必修一物理教案第第十二周

第12周第（1）課時授課日期：課題伽利略對自由落體運(yùn)動的研究課型新課教學(xué)目標(biāo)1、了解亞里士多德關(guān)于下落物體運(yùn)動快慢的觀點(diǎn)和研究方法；2、了解伽利略對此問題的實(shí)驗研究工作，認(rèn)識伽利略有關(guān)實(shí)驗的科學(xué)思想和方法。重難點(diǎn)1、伽利略對此問題的實(shí)驗研究工作，認(rèn)識伽利略有關(guān)實(shí)驗的科學(xué)思想和方法主要教法：實(shí)驗法、推理法、復(fù)習(xí)提問：上一節(jié)課學(xué)習(xí)了自由落體運(yùn)動，那么什么是自由落體運(yùn)動，自由落體運(yùn)動的規(guī)律有哪些？物體的下落快慢和重量沒有關(guān)系的結(jié)論在今天看來似乎并不難以接受。但這個結(jié)論卻是伽利略在經(jīng)歷長時間的思考和實(shí)踐后才得出的，今天我們就要一起來回顧伽利略的研究過程。人們?nèi)粘Ｉ畹慕?jīng)驗告訴我們，重的物體下落總是比較快。比如：樹上的一顆蘋果和一片樹葉同時從樹上同一高度掉下來，一定是蘋果先落地。所以在16世紀(jì)以前，以亞里士多德為代表的學(xué)者認(rèn)為物體下落的快慢由物體的重量決定，物體越重下落越快。由于亞里士多德在各方面的突出成就，人們將他的觀點(diǎn)奉為經(jīng)典，當(dāng)時的教科書上這樣寫，眾多學(xué)者也認(rèn)同。雖然也有人表示懷疑，但由于教會利用他的結(jié)論，進(jìn)行神化處理，所以大家都不敢對這一觀點(diǎn)發(fā)出公開的質(zhì)疑。直到文藝復(fù)興時期，才由伽利略通過推理的方法研究下落運(yùn)動的規(guī)律并發(fā)表。之后伽利略也由于他的著作而受到教會的迫害，被判處終身監(jiān)禁，著作也被列為禁書。那么伽利略是怎么推翻亞里士多德的結(jié)論并建立自己的理論的呢？（總結(jié)：）伽利略通過四個環(huán)節(jié)推翻了亞里士多德的結(jié)論并建立自己的理論。1、

運(yùn)用推理方法，使亞里士多德的結(jié)論陷入矛盾中。用繩子把兩塊石頭連在一起，由于總體重量大于任一石頭，按亞里士多德的觀點(diǎn)，其下落速度應(yīng)大于任一石頭單獨(dú)下落的速度；另一方面，用繩子連在一起的兩塊石頭畢竟仍是分開運(yùn)動的，大石頭運(yùn)動得快，小石頭運(yùn)動得慢，大石頭必然會被小石頭“拖后腿”，使總體的運(yùn)動速度小于大石頭單獨(dú)運(yùn)動的速度。用同一觀點(diǎn)分析同一問題卻得到完全矛盾的兩個結(jié)論，說明亞里士多德的觀點(diǎn)是錯誤的。2、運(yùn)用理想模型，猜想落體運(yùn)動的規(guī)律首先定義勻速運(yùn)動，表明時間與通過的空間的比例關(guān)系。然后再定義勻加速運(yùn)動，用于表述時間與速度的關(guān)系。但在沒有進(jìn)行數(shù)學(xué)推導(dǎo)和實(shí)驗研究之前，他對勻加速運(yùn)動的認(rèn)識十分模糊。一開始他的設(shè)想有兩個，一個是速度的變化對時間來說是均勻的，即v與t成正比；另一種是速度的變化對位移來說是均勻的，即v與x成正比。后來發(fā)現(xiàn)，如果v與x成正比，將推導(dǎo)出荒謬的結(jié)論。所以伽利略的精力集中在v與t成正比的研究上。3、運(yùn)用數(shù)學(xué)方法，推導(dǎo)自由落體運(yùn)動的數(shù)學(xué)表達(dá)式以及可以直接測定的物理量之間的函數(shù)關(guān)系。