伽利略对自由落体运动的研究.doc

袁腿莁节薁羁芇芁蚃膇膃芀螆羀聿芀袈螃莈荿薈羈芃莈蚀螁腿莇袂羆膅莆薂衿肁莅蚄肅莀莄螆袇芆莄衿肃膂莃薈袆肈蒂蚁肁羄蒁螃袄芃蒀蒃聿艿葿蚅羂膅蒈螇膈肁蒈袀羁荿蒇蕿螃芅蒆蚂罿膁薅螄螂肇薄蒄羇羃薃薆螀莂薂螈肅芈薂袁袈膄薁薀肄肀薀蚂袇莈蕿螅肂芄蚈袇袅膀蚇薇肀肆芄蝿袃肂芃袁腿莁节薁羁芇芁蚃膇膃芀螆羀聿芀袈螃莈荿薈羈芃莈蚀螁腿莇袂羆膅莆薂衿肁莅蚄肅莀莄螆袇芆莄衿肃膂莃薈袆肈蒂蚁肁羄蒁螃袄芃蒀蒃聿艿葿蚅羂膅蒈螇膈肁蒈袀羁荿蒇蕿螃芅蒆蚂罿膁薅螄螂肇薄蒄羇羃薃薆螀莂薂螈肅芈薂袁袈膄薁薀肄肀薀蚂袇莈蕿螅肂芄蚈袇袅膀蚇薇肀肆芄蝿袃肂芃袁腿莁节薁羁芇芁蚃膇膃芀螆羀聿芀袈螃莈荿薈羈芃莈蚀螁腿莇袂羆膅莆薂衿肁莅蚄肅莀莄螆袇芆莄衿肃膂莃薈袆肈蒂蚁肁羄蒁螃袄芃蒀蒃聿艿葿蚅羂膅蒈螇膈肁蒈袀羁荿蒇蕿螃芅蒆蚂罿膁薅螄螂肇薄蒄羇羃薃薆螀莂薂螈肅芈薂袁袈膄薁薀肄肀薀蚂袇莈蕿螅肂芄蚈袇袅膀蚇薇肀肆芄蝿袃肂芃袁腿莁节薁羁芇芁蚃膇膃芀螆羀聿芀袈螃莈荿薈羈芃莈蚀螁腿莇袂羆膅莆薂衿肁 伽利略对自由落体运动的研究类别：新课程教学设计（教案）作者：江西省高安中学物理组 谢恺鹏2008-12-18伽利略对自由落体运动的研究教学目标：知识与技能 1明确伽利略对自由落体运动的研究方法。 2领会伽利略的科学思想。过程与方法 1让学生初步体会抽象思维、提出假说、科学实验是进行科学研究的重要思路和方法 2通过史实了解佃利略研究自由落体规律的过程，体会其推理方法的奥妙，同时了解猜想的必要性，感曼探究规律的几个必要过程和科学方法的重要性，了解体会一些科学的方法情感态度与价值观 1渗透研究自然规律的科学方法 2通过了解史实能培养同学们的意志和科学的方法观，避免盲目和急功近利思想，提高自己的认识观 3经历伽利略对自由落体运动的研究过程，体验数学在研究物理间题中的重要性体会人类对客观世界发现之旅的乐趣教学重点、难点：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“观念现象一试验探索一提出问题一讨论问题一解决问题”的科学探究方式。教学方法：话剧表演、探究、讲授、讨论、练习教具准备： 小石子，纸片，铅笔，书，多媒体课件教学过程：新课导入学生表演话剧：穿越20个世纪的时空对话学生甲：“我是亚里士多德，大思想家，哲学家，科学家。用手拿一个小球和一张纸片，放开后，小球和纸片从静止开始下落我们可以看到，小球先落地，纸片后落地。所以重的物体先落地”学生乙：“你好，亚里士多德先生，我是伽利略，我不赞同你的观点”学生乙通过逻辑推理和实验推翻了亚里士多德的结论。全体学生鼓掌 师：公元前4世纪，古希腊伟大的思想家、哲学家亚里士多德(Arestotle)根据与我们类似的观察，直接得出结论：重的物体比轻的物体下落得快 亚里士多德的论断流传了近2 000年，直到16世纪，意大利科学家伽利略通过逻辑推理和实验推翻了亚里士多德的观点。传说他还做了著名的比萨斜塔实验，两个轻重不同的小球同时落地的声音，是那样的清脆美妙，又是那样的发聋振聩!它动摇了人们头脑中的旧观念，开创了实验和科学推理之先河，将近代物理学以至近代科学推上了历史的舞台今天这节课我们就一起来经历伽利略对自由落体运动的研究过程，领悟这位大师的科学精神，物理思想、研究方法，得其精髓，有所借鉴。新课教学一、绵延两千年的错误(课件展示)亚里士多徳的观点：物体越重，下落越快公元前，人们对物体下落的研究很少，凭着观察认为重的物体比轻的物体下落得快当时，著名的思想家亚里士多德(Aristotle，前384一前322)经过了观察和总结认为“物体下落的速度与重力成正比”这一观点正好应和了人们潜意识里的想法，同时，它又是伟大的亚里士多德提出的论断，人们深信不疑从那以后，人们判断物体下落的快慢甚至给孩子们上课时一直坚持这一观点，这一观点一直延续了2 000多年，从没有人对它提出异议交流与讨论提出问题：为什么会有错误的认识呢?