2022年人教版伽利略對(duì)自由落體運(yùn)動(dòng)的研究教案

1、2.6 伽利略對(duì)自由落體運(yùn)動(dòng)的爭(zhēng)論 一、教材分析本節(jié)內(nèi)容屬于一般高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)中共同必需模塊的內(nèi)容,是以往教材所沒(méi)有 的；同學(xué)在學(xué)習(xí)本節(jié)課內(nèi)容之前,已經(jīng)學(xué)習(xí)了自由落體運(yùn)動(dòng)的定義和利用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打出的紙帶來(lái)驗(yàn)證“ 自由落體運(yùn)動(dòng)是初速度為0 的勻加速直線運(yùn)動(dòng)” ；新教材專(zhuān)辟這一節(jié),并無(wú)重復(fù)之嫌； 目的是讓同學(xué)深刻體會(huì)到在當(dāng)時(shí)試驗(yàn)設(shè)備不精確的條件下伽利略如何提出問(wèn)題,遇到什么問(wèn)題,如何突破困難,使同學(xué)身臨其境,領(lǐng)會(huì)其科學(xué)精神,物理思想和爭(zhēng)論方法,對(duì)提高同學(xué)的科學(xué)素養(yǎng)具有重要的意義；二、教學(xué)目標(biāo)（一）教學(xué)目標(biāo)： 1 、明白伽利略對(duì)自由落體運(yùn)動(dòng)的爭(zhēng)論思路和方法； 2 、能夠合理設(shè)計(jì)試驗(yàn),并將試驗(yàn)數(shù)據(jù)用

2、圖線法處理；（二）過(guò)程和方法：1、經(jīng)受伽利略對(duì)自由落體運(yùn)動(dòng)的爭(zhēng)論方法,感悟科學(xué)探究的方法；2、分組進(jìn)行科學(xué)探究活動(dòng),完成試驗(yàn)操作；3、培育同學(xué)進(jìn)行數(shù)學(xué)推理和圖象處理數(shù)據(jù)的才能；（三）情感目標(biāo)：1、激發(fā)了同學(xué)學(xué)習(xí)伽利略敢于向權(quán)威挑戰(zhàn),善于觀看摸索,知難而進(jìn)的優(yōu)秀品質(zhì)；2、培育同學(xué)耐心細(xì)致的意志品質(zhì),創(chuàng)新思想和相互協(xié)作的精神；三、教學(xué)重點(diǎn) 難點(diǎn)1、教學(xué)重點(diǎn)：通過(guò)重現(xiàn)重大發(fā)覺(jué)的歷史過(guò)程, 讓同學(xué)親臨其境探究伽利略對(duì)自由落體運(yùn)動(dòng)爭(zhēng)論的實(shí)驗(yàn),學(xué)習(xí)其科學(xué)思維方法和奇妙的試驗(yàn)構(gòu)思；2、教學(xué)難點(diǎn)：（1）當(dāng)無(wú)法驗(yàn)證自由落體運(yùn)動(dòng)是初速度為零的勻加速直線運(yùn)動(dòng)時(shí),如何引導(dǎo)同學(xué)巧妙設(shè)計(jì)斜面試驗(yàn)間接驗(yàn)證；（2）引導(dǎo)同學(xué)在

3、試驗(yàn)過(guò)程中怎樣進(jìn)行合理猜想、數(shù)學(xué)推理、合理外推等重要方法；四、學(xué)情分析 本節(jié)課內(nèi)容通俗易懂,課前可由同學(xué)自主學(xué)習(xí)；上課時(shí)使同學(xué)融入伽利略的角色,如何指出亞里士多德的規(guī)律錯(cuò)誤,如何提出自己猜想再利用斜面試驗(yàn)間接驗(yàn)證加以外推；老師以公平位置參加爭(zhēng)論,發(fā)表看法；通過(guò)這節(jié)課的探究,培育同學(xué)創(chuàng)新才能,提高其 科學(xué)素養(yǎng)；五、教學(xué)方法 老師啟示、引導(dǎo),同學(xué)閱讀教材,爭(zhēng)論、溝通；六、課前預(yù)備 錄像資料、多媒體課件 七、課時(shí)支配 1 課時(shí) 八、教學(xué)過(guò)程（一）預(yù)習(xí)檢查、總結(jié)疑問(wèn) 1、老師提問(wèn)：我們?cè)谏弦还?jié)課已經(jīng)學(xué)習(xí)了自由落體運(yùn)動(dòng)知道：（1）定義？（物體只在重力作用下從靜止開(kāi)頭下落的運(yùn)動(dòng)）（2）實(shí)質(zhì)？（初速度為 0

