沪科版必修1 2.1伽利略对落体运动的研究 教案.doc

教学设计2.1 伽利略对落体运动的研究本节内容属于普通高中物理课程标准中必修模块的内容，是以往教材所没有的。学生学习本节课的目的是让学生深刻体会到在当时实验设备不精确的条件下伽利略如何提出问题，遇到什么问题，如何突破困难，使学生体验经历伽利略对自由落体运动的研究方法，感悟科学探究方法，培养学生勇于向权威挑战，善于观察思考，知难而进的优秀品质。所以我们按照“问题猜想数学推理实验验证合理外推得出结论”这样的科学探究思路引导学生进行学习。教学重点1了解探索过程，明确探索的步骤。2了解实验及科学的思维方法在探究中的重要作用，从中提炼自己的学习方法。教学难点“问题猜想数学推理实验验证合理外推得出结论”是本节的重点思路，也是培养良好思维习惯的重要参考。课时安排1课时三维目标知识与技能1了解伽利略对自由落体运动的研究思路和方法。2学习伽利略的思想和精神，培养敢于坚持真理、勇于创新和实事求是的科学态度和科学精神。提高学习兴趣，培养合作精神。过程与方法1经历伽利略对自由落体运动的研究方法，感悟科学探究的方法。2亲身经历探究的过程，尝试探究的方法，提高实验的技能，培养主动参与、勤于动手的学习习惯。情感态度与价值观1激发学生学习伽利略敢于向权威挑战，善于观察思考，知难而进的优秀品质。2培养学生耐心细致的优秀品质，创新思想和互相协作的精神。课前准备教具准备：自制课件，下雨视频，苹果落地视频导入新课播放视频：下雨视频，苹果落地视频大家都知道，落体运动是常见的，但就这样一个常见的运动，人类对它的认识经历了差不多两千年的时间才变得清晰起来。这究竟是怎么回事呢？在人类历史上，最早研究运动问题的要算古希腊学者亚里士多德了。亚里士多德通过观察推断：重的物体比轻的物体下落得快。他的这一推断符合人们的常识，以至于其后两千年里，大家都奉为经典。但到了16世纪末，意大利比萨大学的青年学者伽利略对亚里士多德的论断产生了怀疑，用自己方法证明了亚里士多德观点的错误并且得出了落体运动的规律。下面我们就随着伽利略的思想一起体验他的探究过程。推进新课学生阅读课文并思考下面问题。思考：伽利略通过自己的观察对亚里士多德的观点产生了怀疑，并通过逻辑推理让亚里士多德的观点自相矛盾。你能做到用亚里士多德的观点证明亚里士多德观点的错误吗？伽利略发现亚里士多德的观点有自相矛盾的地方。根据亚里士多德的理论，一块大石头的下落速度要比一块小石头下落速度大。假定大石头的下落速度为8 m/s，小石头的下落速度为4 m/s，当我们把这两块石头拴在一起时，下落快的会被下落慢的拖着而减慢，下落慢的会被下落快的拖着而加快，结果，整个系统的下落速度应该介于8 m/s和4 m/s之间。但从另一个角度讲，两块石头拴在一起，加起来比大石头还要重，因此整个系统的速度应该大于8 m/s，由同一理论得到的结论相互矛盾，从而使亚里士多德的理论陷入困境。补充：“两种新科学的对话”一书中写道：萨尔维阿谛(伽氏)：如果把两个自然速率不同的物体绑在一起，那么落得快的物体会被落得慢的物体拖着而减速，落得慢的物体会被落得快的物体拖着而加速，你同意吗？辛普利丘(亚氏)：没有疑问，你说得对。伽氏：但是，如果这是对的，那么我们取一块大石头，例如它的下落速率为8 m/s，再取一块小石头，下落速率为4 m/s，将它们拴在一起，整个系统的下落速率应该小于8 m/s；但是，两块石头拴在一起，要比速率为8 m/s的石头重。因此可以得出，重物体比轻物体的运动速率要小的结论，这个结论刚好和你的推测相反。亚氏：我完全被搞糊涂了，说实在的，这完全超出了我的理解力。1伽利略的猜想先问问学生会作怎样的猜想。伽利略认为，重物与轻物应该下落得同样快。