高中物理第二章匀变速直线运动的研究2.6伽利略对自由落体运动的研究教案5新人教必修.docx

伽利略对自由落体运动的研究教学设计思想：本节从牛顿运动定律部分又回到运动学作为运动学公式应用的一部分，是新教材注重三维教学目标的标志性内容。过去的教学过分注重对知识和技能的掌握，而忽略了对科学精神、科学研究方法的培养，新教材把它单列为一节，其目的显而易见。因此，能否通过这节课的学习让学生初步认识人类对自然世界的探究思想和方法，体会到伽利略对运动物体的研究在科学发展和人类进步的重大意义，将成为这节课最终的目标。为了更好的落实新课标的精神，该节课在设计过程中注重了对科研方法的具体应用，在教学中用方法，给学生做出示范，逐步使学生树立起对自然的科学认识观。教学方式：本节主要采用师生共同探讨研究式教学，教师通过落体实验引出问题，有牛顿管实验引出自由落体运动。学生根据现阶段具备的物理知识重温伽利略对落体运动规律的探究历程，总结分析得出落体运动的运动学特点结合运动学规律总结自由落体运动规律。这样更适合学生的认知过程和学生对理想运动模型的理解。知识与技能：1、认识空气阻力对落体运动的影响，知道自由落体运动的概念；2、明确伽利略对自由落体运动的研究方法，领会伽利略的科学思想。3、通过对自由落体频闪照片的数据处理得出自由落体运动的加速度大小；4、通过匀变速直线运动的规律得到自由落体运动的规律；过程与方法：1、运用实验和推理方法来探究落体运动的特点；2、了解伽利略的实验研究过程，认识伽利略有关实验的科学思想和方法，培养学生探求知识的能力。情感态度与价值观：1、从科学研究过程中体验探索自然规律的艰辛，培养敢于坚持真理，勇于创新的科学精神和实事求是的科学态度，并能自觉地将学习心得体现在自己的学习实践中。2、通过对伽利略的科学思维方法以及他对物理学贡献的介绍使学生体会到科学探索方法在人类进步上的重大意义；教学重点：让学生了解抽象思维、数学推导和科学实验相结合的科学方法。教学难点：使学生体会“发现问题对现象的观察提出假设运用数学和逻辑手段得出推论实验验证合理外推得出结论”的科学探究方式。教学资源：牛顿管、抽气机、纸片、铁片、刻度尺、小球、天平、放有海绵的缓冲盒、自由落体运动视频资料、自制PPT课件。教学过程教师活动学生活动设计意图问题导入对亚里士多德进行客观公正评价设置问题，科学探究学生动手对比试验结论得出实验展示定义引入归谬法推理自由落体运动性质探究规律得出伽利略生平简介规律应用学生活动课堂小结布置作业今天咱们一起研究落体运动，这种运动很常见，你们仔细观察过落体运动吗？大家请看：（提醒学生注意观察）教师示范：（天平可直接显示物体质量大小）1、一片羽毛和一块石头同时下落情况；现象：石头下落快，羽毛下落慢。2、同样大小的金属片和纸片同时下落现象：金属片下落快，纸片下落慢。教师提问：产生这样现象的原因是什么呢？学生对原因进行分析：石头重，羽毛轻；金属片重，纸片轻。教师总结历史回顾：类似的现象生活中很常见，早在公元前4世纪，古希腊伟大的哲学家亚里斯多德根据与我们同样的观察直接得出结论：物体越重，下落得越快！这一论断流传了近二十个世纪即两千年。（PPT展示亚里士多德生平并客观评价。）同学们想想看，是不是重的物体一定比轻的物体下落得快呢？要想很好的回答这个问题，需要我们进一步对落体现象进行研究。首先，我们可以通过实验来研究，在大家的桌面上有金属片有纸片还有你们的一些文具，这些都可以用来进行研究，同学们可以设计一些小实验亲自动手做一做，仔细观察实验现象，看刚才的结论是否有问题，如果有问题能不能用你的实验来进一步证明或者推翻刚才的结论。教师巡视学生所做实验的情况并进行适当提示。挑选出设计得比较好的一到两名学生鼓励其上台演示并说出自己的观点。其他同学注意观察教师对上台学生进行恰当提示并提问：1、看到了什么现象？2、这个现象说明了什么？注意引导得出：重的物体不一定下落得快教师对上台同学进行激励性的评价，台下同学一定还有很多做法都很好，课下可以继续研究。重的物体不一定下落得快，很明显轻的物体也不一定下落得快。那大家想想看，到底是由于什么因素的影响使得物体下落有快慢呢？