江西省吉安縣高中物理 第二章 勻變速直線運(yùn)動的研究 2.6 伽利略對自由落體運(yùn)動的研究導(dǎo)學(xué)案 新人教版必修1（通用）

1、伽利略對自由落體運(yùn)動的研究 一、教學(xué)內(nèi)容和學(xué)情分析1 課標(biāo)要求合物理學(xué)史的相關(guān)內(nèi)容，通過了解伽利略對自由落體運(yùn)動的貢獻(xiàn)，認(rèn)識物理實(shí)驗(yàn)與科學(xué)思維在物理研究中的作用。課前活動：布置了課前學(xué)案，讓學(xué)生查閱亞里士多德和伽利略的相關(guān)資料，認(rèn)識兩位科學(xué)家。通過朗威實(shí)驗(yàn)校本課程，提前培訓(xùn)一名學(xué)生設(shè)計(jì)完成斜面實(shí)驗(yàn)，課上進(jìn)行講解。說明：本節(jié)課時(shí)自由落體運(yùn)動的第二課時(shí)。2學(xué)生已有的知識結(jié)構(gòu)和能力水平在學(xué)習(xí)本課前，學(xué)生已經(jīng)掌握了加速度概念、勻變速直線運(yùn)動規(guī)律，學(xué)習(xí)過研究運(yùn)動的實(shí)驗(yàn)工具（打點(diǎn)計(jì)時(shí)器）的使用及數(shù)據(jù)處理方法。初步掌握了研究物理問題的基本思路和描述物體運(yùn)動規(guī)律的基本方法。通過自由落體第一課時(shí)，學(xué)生知道了自由

2、落體運(yùn)動時(shí)在沒有空阻力時(shí)的下落運(yùn)動。自由落體運(yùn)動是加速度為g的勻加速直線運(yùn)動。二、教學(xué)目標(biāo)1通過查閱亞里士多德和伽利略的相干資料，使學(xué)生的了解物理學(xué)史。2了解伽利略研究自由落體運(yùn)動的科學(xué)思維方法和巧妙的實(shí)驗(yàn)構(gòu)思方式。3了解伽利略對自由落體的研究研究過程，認(rèn)識伽利略有關(guān)實(shí)驗(yàn)的科學(xué)思想和方法，培養(yǎng)學(xué)生探求知識的能力三、教學(xué)重、難點(diǎn)分析及策略1 教學(xué)重點(diǎn)使學(xué)生體會“對現(xiàn)象的一般觀察提出假設(shè)運(yùn)用邏輯（包括數(shù)學(xué)）得出推論通過實(shí)驗(yàn)對推論進(jìn)行檢驗(yàn)對假說進(jìn)行推廣和修正”的科學(xué)思想方法2 教學(xué)難點(diǎn)伽利略巧妙的實(shí)驗(yàn)構(gòu)思和科學(xué)思想四、整體設(shè)計(jì)思路本節(jié)內(nèi)容是介紹伽利略研究自由落體運(yùn)動的科學(xué)思維方法和巧妙的實(shí)驗(yàn)構(gòu)思。先

3、讓學(xué)生完成課前學(xué)案，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)和完善的展現(xiàn)伽利略的研究過程與方法。由學(xué)生介紹伽利略研究自由落體運(yùn)動的科學(xué)思維方法和巧妙的實(shí)驗(yàn)構(gòu)思。五、教學(xué)過程設(shè)計(jì)1、由反應(yīng)尺，引出落地運(yùn)動的研究說明反應(yīng)時(shí)間，由學(xué)生設(shè)計(jì)時(shí)間反應(yīng)尺，說明原理，復(fù)習(xí)自由落體運(yùn)動規(guī)律。2、追溯歷史，認(rèn)識研究落體運(yùn)動的兩位科學(xué)家正確評判亞里士多德，說明亞里士多德思想之偉大。全滿了解伽利略。3、邏輯的力量亞里士多德通過觀察，在日常生活中，重的物體下落快，輕的物體下落慢。得出結(jié)論：物體下落的快慢是由它們的重量決定的。伽利略是怎樣提出假設(shè)，運(yùn)用邏輯推理的?假設(shè)大石頭的下落速度為8，小石頭的下落速度為4，當(dāng)