他猜想落体运动应该是一种最简单的变速运动，物体的速度应该是均匀变化的。但是，速度的变化怎样才算是均匀的呢？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v与t成正比；另一种是速度的变化对位移来说是均匀的，即v与x成正比。数学推理：伽利略通过数学运算得出：如果v与x成正比，将会得到十分复杂的结论；如果v与t成正比，它通过的位移x就与t2成正比。要点注意：伽利略先猜想速度与时间成正比，然后数学推导出位移与时间的平方成正比，然后通过数学推导的结论证明速度与时间成正比。“伽利略通过实验得到位移与时间的平方成正比的结论”是正确的。2实验验证为了便于测量时间，伽利略设法用斜面做实验。他在木制斜槽上蒙上羊皮纸，让铜球从光滑的羊皮斜槽上滚下，通过上百次对不同质量的小球沿不同倾角的光滑斜面的定量研究，发现小球沿光滑斜面运动时通过的位移x确实与t2成正比，小球的运动是匀变速直线运动，且倾角一定，不同小球的加速度一定，倾角越大，加速度越大。伽利略设计的斜面3合理外推伽利略将他在斜面实验中得出的结论作了合理的外推：设想斜面的倾角越接近90，小球沿斜面滚下的运动就越接近于自由落体运动；当斜面的倾角达到90时，小球就做自由落体运动。从而，自由落体运动是初速度为0的匀加速直线运动，且所有物体自由下落时的加速度都相同。4伽利略的科学方法伽利略对运动的研究，不仅确立了许多用于描述运动的基本概念，而且创造了一套对近代科学的发展极为有益的科学方法，或者说给出了科学研究过程的基本要素。伽利略科学方法的核心是把科学实验和逻辑推理(包括数学推演)和谐地结合起来，从而有力地推进了人类科学认识的发展。11591年，伽利略和他的两个学生带着两个不同质量的铅球(一个是另一个重力的10倍)登上了高为54.5米的比萨斜塔的顶部，如图所示，同时自由释放这两个小球，结果两个球在同一瞬间砸向地面，伽利略这个实验意在说明：轻、重物体下落的_一样(填“速度”或“加速度”)。答案：速度2伽利略对自由落体运动的研究，是科学实验和逻辑思维的完美结合，如图所示可大致表示其实验和思维的过程，对这一过程的分析下列说法正确的是( )。a其中的甲图是实验现象，丁图是经过合理的外推得到的结论b其中的丁图是实验现象，甲图是经过合理的外推得到的结论c运用甲图的实验，可“冲淡”重力的作用，使实验现象更明显d运用丁图的实验，可“放大”重力的作用，使实验现象更明显答案：ac3伽利略以前的学者认为：物体越重，下落得越快，伽利略等一些物理学家否定了这种看法。(1)如图所示：在一玻璃管中放一片羽毛和一个玻璃球，迅速倒置玻璃管，可以看到，玻璃球先于羽毛达到底端，这主要是因为( )。a它们的重力不同 b它们的密度不同c它们的材料不同 d它们受到的空气阻力不同(2)在一高塔顶端释放大小相同的实心铁球和实心铅球，与此有关的下列说法中，正确的是( )。它们受到的空气阻力不同 它们的加速度相同 它们落地的速度不同 它们下落的时间相同a b c d答案：(1)d (2)b4伽利略对运动的研究，不仅确立了许多用于描述运动的基本概念，而且创立了一套对近代科学的发展极为有益的科学方法，或者说给出了科学研究过程的基本要素，这些要素包含了以下几个环节：对现象的一般观察；_；运用逻辑得出结论；_；对假设进行修正和推广答案：提出假设 通过实验对结论进行检验5请将图中三位科学家的姓名按历史年代先后顺序排列：_、_、_。通过查阅资料，简要写出他们在物理学上的主要贡献各一项：_ _ _ _ _ _ _ _ _答案：伽利略 牛顿 爱因斯坦 伽利略：建立了落体理论；牛顿：发现了万有引力；爱因斯坦：创立了相对论课堂小结概括伽利略对落体运动的研究思路：提出问题合理猜想数学推理实验验证合理外推得出结论布置作业这节课给你最大的启发是什么？