在定義勻速運(yùn)動的基礎(chǔ)上，伽利略提出第一定理，即平均速度定理：一個從靜止開始的勻加速運(yùn)動的物體經(jīng)過任一空間所用時間等于這個物體以一個均勻速率經(jīng)過同一空間所需的時間。這個均勻速率值等于最高速率和加速剛開始前的速率的平均值（即）以第一定理為基礎(chǔ)，伽利略又推出定理二：一個從靜止開始的勻速運(yùn)動下落的物體所經(jīng)過的各段空間的比，等于經(jīng)過這些距離對應(yīng)所用的各個時間間隔的平方之比。伽利略又給出定理二的另一種表述：在相等的時間間隔里速度按自然數(shù)增加，而在這些相等的時間間隔里所經(jīng)過的距離的增量之比則等于從1開始的奇數(shù)之比。至此，伽利略便完成了自由落體定律的數(shù)學(xué)表述。伽利略修正了早期對于自由落體運(yùn)動的一些錯誤提法，提出正確的表述：在勻加速運(yùn)動中，落體的瞬時速度正比于下落的時間，經(jīng)過的距離正比于時間的平方。這樣，并不需要測量瞬時速度，只要測定t與對應(yīng)的s就可以了。4、運(yùn)用實(shí)驗方法，對自由落體運(yùn)動定律進(jìn)行實(shí)驗驗證。傳說中（并無歷史事實(shí)記錄），伽利略親自登上比薩斜塔，讓兩個輕重不同的球同時從手中開始下落，結(jié)果兩球同時落地。因為塔并不高，而且物體在下落時速度又很快，所以這個實(shí)驗有其局限性，難以明確s是否真的與t的平方成正比。于是，伽利略又在設(shè)計另一實(shí)驗——斜面實(shí)驗。由于伽利略時代的實(shí)驗儀器不能精確測量快速下落所需的時間，所以他設(shè)想通過斜面落體來“沖淡重力”，并通過延伸斜面和控制斜面傾角來控制物體運(yùn)動的速度和所經(jīng)歷的時間。經(jīng)過多次實(shí)驗發(fā)現(xiàn)，雖然不斷改變斜面的傾斜度，但得到的結(jié)果有共同點(diǎn)：小球經(jīng)過的距離的比值等于經(jīng)過這些距離對應(yīng)所用時間間隔的平方之比。伽利略在這個基礎(chǔ)上進(jìn)行合理外推，當(dāng)傾角增大到90度時，實(shí)驗結(jié)論仍應(yīng)成立，此即豎直落體運(yùn)動。至此，伽利略就完成了對自由落體運(yùn)動的研究。雖然當(dāng)時伽利略已經(jīng)意識到空氣的阻力將影響物體的下落，但是由于科學(xué)發(fā)展和儀器設(shè)備的限制，當(dāng)時仍然沒有辦法用實(shí)驗手段得到真空，所以并不能真正的完成一個自由落體運(yùn)動的實(shí)驗。伽利略的研究也只能停留在理論研究的部分，直到牛頓的時代，發(fā)明了抽氣機(jī)，才由牛頓設(shè)計了錢羽管（又稱牛頓管），真正用實(shí)驗證明在真空中，物體下落速度與物體重問題引入推理法理想模型的運(yùn)用數(shù)學(xué)方法應(yīng)用于物理實(shí)驗法的運(yùn)用量無關(guān)。于是，伽利略的理論終于從純理論研究進(jìn)入實(shí)驗驗證，并通過實(shí)驗驗證了其正確性。其實(shí)落體現(xiàn)象一直是引起物理學(xué)家們思考的現(xiàn)象，在伽利略之前，14世紀(jì)的艾伯特認(rèn)為下落物體的速度與下落的距離成正比。另一位14世紀(jì)的學(xué)者，N·奧雷姆根據(jù)對各種運(yùn)動的數(shù)學(xué)研究，提出下落物體的速率與下落的時間成正比，下落的距離與下落時間的平方成正比。