26《伽利略對自由落體運動的研究》

1、2.6伽利略對自由落體運動的研究（4課時）第1課時伽利略對自由落體運動的研究整體設(shè)計【教學(xué)目標】：知識與技能：了解落體運動研究的歷史，了解邏輯推理的特色。理解任何猜想和假說都需要有實驗驗證的重要性。過程與方法：讓學(xué)生初步體會抽象思維、提出假說、科學(xué)實驗是進行科學(xué)研究的重要思路和方法。通過歷史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(xué)方法的重要性，了解體會一些科學(xué)的方法。情感態(tài)度與價值觀：滲透研究自然規(guī)律的科學(xué)方法。通過了解歷史，培養(yǎng)學(xué)生的意志和科學(xué)的方法觀，避免盲目和急功近利，提高認識。經(jīng)歷伽利略對自由落體運動的研究過程，體驗

2、數(shù)學(xué)在研究物理問題中的重要性，體會發(fā)現(xiàn)客觀世界之旅帶來的樂趣?！局攸c難點】：重點：了解探索過程，明確探索的步驟，同時了解實驗及科學(xué)的思想方法在探究中的重要作用，從中提煉自己的學(xué)習(xí)方法。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)學(xué)生良好思維習(xí)慣的重要參考?！窘虒W(xué)用具】：教學(xué)過程【自主學(xué)習(xí)】：（預(yù)習(xí)教材P46-P48）亞里士多德認為物體下落的快慢是由它的_決定的，相同情況下物體越重下落得_。伽利略認為，重物和輕物應(yīng)該下落得_。他猜想落體運動應(yīng)該是一種最簡單的_，即它的_應(yīng)該是均勻變化的。日常生活中常會見到，較重的物體下落得比較快，較輕的物體下落得比較慢，這是由于_對不同物體的

3、不同影響。（甲）（乙）（丙）（?。﹫D(2.6-1)由于自由下落得物體運動時間_，當時直接驗證自由落體運動是勻加速直線運動很困難，伽利略采用了間接的驗證方法。他讓一個銅球從傾角很小的斜面上滾下（如圖(2.6-1)所示），做了上百次的實驗，證明了球在_的運動是勻變速直線運動，然后將此結(jié)論_到自由落體運動上?！竞献魈骄俊浚壕d延兩千年的錯誤：問題1：對于物體下落快慢的決定因素，亞里士多德的觀點是什么？他的錯誤觀點的根源是什么？答：_。邏輯的力量：問題2：伽利略是怎樣用邏輯推理說明亞里士多德的錯誤？請簡述推理過程。答：_。猜想與假說：問題3：伽利略在研究自由落體運動過程中首先遇到了什么困難？他是怎樣解決

4、困難的？答：_。伽利略猜想自由落體運動是一種什么性質(zhì)的運動？答：_。實驗驗證：問題4：伽利略在用實驗驗證自己對自由落體運動的猜想過程中，遇到了什么困難？答：_。在伽利略看來，物體做勻變速直線運動應(yīng)該滿足什么條件？他要驗證的結(jié)論是什么？答：_。他采用了什么方法巧妙地驗證了結(jié)論？請簡述其驗證過程。答：_。請歸納一下，伽利略在研究自由落體運動的過程中采用了什么科學(xué)方法？這種科學(xué)方法的核心是什么？答：_。請簡單評價伽利略對物理學(xué)的貢獻。答：第一次理清了力與運動的關(guān)系；第一次采用實驗作為物理研究的方法；標志著物理學(xué)的真正開端近代科學(xué)之父。真正開端人才輩出發(fā)展迅速成就輝煌；【問題生成】：（請寫出你的疑問）

5、【展示交流】：【達標檢測】：在物理學(xué)的發(fā)展歷史歷程中，下面的哪位科學(xué)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(shè)的科學(xué)方法，把實驗和邏輯推理和諧地結(jié)合起來，從而有力地推進了人類科學(xué)的發(fā)展：（ ）A.亞里士多德 B.伽利略 C.牛頓 D.愛因斯坦在學(xué)習(xí)物理知識的同時，還應(yīng)當十分注意學(xué)習(xí)物理學(xué)研究問題的思想和方法，從一定意義上說，后一點甚至更重要。偉大的物理學(xué)家伽利略的研究方法對于后來的科學(xué)研究具有重大的啟蒙作用，至今仍然具有重要意義。請你回顧伽利略探究物體下落規(guī)律的過程，判定下列哪個過程是伽利略的探究過程：（ ）A.猜想問題數(shù)學(xué)推理實驗驗證合理外

