高中物理第二章第六節(jié)伽利略對自由落體運動的研究教案新人教版必修

1、學習必備歡迎下載第二章勻變速直線運動的研究6 伽利略對自由落體運動的研究【課前準備】【課型】 新授課【課時】 1 課時【教學目標】知識與技能1 了解落體運動研究的史實，了解邏輯推理的特色。2 理解任何猜想和假說都必須要有實驗驗證的重要性。過程與方法1 讓學生初步體會抽象思維、提出假說、科學實驗是進行科學研究的重要思路和方法。2 通過史實了解伽利略研究自由落體規(guī)律的過程，體會其推理方法的奧妙，同時了解猜想的必要性， 感受探究規(guī)律的幾個必要過程和科學方法的重要性， 了解體會一些科學的方法。情感態(tài)度與價值觀1 滲透研究自然規(guī)律的科學方法。2 通過了解史實來培養(yǎng)同學們的意志和科學的方法觀，避免盲目和急

2、功近利思想，提高自己的認識觀。3經歷伽利略對自由落體運動的研究過程，體驗數(shù)學在研究物理間題中的重要性，體會人類對客觀世界發(fā)現(xiàn)之旅的樂趣。教學重點、難點：教學重點了解探索過程， 明確探索的步驟， 同時了解實驗及科學的思維方法在探究中的重要作用，從中提煉自己的學習方法。教學難點“觀察思考推理猜想驗證” 是本節(jié)的重點思路， 也是培養(yǎng)良好思維習慣的重要參考。教學方法：探究、講授、討論【教學過程】【新課導入】我們用手拿一個小球和一張紙片，放開后，小球和紙片從靜止開始下落我們可以看到，小球先落地，紙片后落地。公元前 4 世紀，古希臘偉大的思想家、哲學家亞里士多德(Arestotle)根據(jù)與我們類似的觀察，

3、直接得出結論：重的物體比輕的物體下落得快。亞里士多德的論斷流傳了近2 000 年，直到16 世紀，意大利的伽利略糾正了亞里士多德的錯誤，開創(chuàng)了實驗和科學推理之先河，將近代物理學以至近代科學推上了歷史的舞臺。今天這節(jié)課我們就一起來經歷伽利略對自由落體運動的研究過程，領悟這位大師的科學精神、物理思想、研究方法，得其精髓，有所借鑒。學習必備歡迎下載【新課教學】一、綿延兩千年的錯誤【展示】亞里士多德的觀點：物體越重，下落越快。公元前，人們對物體下落的研究很少，憑著觀察認為重的物體比輕的物體下落得快。當時，著名學者亞里士多德 (Aristotle，前 384一前 322) 經過了觀察和總結認為“物體下落

4、的速度與重力成正比” 。這一觀點正好應和了人們潛意識里的想法，同時，它又是偉大的亞里士多德提出的論斷，人們深信不疑。從那以后，人們判斷物體下落的快慢，甚至給孩子們上課時一直堅持這一觀點，這一觀點一直延續(xù)了2 000 多年，從沒有人對它提出異議?！咎釂枴繛槭裁磿绣e誤的認識呢？【回答】錯誤認識的根源在于不注重探索事物的本質，思考不夠深入。二、邏輯的力量【閱讀】 16 世紀末，意大利比薩大學的青年學者伽利略(GalileoGalilei，1564 1642) 對亞里士多德的論斷表示了懷疑。后來，他在1638 年出版的兩種新科學的對話一書中對此作出了評論。根據(jù)亞里士多德的論斷， 一塊大石頭的下落速度

5、要比一塊小石頭的下落速度大。假定大石頭的下落速度為 8，小石頭的下落速度為4，當我們把兩塊石頭捆在一起時，大石頭會被小石頭拖著而減慢，結果整個系統(tǒng)的下落速度應該小于8。但兩塊石頭捆在一起，總的重力比大石頭還要重，因此整個系統(tǒng)下落的速度要比8 還大。這樣，就從“重物比輕物落得快”的前提推斷出了互相矛盾的結論，這使亞里士多德的理論陷入了困境。為了擺脫這種困境， 伽利略認為只有一種可能性，重物與輕物應該下落得同樣快。伽利略所用的這種方法叫做歸謬法。歸謬法是演繹反駁中經常使用的邏輯方法。歸謬法就是先假定對方的命題是正確的，然后從此出發(fā)進行合乎邏輯的的推理，最后導致荒謬的結論，從而達到反駁對方的目的。歸