15世紀(jì)，L·達(dá)芬奇提出在連續(xù)相等的時間間隔內(nèi)下落物體的距離比為1：2：3：4：……為什么最終我們特別重視伽利略的結(jié)論呢？（回答：）因為伽利略對問題的研究比較全面，先是通過觀察現(xiàn)象，提出假設(shè)，運(yùn)用邏輯和數(shù)學(xué)推理得出推論，再通過實(shí)驗對推論進(jìn)行檢驗（這是其他物理家在研究同一問題上缺少的關(guān)鍵環(huán)節(jié)），并對假說進(jìn)行修正和推廣。他最先研究了慣性運(yùn)動和落體運(yùn)動的規(guī)律，為牛頓第一定律和第二定律的研究鋪平了道路。他倡導(dǎo)實(shí)驗和理論計算相結(jié)合，用實(shí)驗檢驗理論的推導(dǎo)。這種研究方法對以后的科學(xué)研究工作具有重大的指導(dǎo)意義。而且伽利略不迷信權(quán)威，對待問題勤于思考，敢于提出問題、挑戰(zhàn)權(quán)威，不畏強(qiáng)權(quán)的精神也是我們應(yīng)為之喝彩并學(xué)習(xí)的。1642年，伽利略在貧病交加中逝世，享年78歲。直到1983年，羅馬教廷正式承認(rèn)，350年前宗教裁判所對伽利略的審判是錯誤的。課堂小結(jié)：本節(jié)是新教材注重過程與方法、情感態(tài)度和價值觀的一個標(biāo)志性內(nèi)容。過去的教學(xué)過分注重對知識與技能的掌握，而忽略了對科學(xué)精神、科學(xué)研究方法的培養(yǎng)。因此，能否通過這節(jié)課的學(xué)習(xí)讓學(xué)生體會到人類對自然世界的探究思想和方法，感受到一位偉大的科學(xué)家的高尚情操，就成為這節(jié)課最終的目標(biāo)。為了更好地突破以上難點(diǎn)，落實(shí)新課標(biāo)的精神，我在教學(xué)策略上采用了先讓學(xué)生收集相關(guān)資料，在課堂上經(jīng)過討論和發(fā)表見解，充實(shí)和完善伽利略的研究過程與方法。引導(dǎo)學(xué)生一步步體會伽利略嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度、不畏強(qiáng)權(quán)的探索精神和正確的解決問題的思路，樹立正確的科學(xué)觀念。提問作業(yè)課后練習(xí)（3）課后記錄及反思：本節(jié)課要求學(xué)生領(lǐng)略伽利略研究的方法。第12周第（2）課時授課日期：課題重力基本相互作用課型新課教學(xué)目標(biāo)1、知道力的三要素，會畫力的圖示和力的示意圖．2．知道重力的方向以及重力的大小與物體質(zhì)量的關(guān)系．3．知道物體重心的含義．重難點(diǎn)1．力的概念、圖示以及力的作用效果．2．重力的概念及重心的理解．主要教法：實(shí)驗演示法、練習(xí)法多媒體投影引入：進(jìn)攻一方運(yùn)動員射門視頻（由靜到動）守門員接球（由動到靜）學(xué)生觀察討論，引發(fā)學(xué)生的興趣師：通過以上的觀看，兩個動作最終效果相同嗎？有共同之處嗎？生：都改變了球的運(yùn)動狀態(tài)防守方運(yùn)動員頭球（球扁了）師：是什么原因使物體的運(yùn)動狀態(tài)發(fā)生變化，使物體產(chǎn)生了形變？三個動作的共同點(diǎn)？生：都是人與球之間發(fā)生了一個相互的作用。師：提出力的概念力的定義：如何理解定義中的“物體與物體”----物質(zhì)性一力兩物（一個巴掌拍不響）如何理解定義中的“相互”-------相互性疑問：既然力的作用是相互的，拳擊比賽中還有躲閃的必要嗎？