6、推得出結(jié)論。B.問題猜想實驗驗證數(shù)學(xué)推理合理外推得出結(jié)論。C.問題猜想數(shù)學(xué)推理實驗驗證合理外推得出結(jié)論。D.猜想問題實驗驗證數(shù)學(xué)推理合理外推得出結(jié)論。甲同學(xué)看到乙同學(xué)從10層樓的樓頂同時由靜止釋放兩個看上去完全相同的鐵球，結(jié)果甲同學(xué)看到兩球不是同時落地的。他分析了兩球未能同時落地的原因。你認為他的下列分析哪些是正確的是：（ ）A.兩球在下落過程中受到的空氣阻力不同，先落地的受空氣阻力小。B.兩球在下落過程中受到的空氣阻力不同，先落地的受空氣阻力大。C.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。D.兩球下落過程中受到的空氣阻力相同，先落地的是空心球，阻力與重力比，差別較

7、小。伽利略對自由落體運動的研究是科學(xué)實驗和邏輯思維的完美結(jié)合。圖(2.6-2)示可大致表示其實驗和思維的過程，對這一過程的分析，下列說法正確的是：（ ）（甲）（乙）（丙）（?。﹫D(2.6-2)A.其中甲是實驗現(xiàn)象，丁是經(jīng)過合理的推斷得到的結(jié)論。B.其中丁是實驗現(xiàn)象，甲是經(jīng)過合理的推斷得到的結(jié)論。C.運用甲中的實驗，可“沖淡”重力的作用，使實驗現(xiàn)象更明顯。D.運用丁中的實驗，可“放大”重力的作用，使實驗現(xiàn)象更明顯?！痉答佉庖姟浚海ㄕ垖懗瞿愕乃小⑺?、所疑）附錄：伽利略的主要成就力學(xué)：伽利略是第一個把實驗引進力學(xué)的科學(xué)家，他利用實驗和數(shù)學(xué)相結(jié)合的方法確定了一些重要的力學(xué)定律。1582年前后，他經(jīng)

8、過長久的實驗觀察和數(shù)學(xué)推算，得到了擺的等時性定律。他根據(jù)杠桿原理和浮力原理寫出了第一篇題為天平的論文。不久又寫了論文論重力，第一次揭示了重力和重心的實質(zhì)并給出準確的數(shù)學(xué)表達式。在15891591年間，伽利略對落體運動作了細致的觀察。從實驗和理論上否定了統(tǒng)治千余年的亞里士多德關(guān)于“落體運動法則”確立了正確的“自由落體定律”，即在忽略空氣阻力條件下，重量不同的球在下落時同時落地，下落的速度與重量無關(guān)。伽利略對運動基本概念，包括重心、速度、加速度等都作了詳盡研究并給出了嚴格的數(shù)學(xué)表達式。尤其是加速度概念的提出，在力學(xué)史上是一個里程碑。有了加速度的概念，力學(xué)中的動力學(xué)部分才能建立在科學(xué)基礎(chǔ)之上，而在伽

9、利略之前，只有靜力學(xué)部分有定量的描述。伽利略曾非正式地提出過慣性定律（見牛頓運動定律）和外力作用下物體的運動規(guī)律，這為牛頓正式提出運動第一、第二定律奠定了基礎(chǔ)。伽利略還提出過合力定律，拋射體運動規(guī)律，并確立了伽利略相對性原理. 伽利略在力學(xué)方面的貢獻是多方面的。這在他晚年寫出的力學(xué)著作關(guān)于兩門新科學(xué)的談話和數(shù)學(xué)證明中有詳細的描述。在這本不朽著作中，除動力學(xué)外，還有不少關(guān)于材料力學(xué)的內(nèi)容。 天文學(xué)：他是利用望遠鏡觀測天體取得大量成果的第一位科學(xué)家。這些成果包括：發(fā)現(xiàn)月球表面凹凸不平，木星有四個衛(wèi)星（現(xiàn)稱伽利略衛(wèi)星），太陽黑子和太陽的自轉(zhuǎn)，金星、木星的盈虧現(xiàn)象以及銀河由無數(shù)恒星組成等。他用實驗證實

