【教學(xué)設(shè)計(jì)】《對(duì)自由落體運(yùn)動(dòng)的研究》(教科版)-1

1、對(duì)自由落體運(yùn)動(dòng)的研究教材分析L_本節(jié)內(nèi)容是讓學(xué)生了解并學(xué)習(xí)伽利略研究自由落體運(yùn)動(dòng)的科學(xué)思維方法和巧妙的實(shí)驗(yàn)構(gòu)思。 教材編寫的脈絡(luò)清楚，邏輯推理嚴(yán)謹(jǐn)，文字表述生動(dòng)、通俗易懂，因此，適合于學(xué)生自主學(xué) 習(xí)。本節(jié)是新教材注重過程與方法、情感態(tài)度和價(jià)值觀的一個(gè)標(biāo)志性內(nèi)容。過去的教學(xué)過分注重對(duì)知識(shí)與技能的掌握，而忽略了對(duì)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(huì)到人類對(duì)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)。為了更好地落實(shí)新課標(biāo)的精神，該教學(xué)策略采用了先讓學(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)

2、學(xué)生一步步體會(huì)伽利略嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度、不畏強(qiáng)權(quán)的探索精神和正確地解決問題的思路，樹立正確的科學(xué)觀念。F-1教學(xué)目標(biāo)tJ【知識(shí)與能力目標(biāo)】(1) 明確伽利略對(duì)自由落體運(yùn)動(dòng)的研究方法。(2) 領(lǐng)會(huì)伽利略的科學(xué)思想?！具^程與方法目標(biāo)】了解伽利略的實(shí)驗(yàn)研究過程，認(rèn)識(shí)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(shí)的能力?！厩楦信c態(tài)度目標(biāo)】從科學(xué)研究過程中體驗(yàn)探索自然規(guī)律的艱辛和喜悅，培養(yǎng)敢于堅(jiān)持真理，勇于創(chuàng)新的科學(xué)精神和實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度，逐步幫助學(xué)生樹立起辯證唯物主義的認(rèn)識(shí)論。教學(xué)重難點(diǎn)【教學(xué)重點(diǎn)】：讓學(xué)生了解抽象思維、數(shù)學(xué)推導(dǎo)和科學(xué)實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的科學(xué)方法?！窘虒W(xué)難點(diǎn)】：使學(xué)生體會(huì)“觀察現(xiàn)象T實(shí)驗(yàn)探索T

3、提出問題T討論問題T解決問題”的科學(xué)探究方式。課前準(zhǔn)備傳說伽利略在比薩斜塔上做多媒體課件教學(xué)過程故事導(dǎo)入古希臘哲學(xué)家亞里士多德認(rèn)為，重的物體比輕的物體下落得要快.這符合人們的常識(shí)，如玻璃彈子就比羽毛下落得快.其實(shí)古代時(shí)我國也出現(xiàn)過這種故事：傳說三國時(shí)期，周倉欲與關(guān)羽比力氣，關(guān)羽說你能把一根稻草丟過河嗎？周倉多次試丟未成，反問關(guān)羽.關(guān)羽隨手將一捆稻草輕易丟過了河，令周倉折服這個(gè)故事真能說明關(guān)羽臂力過人嗎？為什么？ 新課導(dǎo)入一、綿延兩千年的錯(cuò)誤人們?nèi)粘Ｉ畹慕?jīng)驗(yàn)告訴我們，重的物體下落總是比較快。比如：樹上的一個(gè)蘋果和一片樹葉同時(shí)從樹上同一高度掉下來，一定是蘋果先落地。所以在1616世紀(jì)以前，以亞里