力的三要素：力的大小不同，效果不一樣。力的小相同，效果就一定一樣了嗎？--方向（舉例：300N的力救落水的小孩，是用力拉，還是往下壓）力的大小相等，方向相同，效果總該一樣了吧？--作用點(diǎn)（舉例：關(guān)門）力的圖示：學(xué)生畫力的圖示請一為學(xué)生點(diǎn)評老師小結(jié)畫力的圖示的要點(diǎn)并板演。提出力的示意圖重力：播放跳傘視頻引入重力，回顧初中重力的定義。重力大小，方向：請學(xué)生回憶初中所學(xué)重力大小，方向的相關(guān)知識，老師概括并補(bǔ)充。重心：一跟棒，哪一部分受重力，都有。要畫這么多個，必須想個辦法。用一個力來代替這些重力的作用效果。大小等于所有重力之和，這個力畫在那里比較合適呢？棒的中點(diǎn)。演示手指放在棒的中點(diǎn)，棒恰好靜止，效果上就好象全部的重力都集中在這一點(diǎn)上一樣。--把這樣的點(diǎn)稱為重心。如何確定重心的位置：形狀規(guī)則，質(zhì)量分布均勻---幾何中心演示1：魔棒（pvc管中藏鐵塊）演示2：軟棒彎折，重心改變。多媒體演示引入重點(diǎn)難點(diǎn)演示3：軟棒彎成一個圓，重心的位置在圓心。（重心不在物體上）形狀不規(guī)則，質(zhì)量分布不均勻的薄板---懸掛法（二力平衡）四種基本相互作用力：1．介紹萬有引力電磁相互作用力（演示實(shí)驗：磁體與電荷之間的洛倫茲力）強(qiáng)相互作用力弱相互作用力（楊振寧和李政道提出弱相互作用力環(huán)境下宇稱不守恒獲1957年諾貝餌物理學(xué)獎）2．引導(dǎo)學(xué)生提出兩個問題：1。為什么是就是這樣的四種相互作用力---有沒有第五種，第六種2．這四種基本作用力之間有沒有聯(lián)系，會不會像電場力與磁場力一樣，是同一種力的不同表現(xiàn)-----大統(tǒng)一理論。3介紹愛因斯坦對統(tǒng)一理論的研究知識拓展；觀看“宇宙與人”中四種基本相互作用力的片段板書：小結(jié)：本節(jié)重點(diǎn)掌握力的特點(diǎn)，重力的特點(diǎn)重心的特點(diǎn)。理解板書小結(jié)作業(yè)課后練習(xí)（2）課后記錄及反思：學(xué)生能夠掌握本節(jié)知識。第12周第（3）課時授課日期：課題自由落體運(yùn)動課型新課教學(xué)目標(biāo)1、了解什么是自由落體運(yùn)動。2、自由落體產(chǎn)生的條件。3、認(rèn)識自由落體運(yùn)動的特點(diǎn)。重難點(diǎn)1、重點(diǎn)是使學(xué)生掌握自由落體的速度和位移隨時間變化的規(guī)律。2、難點(diǎn)是演示實(shí)驗的技巧及規(guī)律的得出。主要教法：練習(xí)法、公式法、實(shí)驗法。引入新課我們今天應(yīng)用這些知識研究一種常見的運(yùn)動，物體下落的運(yùn)動。[演示1]硬幣和紙袋分別從同一高度由靜止開始同時下落，觀察下落速度，從表面上看得到結(jié)論，“物體越重，下落得越快”。1．亞里斯多德(Aristotle)的認(rèn)識從公元前4世紀(jì)至公元17世紀(jì)，這種觀念統(tǒng)治了人們兩千多年之久。2．伽利略(Galileo)的貢獻(xiàn)(1638年)兩個物體mA＞mB分別由同一高度下落，重的物體比輕的物體下落的快，當(dāng)把兩物體捆在一起仍從同一高度下落情況會是怎樣呢？結(jié)論：①整體分析：當(dāng)把兩個物體捆在一起時mC=mA＋mB，因為新組成的物體比上述兩個物體中的任一個都重從而下落的應(yīng)最快。