4、 的勻加速直線運(yùn)動(dòng)）2、老師指出：紙張比石頭下落得慢是由于空氣阻力的影響,但使人誤以為“ 重物 比輕物下落得快” ；這正是統(tǒng)治了兩千多年的亞里士多德的觀點(diǎn)；（二）情形引入、展現(xiàn)目標(biāo) . 我們可以 我們用手拿一個(gè)小球和一張紙片,放開(kāi)后,小球和紙片從靜止開(kāi)頭下落 看到,小球先落地,紙片后落地 . 公元前 4 世紀(jì),古希臘宏大的思想家、哲學(xué)家亞里士多德（Arestotle）依據(jù)與我 們類(lèi)似的觀看,直接得出結(jié)論：重的物體比輕的物體下落得快 . 亞里士多德的論斷流傳了近2 000 年,直到 16 世紀(jì),在意大利的比薩斜塔上,伽利略做了聞名的兩個(gè)球同時(shí)落地的試驗(yàn) . 兩個(gè)輕重不同的小球同時(shí)落地的聲音,是那

5、樣的悅耳精妙,又是那樣的發(fā)聾振聵！它動(dòng)搖了人們頭腦中的舊觀念,開(kāi)創(chuàng)了試驗(yàn)和科學(xué)推理之先河,將近代物理學(xué)以至近代科學(xué)推上了歷史的舞臺(tái) . 今日這節(jié)課我們就一起來(lái)經(jīng)受伽利略對(duì)自由落體運(yùn)動(dòng)的爭(zhēng)論過(guò)程,領(lǐng)會(huì)這位大師的科學(xué)精神、物理思想、爭(zhēng)論方法,得其精髓,有所借鑒 . （三）合作探究、精講點(diǎn)播一、綿延兩千年的錯(cuò)誤亞里士多德的觀點(diǎn)：物體越重,下落越快 . 公元前,人們對(duì)物體下落的爭(zhēng)論很少, 靠著觀看認(rèn)為重的物體比輕的物體下落得快 .當(dāng)時(shí),聞名的思想家亞里士多德（Aristotle,前 384前 322）經(jīng)過(guò)了觀看和總結(jié)認(rèn)為“ 物體下落的速度與重力成正比”. 這一觀點(diǎn)正好應(yīng)和了人們潛意識(shí)里的想法；同時(shí),它

6、又是宏大的亞里士多德提出的論斷,人們深信不疑 . 從那以后,人們判定物體下落的快慢,甚至給孩子們上課時(shí)始終堅(jiān)持這一觀點(diǎn),這一觀點(diǎn)始終連續(xù)了 2 000 多年,從沒(méi)有人對(duì)它提出異議 . 溝通與爭(zhēng)論：為什么會(huì)有錯(cuò)誤的熟悉呢？錯(cuò)誤熟悉的根源在于不留意探究事物的本質(zhì),摸索不求甚解 . 二、規(guī)律的力氣同學(xué)閱讀：16 世紀(jì)末,意大利比薩高校的青年學(xué)者伽利略（ Galileo Galilei,15641642）對(duì)亞里士多德的論斷表示了懷疑 . 后來(lái),他在 1638 年出版的兩種新科學(xué)的對(duì)話一書(shū)中對(duì)此作出了評(píng)論 . 依據(jù)亞里士多德的論斷,一塊大石頭的下落速度要比一塊小石頭的下落速度大 . 假定大石頭的下落速度