我们应该学习伽利略哪些优秀品质？课外讨论，并写成一篇小作文。21 伽利略对落体运动的研究一、亚里士多德为什么在物理问题中总是出错评述亚里士多德的功与过物理教科书上，亚里士多德给同学们的形象不好。他老是出错，请同学们讲一讲，他有哪些错误的结论？“物体下落的快慢是由它的重力决定的，物体越重，下落得越快”“力是维持物体运动的原因，用力推车，车才前进，停止用力，车子就要停下来”。是否觉得亚里士多德实在太不高明，而伽利略则比他伟大千倍。其实这种看法过于偏激，事实上，亚里士多德是古代的一位伟大思想家，一位百科全书式的大学问家，他有着成就事业的理性方法，又有着几乎无所不及的思想成果，是古代科学思想的伟大代表，不仅在哲学、逻辑学方面的成就至今还被应用着，而且对物理学的前期发展是有贡献的。亚里士多德认为，物体永远在运动变化，“运动是永恒的，不能在一个时候曾经存在，在另一个时候不存在”这种运动永恒的观点具有唯物主义思想，包含辩证法的因素，至今仍是积极而有价值的。亚里士多德提出的“自然运动”与“非自然运动”的理论，其中含有静止惯性的思想，在遥远的公元前，已是难能可贵的了。亚里士多德认为地上的物质由土、水、气、火这四种“基本元素”组成；企图从物质本身来说明自然，把科学从宗教与神话中解放出来，这一精神有进步意义，这是人类幼年时代的思想精粹。亚里士多德主张大地是球形的，并列出了一些事实来证明。他说，当月蚀的时候，其被遮挡的部分恰带有球形的形状月蚀的成因乃是地球遮蔽月球之故，因而这就是说，地球表面的球形确定了月球的轮廓：认识到大地是球形，是一个重大的认识飞跃，为后来引力理论的建立作了思想准备。这样一位伟大的学者为什么在物理问题上经常出错？亚里士多德的错误不在于头脑，也不全在于时代，而在于研究方法。亚里士多德对物理的研究是采用“观察加直觉”的方法，他的那些错误结论是靠观察，并依赖直接推理，得出一系列直觉结论。固然，观察与直觉对物理研究是至关重要的。详细的观察和良好的直觉往往导致伟大的发现。然而物理学是一门以实验为基础的学科，所以根据直接观察所得出的直觉结论不是都可靠，有时会将人们引入歧途。如果说伽利略比亚里士多德伟大，就在于伽利略是第一位创造通过实验检验理论推导的科学研究方法的科学家。二、伽利略与自由落体亚里士多德的学说在16世纪仍然如日中天，人人都奉为经典，没有人提出任何的怀疑。亚里士多德关于“自由落体”的学说是：物体自高处自由落下的速度和重力成正比。也就是说，一个十磅重的物体，下坠的速度会比一磅重的物体快十倍。这个学说在大小的外表上看来，似乎非常的合理，而且人人也都相信学说的正确性，教授们严肃地把这个学说教给他们的学生，学生们也都敬谨地接受这个学说，只有伽利略表示怀疑。伽利略曾经亲眼目睹大小不同的冰雹，同时一起掉落到地。根据常识判断，它们似乎是从同一高度一起下坠的，但是按照亚里士多德的学说，较大的冰雹应该先落到地面上，小冰雹再接着掉来，伽利略观察到的并非如此。他做了许多实验，发觉亚里士多德的学说是错误的，他决心指出这项错误。传说有一天，他邀请有关的教授到比萨塔前，拿出一个一百磅的重体，和一个一磅的重体。伽利略问所有的教授们：“假如这两个重体同时自塔顶自由落下，结果如何？”教授们议论纷纷，谁也没有做过这样的实验，没有人敢预料结果如何。以往，他们按亚里士多德的学说照本宣科，从来没有怀疑过。现在，居然有一位二十五岁的青年，提出了要求证据的疑问。结果呢？要是两个重体以非常悬殊的速度坠落地面，教授们可以松一口气，证明亚里士多德的学说是正确的，伽利略将被冠上“说谎者”、“搅局者”的罪名。要是两个重体同时坠落地面？又将如何解释呢？是扬弃