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計【教學目標】：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。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方法的重要性，了解體會一些科學的方法。情感態(tài)度與價值觀：滲透研究自然規(guī)律的科學方法。通過了解歷史，培養(yǎng)學生的意志和科學的方法觀，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的思想方法在探究中的重要作用，從中提煉自己的學習方法。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)學生良好思維習慣的重要參考?！窘虒W用具】：教學過程【自主學習】：（預習教材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，重物和輕物應該下落得_。他猜想落體運動應該是一種最簡單的_，即它的_應該是均勻變化的。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，然后將此結論_到自由落體運動上。【合作探究】：綿延兩千年的錯誤：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該滿足什么條件？他要驗證的結論是什么？答：_。他采用了什么方法巧妙地驗證了結論？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方法？這種科學方法的核心是什么？答：_。請簡單評價伽利略對物理學的貢獻。答：第一次理清了力與運動的關系；第一次采用實驗作為物理研究的方法；標志著物理學的真正開端近代科學之父。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】：在物理學的發(fā)展歷史歷程中，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：（ ）A.亞里士多德 B.伽利略 C.牛頓 D.愛因斯坦在學習物理知識的同時，還應當十分注意學習物理學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。偉大的物理學家伽利略的研究方法對于后來的科學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)學推理實驗驗證合理外

6、推得出結論。B.問題猜想實驗驗證數(shù)學推理合理外推得出結論。C.問題猜想數(shù)學推理實驗驗證合理外推得出結論。D.猜想問題實驗驗證數(shù)學推理合理外推得出結論。甲同學看到乙同學從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，結果甲同學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實驗和邏輯思維的完美結合。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。【反饋意見】：（請寫出你的所感、所得、所疑）附錄：伽利略的主要成就力學：伽利略是第一個把實驗引進力學的科學家，他利用實驗和數(shù)學相結合的方法確定了一些重要的力學定律。1582年前后，他經(jīng)

8、過長久的實驗觀察和數(shù)學推算，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并給出準確的數(shù)學表達式。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。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)學表達式。尤其是加速度概念的提出，在力學史上是一個里程碑。有了加速度的概念，力學中的動力學部分才能建立在科學基礎之上，而在伽

9、利略之前，只有靜力學部分有定量的描述。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。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. 伽利略在力學方面的貢獻是多方面的。這在他晚年寫出的力學著作關于兩門新科學的談話和數(shù)學證明中有詳細的描述。在這本不朽著作中，除動力學外，還有不少關于材料力學的內容。 天文學：他是利用望遠鏡觀測天體取得大量成果的第一位科學家。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，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：他一生堅持與唯心論和教會的經(jīng)院哲學作斗爭,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威，反對盲目迷信。他承認物質的客觀性、多樣性和宇宙的無限性，這些觀點對發(fā)展唯物主義的哲學具有重要的意義。主要著作：關于兩種世界體系的對話、關于兩門新科學的談話和數(shù)學證明、天平、論重力等。第2課時豎直上拋運動整體設計【教學目標】：知識與技能：理解并掌握豎直上拋運動的特點、性質、規(guī)律；初步掌握豎直上拋運動規(guī)律的應用。過程與方法：體驗應用規(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：增強學習物理的信心、提高學習物理的興趣?！局攸c難點】：豎直上拋運動的特點、規(guī)律的應用?！窘虒W用具】：多媒體課件教學過程【自主學習】：基本公式：速度公式：_位移公式：_速度-位移關系式：_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、2ts內、，nts內位移之比為：_。第1個ts內、第2個ts內、，第n個ts內位移之比為：_。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，可把運動員全部質量集中在一點（即重心處），取g=10m/s2，結果取二位有效數(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計【教學目標】：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：【教學用具】：多媒體課件教學過程【自主學習】：x-

15、t圖象：v-t圖象：形狀xOtvOt縱坐標意義對應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計【教學目標】：知識與技能：學會分析復雜過程的技巧。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：增強學習物理的信心、提高學習物理的興趣?！局攸c難點】：臨界法、圖象法。【教學用具】：多媒體課件教學過程【自主學習】：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小？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?！竞献魈骄俊浚豪}：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：一個關鍵：過程。兩個關系：位移關系；