10、了哥白尼的“日心說”，徹底否定了統(tǒng)治千余年的亞里士多德和托勒密的“地心說”。 哲學(xué)：他一生堅持與唯心論和教會的經(jīng)院哲學(xué)作斗爭,主張用具體的實驗來認識自然規(guī)律,認為經(jīng)驗是理論知識的源泉。他不承認世界上有絕對真理和掌握真理的絕對權(quán)威，反對盲目迷信。他承認物質(zhì)的客觀性、多樣性和宇宙的無限性，這些觀點對發(fā)展唯物主義的哲學(xué)具有重要的意義。主要著作：關(guān)于兩種世界體系的對話、關(guān)于兩門新科學(xué)的談話和數(shù)學(xué)證明、天平、論重力等。第2課時豎直上拋運動整體設(shè)計【教學(xué)目標】：知識與技能：理解并掌握豎直上拋運動的特點、性質(zhì)、規(guī)律；初步掌握豎直上拋運動規(guī)律的應(yīng)用。過程與方法：體驗應(yīng)用規(guī)律的方法，培養(yǎng)分析物理過程的能力。情感

11、態(tài)度與價值觀：增強學(xué)習(xí)物理的信心、提高學(xué)習(xí)物理的興趣。【重點難點】：豎直上拋運動的特點、規(guī)律的應(yīng)用?！窘虒W(xué)用具】：多媒體課件教學(xué)過程【自主學(xué)習(xí)】：基本公式：速度公式：_位移公式：_速度-位移關(guān)系式：_三個推論：中點時刻的瞬時速度公式：=_。中點位移的瞬時速度公式：=_。判別式：x=_。比例規(guī)律：（v0=0）ts末、2ts末、，nts末速度之比為：_。ts內(nèi)、2ts內(nèi)、，nts內(nèi)位移之比為：_。第1個ts內(nèi)、第2個ts內(nèi)、，第n個ts內(nèi)位移之比為：_。第1個x、第2個x、，第n個x所用時間之比為：_。第1個x、第2個x、，第n個x末端速度之比為：_。自由落體運動的規(guī)律：（v0=0，a=g）基本公

12、式：速度公式：_位移公式：_速度-位移關(guān)系式：_三個推論：中點時刻的瞬時速度公式：=_。中點位移的瞬時速度公式：=_。判別式：x=_。比例規(guī)律：（略）【合作探究】：定義：只在重力作用下，將物體以一定初速度v0沿豎直向上拋出。問題1：請簡述物體做豎直上拋運動的過程可分為幾個階段？各階段分別是什么運動？答：_。請簡述物體做豎直上拋運動的加速度具有什么特點？答：_。豎直上拋運動是一種什么性質(zhì)的運動？答：_。規(guī)律：（以豎直向上為正）vv0-v0Ott上t總圖(2.6-3)公式：；v-t圖象：如圖(2.6-3)斜率：k=_；縱截距：_；與橫軸的交點表示：_；改變初速度v0，得到的圖象有何關(guān)系？答：_。具

13、體問題：（v0已知）上升時間：t上=_。上升最大高度：H=_。落回原地時間：t總=_。落回原地速度：vt=_。注：過程特點：_。處理方法：_?！締栴}生成】：（請寫出你的疑問）【展示交流】：【達標檢測】：一物體從地面以v0=40m/s的初速度做豎直上拋運動，g=10m/s2。試求：3s末、4s末、5s末物體的速度分別是多少？3s末、4s末、5s末物體離開拋出點的位移分別是多少？物體從拋出點到位移大小為60m所需要的時間是多少？一物體以v0=20m/s的初速度做豎直上拋運動，g=10m/s2。試求：物體上升到最高點需要多長時間？物體上升到最高點的高度是多少？物體返回拋出點需要多長時間？物體返回拋出

14、點時的速度是多大？（附加題）一跳水運動員從離地面高10m的平臺向上躍起舉雙臂直體離開臺面，此時其重心位于從手到腳全長的中點，躍起后重心升高0.45m到最高點，落水時身體豎直，手先入水中（在此過程中運動員水平方向運動忽略）。試畫出運動員運動過程的示意圖；從離開躍臺到手觸水面，他可用于完成空中動作的時間是多長？（計算時，可把運動員全部質(zhì)量集中在一點（即重心處），取g=10m/s2，結(jié)果取二位有效數(shù)字）【反饋意見】：（請寫出你的所感、所得、所疑）第3課時運動圖象整體設(shè)計【教學(xué)目標】：知識與技能：過程與方法：情感態(tài)度與價值觀：【重點難點】：重點：難點：【教學(xué)用具】：多媒體課件教學(xué)過程【自主學(xué)習(xí)】：x-