4、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力決定，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(shí)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(huì)利用他的結(jié)論，進(jìn)行神化處理，所以大家都不敢對(duì)這一觀點(diǎn)發(fā)出公開的質(zhì)疑。直到文藝復(fù)興時(shí)期，才由伽利略通過推理的方法研究下落運(yùn)動(dòng)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(huì)的迫害，被判處終身監(jiān)禁，著作也被列為禁書。點(diǎn)評(píng)：通過講述以上內(nèi)容使學(xué)生明白科學(xué)發(fā)展的道路并不是一帆風(fēng)順的，但科學(xué)終究要向前發(fā)展.培養(yǎng)學(xué)生敢于追求真理的無畏精神。二、邏輯的力量學(xué)生閱讀：1616世紀(jì)末，意大利比薩大學(xué)的青年學(xué)者伽利

5、略(GalileoGalileo Galilei,1564Galilei,1564 16421642)對(duì)亞里士多德的論斷表示了懷疑。后來，他在16381638年出版的兩種新科學(xué)的對(duì)話一書中對(duì)此作出了評(píng)論。根據(jù)亞里士多德的論斷，一塊大石頭的下落速度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 8,小石頭的下落速度為 4 4，當(dāng)我們把兩塊石頭捆在一起時(shí)，大石頭會(huì)被 小石頭拖著而減慢，結(jié)果整個(gè)系統(tǒng)的下落速度應(yīng)該小于8 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(gè)系統(tǒng)下落的速度要比8 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(jié)論，這使亞里士多德的理論陷入了困

6、境。為了擺脫這種困境,伽利略認(rèn)為只有一種可能性：重物與輕物應(yīng)該下落得同樣快。過落體實(shí)驗(yàn)， 但后來又被嚴(yán)謹(jǐn)?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(jì)念碑）三、猜想與假說伽利略運(yùn)用理想模型，猜想運(yùn)動(dòng)的規(guī)律。 在有了認(rèn)真觀察，仔細(xì)思考和較為嚴(yán)密的推理之后，對(duì)問題的認(rèn)識(shí)就要有一個(gè)科學(xué)的猜想， 或者叫假說，這是對(duì)事物認(rèn)識(shí)的模型，是對(duì)事物認(rèn)識(shí)的基礎(chǔ)，是建立概念描述規(guī)律的前提。四、伽利略猜想的實(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。 1 1困難之一：無法測量瞬時(shí)速度。解決方案： 借助于數(shù)學(xué)推理得出從靜止開始做勻加速直線運(yùn)動(dòng)的物體， 通過的

7、位移與時(shí)間的 平方成正比。2 2困難之二：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)。點(diǎn)評(píng)： 通過該問題的創(chuàng)設(shè)，培養(yǎng)學(xué)生自主探究的能力，體會(huì)伽利略所采用的方法的巧妙，鼓 勵(lì)學(xué)生要敢于猜想，大膽發(fā)現(xiàn)，勇于創(chuàng)新。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(gè)輕重不同的球同時(shí)從手中 開始下落， 結(jié)果兩球同時(shí)落地。 因?yàn)樗⒉桓?，而且物體在下落時(shí)速度又很快，所以這個(gè)實(shí) 驗(yàn)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(jì)另一實(shí)驗(yàn) 斜面實(shí)驗(yàn)。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

8、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(dòng)的速度和所經(jīng)歷的時(shí)間。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(duì)應(yīng)所用時(shí)間間隔的平方之比。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 9090 度時(shí)，實(shí)驗(yàn)結(jié)論仍應(yīng)成立，此即豎直落體運(yùn)動(dòng)。至此，伽利略就完成了對(duì) 自由落體運(yùn)動(dòng)的研究。雖然當(dāng)時(shí)伽利略已經(jīng)意識(shí)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(shí)仍然沒有辦法用實(shí)驗(yàn)手段得到真空， 所以并不能真正地完成一個(gè)自由落體運(yùn)動(dòng)的 實(shí)驗(yàn)。 伽利略的研究也只能停留在理論研究的部