7、為 8,小石頭的下落速度為 4,當(dāng)我們把兩塊石頭捆在一起時(shí),大石頭會(huì)被小石頭拖著而減慢,結(jié)果整個(gè)系統(tǒng)的下落速度應(yīng)當(dāng)小于 8；但兩塊石頭捆在一起,總的重力比大石頭仍要重,因此整個(gè)系統(tǒng)下落的速度要比 8 仍大 . 這樣,就從“ 重物比輕物落得快”的前提推斷出了相互沖突的結(jié)論, 這使亞里士多德的理論陷入了困境 .為了擺脫這種困境,伽利略認(rèn)為只有一種可能性：重物與輕物應(yīng)當(dāng)下落得同樣快 . （傳說(shuō)伽利略在比薩斜塔上做過(guò)落體試驗(yàn),但后來(lái)又被嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目甲C否定了 . 盡管如此,來(lái)自世界各地的人們都要前往參觀,他們把這座古塔看作伽利略的紀(jì)念碑）問(wèn)題：伽利略是怎樣論證亞里士多德觀點(diǎn)是錯(cuò)誤的？猜想：既然物體下落過(guò)程中

8、的運(yùn)動(dòng)情形與物體質(zhì)量無(wú)關(guān),那么為什么在現(xiàn)實(shí)生活中,不同物體的落體運(yùn)動(dòng),下落快慢不同呢？我們能否猜想是由于空氣阻力的作用造成的 呢？假如沒(méi)有空氣阻力將會(huì)怎樣呢？同學(xué)爭(zhēng)論后回答 . 三、猜想與假說(shuō)伽利略認(rèn)為,自由落體是一種最簡(jiǎn)潔的變速運(yùn)動(dòng). 他設(shè)想,最簡(jiǎn)潔的變速運(yùn)動(dòng)的速度應(yīng)當(dāng)是勻稱(chēng)變化的 . 但是,速度的變化怎樣才算勻稱(chēng)呢 .他考慮了兩種可能：一種是速度的變化對(duì)時(shí)間來(lái)說(shuō)是勻稱(chēng)的,即經(jīng)過(guò)相等的時(shí)間,速度的變化相等；另一種是速度的變化對(duì)位移來(lái)說(shuō)是勻稱(chēng)的,即經(jīng)過(guò)相等的位移,速度的變化相等 . 伽利略假設(shè)第一種方式最簡(jiǎn)潔,并把這種運(yùn)動(dòng)叫做勻變速運(yùn)動(dòng) . 四、試驗(yàn)驗(yàn)證試驗(yàn)驗(yàn)證是檢驗(yàn)理論正確與否的唯獨(dú)標(biāo)準(zhǔn).

9、任何結(jié)論和猜想都必需經(jīng)過(guò)試驗(yàn)驗(yàn)證,否就不成理論 . 猜想或假說(shuō)只有通過(guò)驗(yàn)證才會(huì)成為理論 . 所謂試驗(yàn)驗(yàn)證就是任何人, 在理 論條件下去操作都能到得試驗(yàn)結(jié)果,它具有任意性,但不是無(wú)條件的,試驗(yàn)是在肯定條 件下的驗(yàn)證,而與實(shí)際有區(qū)分 . 閱讀：（課件投影）伽利略斜面試驗(yàn)的情形 伽利略在兩種新科學(xué)的對(duì)話中說(shuō)：12 庫(kù)比特、寬半庫(kù)比特、厚三指的板條,在它的上面劃一“ 用一塊木料制成長(zhǎng)約 條比一指略寬的槽,將這個(gè)槽做得很直,打磨得很光滑,在槽上裱一層羊皮紙（也要盡 可能光滑） . 取一個(gè)堅(jiān)硬、光滑并且很圓的銅球,放在槽中滾動(dòng) . 將這個(gè)木槽的一端抬高 一到二庫(kù)比特,使槽傾斜 . 就像我要講的那樣把球放在