6、謬法在物理學研究中有著十分普遍的應用。傳說伽利略在比薩斜塔上做過落體實驗，但后來又被嚴謹?shù)目甲C否定了。盡管如此， 來自世界各地的人們都要前往參觀，他們把這座古塔看做伽利略的紀念碑。學習必備歡迎下載【猜想】 既然物體下落過程中的運動情況與物體質量無關，那么為什么在現(xiàn)實生活中，不同物體的落體運動， 下落快慢不同呢？我們能否猜想是由于空氣阻力的作用造成的呢？如果沒有空氣阻力將會怎樣呢？【提示】現(xiàn)實生活中，由于物體下落時所受空氣阻力不同，下落快慢也不同。如果沒有空氣阻力，物體下落的快慢就會一樣了?！咀鲆蛔觥空埬阌靡恢︺U筆和較厚的一本書如圖所示，體驗伽利略歸謬法。三、猜想與假說【講授】伽利略認為，自由落

7、體是一種最簡單的變速運動。他設想，最簡單的變速運動的速度應該是均勻變化的。 但是，速度的變化怎樣才算均勻呢？他考慮了兩種可能： 一種是速度的變化對時間來說是均勻的， 即經過相等的時間， 速度的變化相等； 另一種是速度的變化對位移來說是均勻的，即經過相等的位移，速度的變化相等。伽利略假設第一種方式最簡單，并把這種運動叫做勻變速運動。四、實驗驗證【講授】實驗驗證是檢驗理論正確與否的唯一標準。任何結論和猜想都必須經過實驗驗證，否則不成理論。猜想或假說只有通過驗證才會成為理論。所謂實驗驗證就是任何人，在理論條件下去操作都能到得實驗結果，它具有任意性， 但不是無條件的，實驗是在一定條件下的驗證，而與實際

8、有區(qū)別。【閱讀】伽利略斜面實驗的情況伽利略在兩種新科學的對話中說：“用一塊木料制成長約12 庫比特、寬半庫比特，厚三指的板條， 在它的上面劃一條比一指略寬的槽。將這個槽做得很直，打磨得很光滑，在槽上裱一層羊皮紙 ( 也要盡可能光滑) 。取一個堅硬、 光滑并且很圓的鋼球，放在槽中滾動。將這個木槽的一增抬高一到二庫比特，使槽傾斜。 就像我要講的那樣把球放在槽頂沿槽滾下，記錄下降的時間。 實驗要重復幾次，以便使測得的時間準確到兩次測定的結果相差不超過一次脈搏的十分之一，進行這樣的操作。肯定了我們的觀察是可靠的以后，將球滾下的距離改為槽長的四分之一，測定滾下的時間，我們發(fā)現(xiàn)它準確地等于前者的一半。下一

9、步，我們用另學習必備歡迎下載一些距離進行試驗， 把全長用的時間與全長的二分之一、 三分之二，四分之三，或者其他任何分數(shù)所用的時間相比較， 像這樣的實驗， 我們重復了整整一百次， 結果總是經過的距離與時間的平方成比例，并且在各種不同坡度下進行實驗，結果也都如此”【提問】 物體做自由落體運動的速度很快， 在當時的實驗條件下， 很難測量其位移和相應的時間，有什么方法可以使物體的速度變慢一點又能研究勻變速直線運動？【回答】 當時伽利略使用的辦法是讓小球在傾斜的軌道上滾下， 傾角不要太大。 他設計一個斜面實驗， 使物體的運動速度變慢， 解決了測量的難題。 伽利略在一塊木板上刻出一道直槽，槽內貼上羊皮紙使