学生思考问题，交流体会生：错误认识的根源在于不注重探索事物的本质，思考不求甚解二，逻辑的力量学生阅读；16世纪末，意大利比萨大学的青年学者伽利略(GalileoGalilei，15641642)对亚里士多德的论断表示了怀疑后来，他在1638年出版的两种新科学的对话，一书中对此作出了评论根据亚里士多德的论断，一块大石头的下落速度要比一块小石头的下落速度大假定大石头的下落速度为8，小石头的下落速度为4，当我们把两块石头捆在一起时，大石头会被小石头拖着面减慢，结果整个系统的下落速度应该小于8：但两块石头捆在一起，总的重力比大石头还要重，因此整个系统下落的速度要比8还大这样，就从“重物比轻物落得快”的前提推断出了互相矛盾的结论，这使亚里士多德的理论陷入了困境为了摆脱这种困境，伽利略认为只有一种可能性，重物与轻物应该下落得同样快(传说伽利略在比萨斜塔上做过落体实验，但后来又被严谨的考证否定了尽管如此，来自世界各地的人们都要前往参观，他们把这庄古塔看作伽利略的纪念碑)问题，伽利略是怎样论证亚里士多德观点是错误的?猜想，既然物体下落过程中的运动情况与物体质量无关，那么为什么在现实生活中，不同物体的落体运动，下落快慢不同呢?我们能否猜想是由于空气阻力的作用造成的呢?如果没有空气阻力将会怎样呢?学生讨论后回答做一做 请你用一枝铅笔和较厚的一本书如图251所示，体验伽利略佯谬三猜想与假说伽利略认为，自由落体是一种最简单的变速运动他设想，最简单的变速运动的速度应该是均匀变化的但是速度的变化怎样才算均匀呢?他考虑了两种可能：一种是速度的变化对时间来说是均匀的，即经过相等的时间，速度的变化相等，另一种是速度的变化对位移来说是均匀的，即经过相等的位移，速度的变化相等伽利略假设第一种方式最简单，并把这种运动叫做匀变速运动四实验验证师：在当时的实验条件下，无法正确测量速度，伽利略遇到了第一个困难。 突破一：间接验证经过数学推理，只要验证了位移与时间的平方成正比就间接证明了速度随时间均匀变化。第二个困难，当时只能靠滴水计时，物体下落很快，无法准确计时。突破二：让小球在倾斜的轨道上滚下，冲淡重力他设计一个斜面实验，使物体的运动速度变慢，解决了测量的难题伽利略在一块木板上刻出一道直槽，槽内贴上羊皮纸使之平滑，用自制的水钟测量时间，探究一个光滑黄铜小球沿倾斜直槽滑下时的运动情况(课件投影)伽利略斜面实验的情况伽利略在两种新科学的对话中说：“用一块木料制成长约12库比特、宽半库比特，厚三指的板条，在它的上面划一条比一指略宽的槽将这个槽做得很直，打磨得很光滑，在槽上裱一层羊皮纸(也要尽可能光滑)取一个坚硬、光滑并且很圆的钢球，放在槽中滚动将这个木槽的一增抬高一到二库比特，使槽倾斜就像我要讲的那样把球放在槽顶沿槽滚下，记录下降的时间实验要重复几次，以便使测得的时间准确到两次测定的结果相差不超过一次脉搏的十分之一，进行这样的操作肯定了我们的观察是可靠的以后将球滚下的距离改为槽长的四分之一，测定攘下的时间，我们发现它准确地等于前者的一半下一步，我们用另一些距离进行试验，把全长用的时间与全长的二分之一、三分之二，四分之三，或者其他任何分数所用的时间相比较，像这样的实验，我们重复了整整一百次，结果总是经过的距离与时间的平方成比例，并且在各种不同坡度下进行实验，结果也都如此”伽利略根据斜面试验结果发现，小球沿斜面滚下的距离正比于时间的平方xt2，即x1/t12=x2/t22=x3/t32=x4/t42=x5/t52=k (常数)，且倾角一定时不同质量的球滚下，k值相同，常数的值随着斜面倾角增大而增大。师：这就说明，小球沿斜面滚下时作匀变速直线运动，但是，斜面倾角越大，时间测量越困难，怎么证明小球竖直下落也符合这个规律呢？