第二章第五章 伽利略對自由落體運動的研究

1、第二章第五章 伽利略對自由落體運動的研究江陰市第一中學 王林三維目標知識與技能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)度和價值觀1 滲透研究自然規(guī)律的科學方法2 通過了解史實能培養(yǎng)學生的意志和科學的方法觀，避免盲目和急功近利思想，提高自己的認識觀3 經(jīng)歷伽利略對自由落體運動的研究過程，體驗數(shù)學在研

2、究物理問題中的重要性，體會人類對客觀世界發(fā)現(xiàn)之旅的樂趣教學重點了解探索過程，明確探索的步驟，同時了解實驗和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)良好思維習慣的重要參考教具準備錄象資料，多媒體課件課時安排1課時教學過程（新課引入）師：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，哲學家亞里士多德根據(jù)與我們類似的觀察，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2000年，直到16世紀，在意大利的比薩斜塔上，伽利

3、略做了著名的兩個球同時落地的實驗，兩個輕重不同的小球同時落地的聲音，是那樣的清脆美妙，又是那樣的發(fā)聾振聵！它動搖了人們頭腦中的舊觀念，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(jīng)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。（新課教學）一、綿延兩千年的錯誤（課間展示）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，著名的思想家亞里士多德經(jīng)過了觀察和總結認為“物體下落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；

4、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2000多年，從沒有人對它提出異議。（交流與討論）提出問題：為什么會有錯誤的認識呢？學生思考問題，交流體會。二、邏輯的力量學生閱讀：書本3-4自然段問題：伽利略是怎樣論證亞里士多德觀點是錯誤的？猜想：既然物體下落過程中的運動情況與物體質(zhì)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？學生討論后回答。三、猜想與假說伽利略認為，自由落體是一種最簡單的變速運動。他設想，最

5、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是均勻呢？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(jīng)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(jīng)過相等的唯一，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、實驗驗證師：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(jīng)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，早理論條件下去操作都能得到實驗結果，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，而與實際有區(qū)別。（課件投影）伽利略實驗的情況伽利略在兩種新

6、科學的對話中說： “用一塊木料制成長約12庫比特，寬半比特，厚三指的板條，在它的上面劃一條比一條略寬的槽，將這個槽做得很直，打磨得很光滑，在槽上裱一層羊皮紙，取一個堅硬，光滑并且很圓的銅球，放在槽上滾動，將這個槽的一端抬高到二庫比特，使槽傾斜。就象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，測得滾下的時間，我們發(fā)現(xiàn)它準確的等于前者的一半。下一步，我們用另一些距離進行試驗，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

7、他任何分數(shù)所用的時間相比較，象這樣的實驗，我們整整重復了一百次，結果總是經(jīng)過的距離與時間的平方成正比，并且在各種不同坡度下進行實驗，結果也都如此?！保ㄓ懻撆c交流）感受伽利略的探究過程，體會其科學方法師：物體做自由落體運動的速度很快，在當時的實驗條件下，是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可以慢一點又能研究勻變速直線運動的？學生思考討論回答。師：當時伽利略用的就是這個方法，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(nèi)貼上羊皮紙使之平滑，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。師：伽利略在當時有限

8、的實驗條件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？師：桌面上有打點計時器，小車，木板，每兩位同學為一組，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)。學生活動：討論并設計實驗方案，5分鐘后進行交流。參考方案：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 打開打點計時器的開關，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

9、小車從同一位置從靜止開始釋放，并對從打出的紙帶反映的數(shù)據(jù)填入表格中。師：我們已經(jīng)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。學生活動：兩人為一組進行實驗，并對實驗數(shù)據(jù)進行處理。師：從得到的數(shù)據(jù)，我們得到什么結論？師：我們得到的結論，與四百年前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：在初速度為零的勻加速直線運動中，經(jīng)過的距離正比于時間的平方，即x/t2=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90o，即斜面與地面垂直時，小球?qū)⒆杂上侣?，成為自由落體，關系仍成立，此時其比值將為最大，這時，小球仍然會保持勻變速直線運動的性質(zhì)，自由落體運動是一種特殊的

10、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。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正推廣應用。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，從而有力地推進了人類科學認識的發(fā)展。（課堂訓練）1在物理學的發(fā)展歷程中，下面的哪位科學家首先建立了平均速度，瞬時速度和加速度等概念用來描述物體的運動，并首先采用了實驗檢驗猜想和假設的科學方法，把實驗和邏輯推理和諧地結合起來，從而有力地推進了人類科學的發(fā)展（），亞里士多德，伽利略，牛頓，愛因斯坦某同學搖動蘋果樹，從同一高度一個蘋果和一片樹葉同時

11、從靜止直接落向地面，蘋果先落地，下列說法正確的是（），蘋果和樹葉做的都是自由落體運動，蘋果和樹葉做的都不能看成是自由落體運動，蘋果能看成是自由落體運動，樹葉不能看成是自由落體運動，假如地球上沒有空氣，則蘋果和樹葉同時落地甲同學看到乙同學從層樓的樓頂同時靜止釋放兩個看上去完全相同的鐵球，但不是同時落地的，他分析了兩球未能同時落地的原因，下列分析哪些是正確的（），兩球下落過程中受到的空氣阻力不同，先落地的受空氣阻力小，兩球下落過程中受到的空氣阻力不同，先落地的受空氣阻力大，兩球下落過程中受到的空氣阻力相同，先落地的是實心球，重力遠大于阻力，兩球下落過程中受到的空氣阻力相同，先落地的是空心球，阻力與

12、重力相比，差別較小參考答案：，（小結）通過這節(jié)課的學習，我們從伽利略對落體運動的研究上，學習他的觀察思考等科學方法，為我們下一步的探究打下基礎，不能盲目，也不能懼怕困難，要用科學的方法指導我們。（布置作業(yè)）一個鐵釘與一個小棉花同時從同一高度下落，總是鐵釘先落地，因為（）鐵釘比棉花重鐵釘比棉花密度大棉花團受到的空氣阻力大鐵釘?shù)闹亓铀俣缺让藁ù笙铝懈鲌D象，能正確反映自由落體運動規(guī)律的是（ ） A B C D3伽利略的自由落體實驗和加速度實驗均被成為最完美的實驗，在加速度實驗中，伽利略將光滑板傾斜固定，讓銅球從木槽頂端沿斜面，由靜止滑下，并測定每次下滑的時間，研究銅球運動路程和時間的關系。亞里士多德曾預言銅球的運動速度是均勻不變的，伽利略卻證明銅球的運動路程和時間的平方成正比，將亞里士多德的預言和伽利略的結論分別用公式表示出來（其中路程s,速度v，加速度a，時間t）。亞里士多德預言_；伽利略的結論：_。伽利略的兩個實驗之所以成功,主要原因是自由落體運動實驗中,忽略了_,抓住了_這一主要因素.在加速度實驗中,伽利略選用