9、分，直到牛頓的時(shí)代，發(fā)明了抽氣機(jī)， 才由 牛頓設(shè)計(jì)了錢羽管（又稱牛頓管） ，真正用實(shí)驗(yàn)證明在真空中，物體下落速度與物體重力無 關(guān)。于是， 伽利略的理論終于從純理論研究進(jìn)入實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，并通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)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， 1414 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1414世紀(jì)的學(xué)者，N.N.奧雷姆根據(jù)對(duì)各種運(yùn)動(dòng)的數(shù)學(xué)研究， 提出下落物體的速率與下落的時(shí)間成正比， 下落的距離與下落時(shí)間的平方成正比。 1515 世紀(jì)，L L.達(dá)芬奇提出在連續(xù)相等的時(shí)間間隔內(nèi)下落物體的距離比為1 1 : 2 2 : 3 3： 4 4 :請(qǐng)同學(xué)們思

10、考：伽利略是怎樣建立自己的理論的呢？ 1 1運(yùn)用推理方法，使亞里士多德的結(jié)論陷入矛盾中。2 2運(yùn)用理想模型，猜想落體運(yùn)動(dòng)的規(guī)律。 3 3運(yùn)用數(shù)學(xué)方法，推導(dǎo)自由落體運(yùn)動(dòng)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。4 4運(yùn)用實(shí)驗(yàn)方法，對(duì)自由落體運(yùn)動(dòng)定律進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。五、伽利略的科學(xué)方法伽利略對(duì)運(yùn)動(dòng)的研究， 不僅確立了許多用于描述運(yùn)動(dòng)的基本概念， 而且創(chuàng)造了一套對(duì)近代科 學(xué)的發(fā)展極為有益的方法。請(qǐng)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(duì)現(xiàn)象的一般觀察T提出假設(shè)T運(yùn)用邏輯得出推論T實(shí)驗(yàn)進(jìn)行檢驗(yàn)T對(duì)假設(shè)進(jìn)行修正和推廣T教師點(diǎn)評(píng)： 1 1 伽利略的偉大之處就在于他首先采用了實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)

11、猜想的科學(xué)方法。 2 2合理的外推對(duì)得出正確結(jié)論有很大的幫助。同學(xué)們思考：為什么最終我們特別重視伽利略的結(jié)論呢？因?yàn)橘だ詫?duì)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(yàn)對(duì)推論進(jìn)行檢驗(yàn) （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(duì)假說進(jìn)行修正和推廣。他最先研究了慣性運(yùn)動(dòng)和落體運(yùn)動(dòng)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(yàn)和理論計(jì)算相結(jié)合，用實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)理論的推導(dǎo)。 這種研究方法對(duì)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(duì)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

12、彩并學(xué)習(xí)的。 16421642 年，伽利略在貧病交加中逝世，享年7878 歲直到 19831983 年，羅馬教廷正式承認(rèn)， 350350 年前宗教裁判所對(duì)伽利略的審判是錯(cuò)誤的。點(diǎn)評(píng)： 通過解決此問題體驗(yàn)探索自然規(guī)律的艱辛和喜悅， 培養(yǎng)敢于堅(jiān)持真理， 勇于創(chuàng)新 的科學(xué)精神和實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度，幫助學(xué)生樹立起辯證唯物主義的認(rèn)識(shí)論。例題講解【例題】1.1. 一個(gè)小球自屋檐自由下落，在 t t= 0.250.25 s s內(nèi)通過了高度 h h= 2 2 m m的窗口，求窗口的頂端距屋檐多高？(g(g取1010 m/sm/s2) )【解析】方法一：設(shè)窗口頂端與屋檐的距離為h h，小球下落至窗口頂端經(jīng)歷的時(shí)間為t t，則h h=-gt-gt22h h+ h h= - - g(tg(t+ t)t)聯(lián)立兩式得-gt-gt2 + h h = - - g(tg(t + t)t)2解得 t t= 0.6750.675 s s, h h 2.282.28 m m。方法二：小球經(jīng)過窗口的過程的中間時(shí)刻的瞬時(shí)速度v vi = = m/sm/s= 8 8 m/sm/s設(shè)小球從屋檐落至速度為V Vi的位置經(jīng)歷的時(shí)間為t ti,則v