②局部分析：A物體下落的快，受到一個下落得慢的物體B的作用，結(jié)果就像一個大人拉著小孩向前跑，比單獨(dú)大人跑要慢，比小孩單獨(dú)跑要快一樣，他們的共同速度應(yīng)介于A、B兩物體之間即vA＞vC＞vB。伽利略用歸謬法巧妙地否定了亞里斯多德的觀點(diǎn)，從而得出結(jié)論：重物體不比輕物體下落得快。亞里斯多德忽略了空氣阻力對運(yùn)動。物體的影響，從而得出錯誤的結(jié)論：“力是維持物體運(yùn)動的原因”。[演示2]將紙袋揉成紙球和硬幣從同一高度由靜止開始下落，觀察下落速度(相差不多)，把硬幣裝入紙袋與另一枚硬幣從同一高度由靜止開始下落，觀察下落速度也相差不多，若減小空氣對運(yùn)動物體的影響會如何呢？[演示3]牛頓管中的物體下落，將事先抽過氣的牛頓管內(nèi)的硬幣與輕雞毛從靜止一起下落，觀察實(shí)驗結(jié)果兩者幾乎同時落到牛頓管的下端，硬幣落下有聲，眼可直接觀察雞毛下落，將牛頓管放入空氣再做實(shí)驗情況就截然不同了。實(shí)驗演示分析方法的強(qiáng)調(diào)3．自由落體運(yùn)動①定義：物體只在重力作用下，從靜止開始下落的運(yùn)動叫做自由落體運(yùn)動。自由落體運(yùn)動是一種理想運(yùn)動，在實(shí)際問題中有空氣時，物體的密度不太小，速度不太大(H不太高)，可以近似看成是自由落體運(yùn)動。結(jié)論：不同物體做自由落體運(yùn)動，它們的運(yùn)動情況是相同的。②性質(zhì)：伽利略所處的年代還沒有鐘表，計時儀器也較差，自由落體運(yùn)動又很快，伽利略為了研究落體運(yùn)動，利用當(dāng)時的實(shí)驗條件做了在斜面上從靜止開始下滑的直線運(yùn)動(目的是為了“沖淡重力”)，證明了在阻力很小的情況下小球在斜面上的運(yùn)動是勻變速直線運(yùn)動，用邏輯推理外推到斜面傾角增大到90°的情況，小球?qū)⒆杂上侣?，成為自由落體，他認(rèn)為這時小球仍然會保持勻變速直線運(yùn)動的性質(zhì)，多么巧妙?。〗Y(jié)論：①自由落體運(yùn)動是初速度為零的勻加速直線運(yùn)動。②在同一地點(diǎn)一切物體在自由落體運(yùn)動中的加速度都相同。③重力加速度g(自由落體加速度)a．?dāng)?shù)值及單位

g=9.8m/s2

初中g(shù)=9.8N/kg(常量)

粗略計算g=10m/s2b．重力加速度g的方向總是豎直向下的。4．自由落體運(yùn)動的規(guī)律(選豎直向下方向為正)課堂小結(jié)：1．自由落體運(yùn)動是一種非常重要的運(yùn)動形式，在現(xiàn)實(shí)生活中有許多落體運(yùn)動可以看成是自由落體運(yùn)動，研究自由落體運(yùn)動有著普遍的意義?；A(chǔ)只是介紹重點(diǎn)課堂小結(jié)作業(yè)課后練習(xí)（3）課后記錄及反思：學(xué)生對基礎(chǔ)知識的掌握很好。

第12周第（4）課時授課日期：課題自由落體運(yùn)動課型習(xí)題課教學(xué)目標(biāo)1、了解什么是自由落體運(yùn)動。2、自由落體產(chǎn)生的條件。3、掌握自由落體運(yùn)動的規(guī)律；速度隨時間的變化規(guī)律，位移隨時間變化的規(guī)律。重難點(diǎn)1、重點(diǎn)是使學(xué)生掌握自由落體的速度和位移隨時間變化的規(guī)律。2、難點(diǎn)是演示實(shí)驗的技巧及規(guī)律的得出，介紹伽利略的實(shí)驗驗證及巧妙的推理。主要教法：習(xí)題法、公式法(一)復(fù)習(xí)提問s1∶s2