4、我們把兩塊石頭捆在一起，大石頭會被小石頭拖的慢下來。但兩塊石頭捆在一起，重量增大，整個(gè)系統(tǒng)下落的速度應(yīng)該比8大。這樣就出現(xiàn)了矛盾。4、伽利略的研究過程伽利略并沒有就此止步，他要進(jìn)一步通過實(shí)驗(yàn)研究自由落體的規(guī)律。困難一：概念上的困難（連速度的定義都有）解決方案：首先建立速度v、平均速度、瞬時(shí)速度、加速度a等概念伽利略對落體運(yùn)動是怎樣猜想的？據(jù)此提出的假說的內(nèi)容是什么？落體運(yùn)動是最簡單的變速運(yùn)動，速度應(yīng)該是均勻變化的。其情況又可以分為兩種:一種是速度v的變化對時(shí)間t來說是均勻的，即vt，另一種是速度v的變化對位移x來說是均勻的，即vx。后來發(fā)現(xiàn)，如果v與x成正比，將推導(dǎo)出十分復(fù)雜的結(jié)論。所以伽利略

5、開始以實(shí)驗(yàn)來檢驗(yàn)v與t成正比的猜想是否是真實(shí)的。5、實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證猜想畢竟是猜想，是否正確，是否具有指導(dǎo)意義，還需要驗(yàn)證。伽利略之所以比他的前人更偉大，就在于他首先采用了以實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)猜想和假設(shè)的科學(xué)方法。在他之前，學(xué)者們總是通過思辨性的論戰(zhàn)來決定誰是誰非。展示問題：伽利略又遇到了什么困難？如何解決的？困難二：無法測量瞬時(shí)速度解決方案：不測v!通過數(shù)學(xué)運(yùn)算得出結(jié)論：如果初速度為零且vt，則xt2，這樣，只要測出物體通過不同位移及所用的時(shí)間,看是否滿足xt2就可以驗(yàn)證物體的速度是否隨時(shí)間均勻變化困難三：沒有準(zhǔn)確的計(jì)時(shí)工具，無法測定像自由落體這樣較短的時(shí)間。解決方案：設(shè)計(jì)了著名的“沖淡重力”的斜面實(shí)驗(yàn)通過該

6、問題的創(chuàng)設(shè)，培養(yǎng)學(xué)生自主探究的能力，體會伽利略所采用的方法的巧妙，鼓勵學(xué)生要敢于猜想，大膽發(fā)現(xiàn)，勇于創(chuàng)新。由于伽利略時(shí)代的實(shí)驗(yàn)儀器不能精確測量快速下落所需的時(shí)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(shí)間。由一名學(xué)生介紹朗威實(shí)驗(yàn)器材并驗(yàn)證：第一步：小車在同一斜面傾角下，測得的加速度相同第二步：隨傾角增加，測得的小車加速度增加第三步：同一傾角，不同質(zhì)量的小車加速度相同學(xué)生總結(jié)：經(jīng)過多次實(shí)驗(yàn)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(shí)間間隔的平方之比即小球沿斜面滾下的運(yùn)動為勻加速直線運(yùn)

7、動。且質(zhì)量不同的小球沿同一斜面下落,加速度相同增大斜面傾角,加速度變大傾角很大。伽利略在這個(gè)基礎(chǔ)上進(jìn)行合理外推，當(dāng)傾角增大到90度時(shí)，就是自由落體運(yùn)動！小球仍然保持勻加速直線運(yùn)動的性質(zhì)，且所有物體下落時(shí)的加速度都是一樣的！至此，伽利略就完成了對自由落體運(yùn)動的研究。(后人在用伽利略的器材重復(fù)他的實(shí)驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn):銅球沿斜面滾下,如果斜面傾角超過5就很難準(zhǔn)確計(jì)時(shí)。伽利略把他的結(jié)論外推至90是需要很大勇氣的。后來,他的外推被直接的實(shí)驗(yàn)證實(shí)了)6、小結(jié)伽利略對自由落體的研究，不僅確立了許多用于描述運(yùn)動的基本概念，而且創(chuàng)造了一套對近代科學(xué)的發(fā)展極為有益的科學(xué)方法。請同學(xué)們總結(jié)本節(jié)內(nèi)容，歸納這種科學(xué)方法同學(xué)討論歸納：對現(xiàn)象的一般觀察提出假設(shè)運(yùn)用邏輯得出推論通過實(shí)驗(yàn)對