得出结论：空气阻力大小会影响物体下落的快慢。刚才的实验都有空气阻力的影响使得物体下落有快有慢，那大家能想象一下，如果在没有空气阻力的空间里，物体下落将会是怎么样的呢？教师介绍牛顿管并演示有空气时和没有空气时管里的羽毛和金属片的下落情况教师注意应尽量让更多的学生能直接看到羽毛和金属片的下落情况。让学生能直接看到玻璃管的空气被抽掉的过程和重新让玻璃管内充满空气的过程。后边的同学注意听、看，听金属片落底的声音，看羽毛下落的过程。现象：在有空气的空间羽毛下落得较慢在没有空气阻力影响的空间，羽毛和金属片同时落到底端。教师引导学生分析得出：在没有空气阻力的空间，物体下落只受重力的作用时物体下落快慢相同。引入自由落体运动的定义：我们把只在重力的作用下，物体由静止开始下落的运动叫自由落体运动。显然，这种运动只能在没有空气的空间中发生，但是我们生活在有空气的空间里，在有空气的空间里如果空气阻力相对于物体重力很小的时候，物体的下落也可以看做是自由落体运动。举例理解自由的含义：1、 只受重力2、 初速度为0到此为止，我们对自由落体运动有了正确的认识那就是：不同物体从同一高度做自由落体运动，它们的运动情况是一样的。可是这个结论在历史上是来之不易的，从公元前四世纪的亚里士多德到16世纪末的伽利略，两千多年漫长的时间里，人们不断探索，研究才得出的结论。看斜塔实验图片，播放两球从楼顶下落视频重温伽利略实验。进一步证明下落快慢与轻重无关。接下来我们继续认识自由落体运动自由落体运动是什么性质的运动呢？轨迹是直线小球运动速度在不断增加是加速运动是否是匀加速直线运动呢？伽利略对落体运动规律的探究在16世纪末，意大利的物理学家伽利略有一个巧妙的推理。（称“落体佯谬”）推理是这样的：假设重的物体下落得快是正确的话，现在有两块石头，一大一小大的比小的重，根据假设，让这两块石头单独下落，大石头下落得快，如果把这两块石头拴在一起下落的话，大石头会被小石头往上拖着比原来慢，而小石头反过来也会被大石头往下拖着比原来快，所以整体下落速度会比原来的大石头单独下落慢。换一个角度去分析，两块石头连在一起肯定比原来的大石头要重，所以根据重的物体下落快的假设，两块石头加一起应该比大石头单独下落要快。发现问题可见，用同一个假设得出了两个截然相反的结论。可知，假设不成立！提出假说：物体下落的过程是一个速度逐渐增大的过程,其速度与时间成正比. V t在没有进行数学推导和实验之前，他的认识是十分模糊的，于是从最简单原则出发，猜想速度应均匀变化，具体表现有两种，一种为vt，另一种为vx，后经推算，后一种将很复杂，于是将注意力集中在对前一种的研究中。又从上面假设出发，巧妙地导出了物体下落的距离与时间的平方成正比关系. h t间接验证：怎样证明猜想是正确的？大家几乎不约而同的想到实验，暂不说实验怎样设计，单就这一想法就体现了伽利略的伟大之处，因为在此之前，学者们总是通过思辨性的论战决定谁是谁谁非，伽利略是将实验引入物理学领域的第一人，于是人们称之为实验科学的创始人。伽利略的上百次实验表明：小球沿斜面滚下的运动确实是匀加速直线运动，换用不同质量的小球，从不同高度开始滚动，只要斜面倾角一定，小球的加速度都是相同的，增大斜面倾角，加速度随之增大。合理外推：由斜面试验得出的结论并非严格意义上的落体，适当增大斜面倾角，结论仍正确，再进一步增大斜面倾角，由于小球运动过快而无法对时间进行测定的情况下，合理的将实验结论外推到900，从而完成了对自由落体运动规律的研究，得出了自由落体运动是匀加速直线运动，而且所有物体下落时的加速度都是相等的结论。得出结论：自由落体运动是初速度为零、加速度恒定的匀加速直线运动。同一地点一切物体下落的加速度都相同，方向竖直向下,这个加速度叫做自由落体加速度，也叫做重力加速度，通常用g表示。让学生讨论、分析出自由落体运动的运动特点和受力特征；根据匀变速直线运动的规律得出自由落体运动的运动学规律；自由落体运动是初速度为0，加速度为g的匀加速直线运动。