伽利略遇到了第三个困难。突破三：合理外推倾角越大，x/t2的比值越大，当斜面倾角增大到90，即斜面与地面垂直时，小球将自由下落，成为自由落体，xt2的关系仍然成立，此时x/t2的比值为最大，这时小球仍然会保持匀变速直线运动的性质自由落体运动是一种特殊的匀变速直线运动伽利略将实验与逻辑思维相联系进行科学研究的思想，开辟了一条科学研究之路五伽利略的科学方法 对现象一般观察一提出猜想一运用逻辑推理一实验对推理验证一对猜想进行修证(补充)一推广应用 伽利略的科学思想方法的枝心是把实验和逻辑推理(包括数学推理)和谐地结合起来从面有力地推进了人类科学认识的发展 六超越伽利略 师：伽利略在当时有限的实验条件研究出初速度为零的匀加速直线运动中位移和时间的关系现在我们可以用什么比较精确的方法来进行研究呢? 生：1、“自由落体频闪照片”求加速度 2 、用打点计时器研究纸带求出加速度 3、其它方法（测速计等）读一读 物理学家于2003年评出十个最美的物理实验伽利略的自由落体实验和加速度实验均被选为最美的实验这种“美”是一种经典概念，即用最简单的仪器和设备，得出最根本、最单纯的科学结论其实，科学美蕴藏于各门科学的实验之中，有待于我们在学习过程中不断感悟和发现 小结 通过这节课的学习，我们从伽利略对落体的研究上，学习他敢于挑战权威的勇气，学习他的观察思考等科学方法，为我们下一步(以后)的探究打下基础，不能盲目，也不能惧怕困难，要用科学的方法指导我们作业：请仔细回顾伽利略研究落体运动的全过程，把他的每一个步骤列出来，并说明哪一步骤是提出问题，哪一步骤是数学推理，哪一步骤是实验验证等等再讨论一下，在一般物理问题的研究过程中，是否都需要经历这些步骤? 板书设计:2.5利略对自由落体运动的研究一、绵延两千年的错误(课件展示)亚里士多徳的观点：物体越重，下落越快二，逻辑的力量三猜想与假说自由落体是一种最简单的变速运动，一种是速度的变化对时间来说是均匀的，即经过相等的时间，速度的变化相等，另一种是速度的变化对位移来说是均匀的，即经过相等的位移，速度的变化相等伽利略假设第一种方式最简单，并把这种运动叫做匀变速运动四实验验证伽利略根据斜面结果出发，认为，在初速度为零的匀加速直线运动中，经过的距离正比于时间的平方，即号；恒量，恒量的数值随着斜面倾角增大而增大当斜面倾角增大到90，即斜面与地面垂直时，小球将自由下落，成为自由落体，xt2的关系仍然成立，此时x/t2的比值为最大，这时小球仍然会保持匀变速直线运动的性质五伽利略的科学方法 观察一提出猜想一运用逻辑推理一实验对推理验证一对猜想进行修证(补充)一推广应用教学后记：本节内容是让学生了解并学习伽利略研究自由落体运动的科学思想方法和巧妙的实验构思，是新教材注重过程与方法，情感态度和价值观的一个标志性内容。因此，能否通过这节课的学习让学生体会到人类对自然世界的探究思想和方法，感受到一个伟大的科学家的高尚情操，就成为这节课最终的目标。为了更好的落实新课标的精神，该教学策略采用了先让学生收集相关资料，在课堂上以话剧形式展现伽利略和亚里士多德两人的时空对话，一下就激发了学生的学习兴趣。紧接着借助于多媒体课件，引导学生一步步体会伽利略的探究过程，并且让学生在课堂上充分讨论和发表见解，充实和完善伽利略的研究过程与方法，学习他严谨的科学态度，不畏强权的探索精神和正确的解决问题的思路，树立正确的科学观念江西省高安中学 谢恺鹏 2008-12-18 膁葿袀膅膀薂蚃肁腿蚄袈羇芈莄蚁袃芇蒆袆蝿芆蚈虿膈芅莈羅肄芅蒀螈羀芄薃羃袆芃蚅螆膅节莅蕿肁莁蒇螄羆莀蕿薇袂荿艿螂袈荿蒁蚅膇莈薄袁肃莇蚆蚄罿莆莅衿袅莅蒈蚂膄蒄薀袇肀蒃蚂蚀羆蒃莂袆羂聿薄螈袈肈蚇羄膆肇莆螇肂肇葿羂羈肆薁螅袄膅蚃薈膃膄莃螃聿膃薅薆肅膂蚈袂羁膁莇蚄袇膁葿袀膅膀薂蚃肁腿蚄袈羇芈莄蚁袃芇蒆袆蝿芆蚈虿膈芅莈羅肄芅蒀螈羀芄薃羃袆芃蚅螆