10、之平滑， 用自制的水鐘測量時間， 探究一個光滑黃銅小球沿傾斜直槽滑下時的運動情況。我們也可以模擬這個四百多年前的實驗，感受科學家的研究方法?！咎釂枴抠だ栽诋敃r有限的實驗條件下研究出初速度為零的勻加速直線運動中位移和時間的關系。現(xiàn)在我們可以用什么儀器比較精確的方法來記錄時間和位移進行研究呢？【回答】秒表，刻度尺；打點計時器；頻閃照相機。【實驗】利用打點計時器、小車、 木板， 設計實驗，研究初速度為零的勻加速直線運動的位移和時間的關系，并設計表格記錄實驗數(shù)據(jù)?！緦嶒灢襟E】1把小車軌道的一端墊高，呈斜面狀，把打點計時器固定在斜面最高點上。紙帶穿過打點計時器的限位孔連在小車的尾部。2打開打點計時器開

11、關，然后把小車從某一位置由靜止開始釋放，打出一條紙帶。3從紙帶第一個點開始，測量從開始到每一個點的時間和位移，并填入表格中。4改變木板的傾角，把小車從同一位置從靜止開始釋放，并把從打出的紙帶上反映出來的數(shù)據(jù)填入表格中。【數(shù)據(jù)處理】我們已經確定了實驗方案，下面進行實驗并對實驗數(shù)據(jù)進行處理。學習必備歡迎下載【提問】從得到的實驗數(shù)據(jù)，我們得到什么結論？【回答】同一傾角時，在誤差允許的范圍內，x1=x2=x3=x4=x5=常數(shù) ，即2。22222x tt1t2t3t4t5傾角越大，常數(shù)越大?！拘〗Y】我們得到的結論，與四百年伽利略使用簡單儀器得到的結論完全一致。伽利略根據(jù)斜面結果出發(fā)認為，在初速度為零的

12、勻加速直線運動中，經過的距離正比于時間的平方，即x是恒量，恒量的數(shù)值隨著斜面傾角增大而增大。當斜面傾角增大到90°，t 2x即斜面與地面垂直時，小球將自由下落，成為自由落體，x t 2 的關系仍然成立，此時的t 2比值為最大， 這時小球仍然會保持勻變速直線運動的性質。 自由落體運動是一種特殊的勻變速直線運動。伽利 略將實驗與邏 輯思維相聯(lián)系進行科學研究的思想，開辟了一條科學研究之路?！鹃喿x】物理學家曾經評出十個最美的物理實驗，伽利略的自由落體實驗和加速度實驗均被入選。這種“美”是一種經典概念，即用最簡單的儀器和設備，得出最根本、最單純的科學結論。其實，科學的美蘊藏于各門科學的實驗之中

13、，有待于我們在學習過程中不斷感悟和發(fā)現(xiàn)。五、伽利略的科學方法對現(xiàn)象一般觀察提出猜想運用邏輯推理實驗對推理驗證對猜想進行修證 ( 補充 ) 推廣應用。伽利略的科學思想方法的核心是把實驗和邏輯推理( 包括數(shù)學推理) 和諧地結合起來， 從面有力地推進了人類科學認識的發(fā)展?！菊n堂小結】通過這節(jié)課的學習，我們從伽利略對落體的 研究上，學習他的觀察思考等科學方法，為我們下一步 ( 以后 ) 的探究打下基礎， 不能盲目， 也不能懼怕困難， 要用科學的方法指導我們?！景鍟O計】6 伽利略對自由落體運動的研究一、綿延兩千年的錯誤亞里士多德的觀點：物體越重，下落越快二、邏輯的力量三、猜想與假說自由落體是一種最簡單的變速運動， 一種是速度的變化對時間來說是均勻的，即經過相等的時間，速度的變化相等；另一種是速度的變 化對位移來說是均勻的，即經過相等的位移，速度的變化相等。伽利略假設第一種方式最簡單，并把這種運動叫做勻變速運動。四、實驗驗證伽利略根據(jù)斜面結果出發(fā)認為，在