速度公式：Vtgt位移公式：hgt2/2伽利略的研究过程：发现问题对现象的观察提出假设运用数学和逻辑手段得出推论实验验证合理外推得出结论伽利略简介：自由落体运动的加速度的得出：由于实验条件所限，伽利略无法精确计算出加速度的大小，现在我们已经能比较容易的计算出加速度的大小。教师播放频闪照片获得原理的动画片段。得出自由落体运动的频闪照片引导学生对数据进行分析处理。得出自由落体运动的加速度大小。由X=at可得 a=X/t得a= 9.8m/s同一地点一切物体的重力加速度都相同，大小约为9.8m/s,方向竖直向下,通常用g表示。粗略计算时还可取g=10m/s学以致用：问题：同学们思考如何利用今天所学知识测量悬崖、峡谷的高度、或一口井的深度。小游戏：利用直尺测反应时间教师引导提示出方法，并让个别同学上讲台当场测试。并用事先准备好的“反应时间测量尺”直接读出学生的反映时间。让学生解释其反应时间的测量方法。小结：通过本堂课的学习，同学们收获了什么？教师帮助梳理本堂课知识要点。随堂练习：1. 在物理学的发展历程中，下面的哪位科学家首先建立了平均速度、瞬时速度和加速度等概念来描述物体的运动，并首先采用了实验检验猜想和假设的科学方法，把实验和逻辑推理和谐地结合起来，从而有力地推进了人类科学的发展。A 亚里士多德 B 伽利略C 牛顿 D 爱因斯坦2.伽利略用巧妙的推理推翻了亚里士多德的错误观点，从而提出了自由落体是一种最简单的变速运动，速度应该是均匀变化的观点，这种方法在科学研究中叫（ ）A 数学推演 B 实验验证 C 猜想与假设 D 逻辑推理3.某同学摇动苹果树，从同一高度一个苹果和一片树叶同时从静止直接落向地面，苹果先着地，下面说法正确的是 （ ）A 苹果和树叶做的都是自由落体运动B 苹果和树叶的运动都不能看成自由落体运动C 苹果的运动可以看成自由落体运动，树叶的运动不能看成自由落体运动D 假如地球上没有空气，则苹果和树叶会同时落地结束语：较之于伽利略所处的年代，我们的环境是非常好的，希望大家能从伽利略的思维闪光点以及科研方法的程序中得到启发，真正做到善于观察，勤于思考，勇于探索。作业设计：（1）在网上搜集亚里士多德和伽利略相关资料，学习这两位科学巨人的为追求真理而不懈努力的精神；（2）教材32页练习与评价1、2、3、4学生仔细观察教师的演示实验并归纳分析，回答老师所提问题学生看幻灯片听教师介绍学生回答所想到的内容学生自己动手设计小实验来进一步证明或者推翻刚才的结论学生上台演示并说明学生回答教师所提问题学生注意观察金属片和羽毛在有空气和没有空气的空间里的下落情况并回答所看到的情景。试验现象，加深对自由落体概念的理解；一起分析下落快慢相同的原因建立对自由落体运动的正确认识学生观看录象注意小球运动轨迹及运动特征。学生注意听讲，跟随教师的思路一起去理解。感悟伽利略推理的巧妙！学生看书结合教师的讲解体会过程伽利略遇到的困难和解决方案：困难之一：无法测量瞬时速度。解决方案：改测位移与时间的关系（静止开始作匀加速直线运动的物体st2）困难之二：没有准确的计时工具。解决方案：“冲淡重力”的斜面实验学生通过已知匀变速直线运动的规律结合自由落体运动的特点总结出自由落体运动的运动学规律学生看幻灯片听教师介绍学生处理照片数据，在教师的引导下计算出自由落体运动的加速度大小学生思考解决方案并回答学生利用直尺设计测反应时间的方法学生回答本堂课所学知识让学生从亲眼所见开始进入本课学习，也让教师更为清楚地了解学生的已有知识水平客观公正认识亚里士多德让学生对开始得出的结论产生怀疑锻炼学生动手能力和观察分析的能力通过经历科学探究的过程，加深学生对落体运动特点的理解。提高观察、分析、总结能力。使学生形成研究分析问题的科学态度。培养学生观察分析能力。知道自由落体运动的概念。认识只考虑主要因素而忽略次要因素的研究方法。体会真理的来之不易培养学推理能力。重温伽利略对自由落体运动的探究过程锻炼学生类比分析能力及推理能力通过介绍让学生体会到真理的来之不易，学习伽利略对待科学的坚持不懈的精神。体会伽利略的研究过程，了解物理学的基本研究方法。培养学生数据处理能力活学活用锻炼学生的动手能力，通过拓展思考，调动学生继续研究的积极性学以致用