15、t圖象：v-t圖象：形狀xOtvOt縱坐標意義對應(yīng)運動斜率交點縱截距面積【合作探究】：一物體以3m/s的速度勻速向東運動了4s后，立即以4m/s的反向速度向西運動了4s，作出物體的s-t圖象和v-t圖象，并由v-t圖象求出位移和路程。圖(2.6-4)v(m/s)t/sO5-5BACDEF20408060100一輛汽車沿著筆直的公路行駛，其v-t圖象如圖(2.6-4)所示。說明圖中OA、AB、BC、CD、DE、EF各段表示的是什么運動？根據(jù)圖中折線和有關(guān)數(shù)據(jù)求出汽車在整個行駛過程中所通過的位移?！締栴}生成】：（請寫出你的疑問）【展示交流】：【達標檢測】：x/m510O-5-1012345t/s(

16、甲)v/m/s510O-5-1012345t/s(乙)圖(2.6-5)一個質(zhì)點做直線運動，其x-t圖象如圖(2.6-5)（甲）所示，則請在圖(乙)中作出與之對應(yīng)的v-t圖象。A.vOtvC.OtvOB.tvOD.t從手中豎直向上拋出的小球，與水平天花板碰撞后又落回到手中，設(shè)豎直向上的方向為正方向，小球與天花板碰撞時間極短。若不計空氣阻力和碰撞過程中動能的損失，則在圖(2.6-6)中，能夠描述小球從拋出到落回到手中整個過程運動規(guī)律的圖象是：（ ）【反饋意見】：（請寫出你的所感、所得、所疑）第4課時追及與相遇問題整體設(shè)計【教學(xué)目標】：知識與技能：學(xué)會分析復(fù)雜過程的技巧。掌握追及與相遇問題的典型方法

17、。過程與方法：體驗應(yīng)用規(guī)律的方法，培養(yǎng)分析物理過程的能力。情感態(tài)度與價值觀：增強學(xué)習(xí)物理的信心、提高學(xué)習(xí)物理的興趣。【重點難點】：臨界法、圖象法。【教學(xué)用具】：多媒體課件教學(xué)過程【自主學(xué)習(xí)】：問題1：甲、乙兩車從同一地點沿同一方向同時出發(fā)做勻速直線運動，甲的速度為v甲=20m/s，乙的速度為v乙=10m/s。則甲、乙兩車誰運動在前誰運動在后？它們之間的距離是逐漸縮小還是逐漸擴大？答：_。甲、乙兩車從同一地點沿同一方向同時出發(fā)做直線運動，時間t=10s內(nèi)甲的速度由20m/s均勻減小到16m/s，乙的速度由10m/s均勻增大到14m/s。則甲、乙兩車誰運動在前誰運動在后？它們之間的距離是逐漸縮小還

18、是逐漸擴大？答：_。甲、乙兩車從同一地點沿同一方向同時出發(fā)做直線運動，時間t=10s內(nèi)甲的速度由20m/s均勻增大到30m/s，乙的速度由10m/s均勻增大到20m/s。則甲、乙兩車誰運動在前誰運動在后？它們之間的距離是逐漸縮小還是逐漸擴大？答：_。由以上分析可知：兩物體一前一后沿一直線做同方向的運動，它們之間的距離在什么情況下會逐漸縮??？在什么情況下會逐漸擴大？答：_。問題2：甲物體從靜止開始以1m/s2的加速度做勻加速直線運動，乙物體以6m/s的速度做勻速直線運動。請將甲、乙兩物體在表中各時刻對應(yīng)的瞬時速度值填入下表；t/s012345v甲/m/sv乙/m/sv/m/st/sO612612圖(2.6-7)請在圖(2.6-7)中同一坐標系中做出甲、乙兩物體的v-t圖象。【合作探究】：例題：車從靜止開始以1m/s2的加速度前進，車后相距x0為25m處，某人同時開始以6m/s的速度追車，能否追上？若追不上，求人、車間的最小距離。方法：臨界法方法：圖象法方法：判別式法方法：相對運動法課堂小結(jié)：一個關(guān)鍵：過程。兩個關(guān)系：位移關(guān)系；