验教科书物理必修1（教育科学出版社）第一章第7节“对自由落体运动的研究”，“学案引领问题解决式”课堂教学设计。

一、学情分析和教材研究

教材将“对自由落体运动的研究”作为匀变速直线运动的一个特例而编排在第一章后面，将自由落体运动作为初速度为零的匀加速直线运动的特例来处理。

教材在“观察思考”中给出情境，激发学生对亚里士多德的观点提出质疑，阅读《绵延了两千多年的错误》，激发学生对问题的探究欲望。

……

教材后面编排了用纸带探究重物自由下落的实验，促使学生自主学习，让学生在积极参与中学会科学探究、实验技巧、思索问题。

“学案引领问题解决式”课堂教学模式中，最核心的是“问题式学习方案”的编写和使用。

二、问题式学习方案

1.阅读“观察思考”：熟透的果实从树上坠落而树叶或纸片飘然落下，石块比羽毛下落得快，亚里士多德根据生活经验总结出：物体越重下落越快。你对他的观点产生过怀疑吗？重的物体一定比轻的物体下落快吗？

2.学生动手实验：橡皮与纸片同时从同一高度下落，谁先落地？把纸片对折，再对折，揉成小纸团，与纸片同时从同一高度下落，谁先落地？通过亲身体验，想想造成“重快轻慢”观点的真正原因可能是什么？

3.造成“重快轻慢”观点的真正原因可能是空气阻力。那么，如果没有空气阻力呢？阅读教科书：①钱毛管实验；②真空实验室中拍摄的羽毛和苹果同时开始下落的频闪照片；③月球上的落体实验。你能得出什么结论？

4.什么是自由落体运动？受力特点是什么？初始条件是什么？运动特点是什么？“自由”是什么意思？自由落体运动是理想化模型。

5.伽利略对落体运动规律的探究：了解并学习伽利略伟大的科学思维方法和巧妙的实验构思。

①发现问题：伽利略是怎样揭示亚里士多德关于“重物下落快”的观点是错误的？

②提出假说：从“自然界总是习惯与运用最简单和最容易的手段”的信念出发，提出自由落体的速度与时间成正比的猜想，并进而推导出下落距离与时间的平方成正比的关系。

③间接验证：由于小球下落时间太短，当时计时工具差，直接验证很困难；伽利略巧妙设计了著名的斜槽实验，进行间接验证。怎样检验出小球运动的距离与运动时间的平方成正比？运动速度与运动时间的正比关系？

④合理外推：体会斜槽实验的巧妙设计，合理外推。怎样外推，证明自由落体运动是初速度为零的匀加速直线运动？

⑤自由落体运动的计算公式有哪些？

6.利用图1-7-7自由落体运动的频闪照片，怎样根据实验数据计算重力加速度的大小？实验会有误差吗？实验误差的来源可能是什么？

7.阅读“一些地方的重力加速度”表，你从表中发现了什么规律？你能尝试解释这个规律吗？

8.【例题】拓展：①求时间关系？②把“当下落到距地面的高度为H/2时”改为“当下落到距地面的高度为3H/4时”，求速度关系？求时间关系？③求初速度为零的匀加速直线运动，通过相同的距离所用时间之比？

9.阅读第32页《发展空间》，了解重力勘探的知识。

学生在“问题式学习方案”的引领下，用一课时的时间，自己主动地动脑、动手，思考、实验操作、相互讨论，解决“问题式学习方案”中的问题；在主动学习中学生自己发现的问题，可以通过小组讨论、查资料等多种途径探究解决；还不能解决的问题交给教师处理。第二课时，以“学案”为核心，学生展示自己的学习成果，上台讲解学案上的问题和学生自己提出的问题，学生之间相互补充、完善；交到教师手中的问题，教师再把它抛出来，在教师的引导下探索、讨论，得出结论。

“问题式学习方案”的内容就是教师精心设计的一个个问题，“学案”的编写要遵循一定的原则。首先，问题要提得简明扼要，直接明了，学生一看就知道问的是什么；问题的设计要符合学生的年龄特征、思维特点，在学生感到有困难的地方要多搭几个矮一点的台阶，让学生通过努力能够解决；问题的设计要充分考虑学校和学生的实际情况，更具有针对性。