10、槽頂沿槽滾下,記錄下降的時(shí)間 .試驗(yàn)要重復(fù)幾次, 以便使測(cè)得的時(shí)間精確到兩次測(cè)定的結(jié)果相差不超過(guò)一次脈搏的非常 之一,進(jìn)行這樣的操作,確定了我們的觀看是牢靠的以后,將球滾下的距離改為槽長(zhǎng)的 四分之一,測(cè)定滾下的時(shí)間,我們發(fā)覺(jué)它精確地等于前者的一半 . 下一步,我們用另一 些距離進(jìn)行試驗(yàn),把全長(zhǎng)用的時(shí)間與全長(zhǎng)的二分之一、三分之二、四分之三,或者其他 任何分?jǐn)?shù)所用的時(shí)間相比較,像這樣的試驗(yàn),我們重復(fù)了整整一百次,結(jié)果總是經(jīng)過(guò)的 距離與時(shí)間的平方成比例,并且在各種不同坡度下進(jìn)行試驗(yàn),結(jié)果也都如此 ”爭(zhēng)論與溝通：感受伽利略的探究過(guò)程,體會(huì)其科學(xué)方法 物體做自由落體運(yùn)動(dòng)的速度很快,在當(dāng)時(shí)的試驗(yàn)條件下,是

11、很難測(cè)量其位移和相應(yīng) 的時(shí)間,有什么方法可以使物體的速度可以慢一點(diǎn)又能爭(zhēng)論勻變速直線運(yùn)動(dòng)的？讓小球在傾斜的軌道上滾下,傾角不要太大可以嗎？當(dāng)時(shí)伽利略就是用這個(gè)方法. 他設(shè)計(jì)一個(gè)斜面試驗(yàn),使物體的運(yùn)動(dòng)速度變慢,解決了測(cè)量的難題 . 伽利略在一塊木板上刻出一道直槽,槽內(nèi)貼上羊皮紙使之平滑,用自制的水鐘測(cè)量時(shí)間,探究一個(gè)光滑黃銅小球沿傾斜直槽滑下時(shí)的運(yùn)動(dòng)情形 . 我們也可以模擬這個(gè)四百多年前的試驗(yàn),感受科學(xué)家的爭(zhēng)論方法 . 播放影片：用 形鋁型材,取長(zhǎng)約 1.6 的一段為導(dǎo)軌,以節(jié)拍器為計(jì)時(shí)器 . 將導(dǎo)軌一端墊高,呈斜面狀,將小球開(kāi)頭運(yùn)動(dòng)處作出標(biāo)記 . 調(diào)整時(shí),啟動(dòng)節(jié)拍器,隨節(jié)拍聲數(shù)數(shù)“3,2,1,

12、0,1,2,3”,將小球在聽(tīng)到節(jié)拍聲“0” 時(shí)從原點(diǎn)釋放 . 一邊隨節(jié)拍聲數(shù)數(shù),一邊用手次序指出當(dāng)節(jié)拍器響時(shí),小球大 致的位置 . 不轉(zhuǎn)變小球下落的初始位置, 只要釋放小球的時(shí)刻精確, 在隨后的各節(jié)拍聲響時(shí),在小球經(jīng)過(guò)的大體位置上作出標(biāo)記；從標(biāo)尺上讀出各標(biāo)記到起始位置的間隔距離,并填入表格中；轉(zhuǎn)變斜槽的傾斜角,重復(fù)試驗(yàn)多次；伽利略在當(dāng)時(shí)有限的試驗(yàn)條件爭(zhēng)論出初速度為零的勻加速直線運(yùn)動(dòng)中位移和時(shí)間 的關(guān)系 . 現(xiàn)在我們可以用什么儀器比較精確的方法來(lái)記錄時(shí)間和位移進(jìn)行爭(zhēng)論呢？桌面上有打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、小車(chē)、木板,每?jī)晌煌瑢W(xué)為一組,設(shè)計(jì)試驗(yàn),爭(zhēng)論初速度為 零的勻加速直線運(yùn)動(dòng)的位移和時(shí)間的關(guān)系,并設(shè)計(jì)表格記錄

13、試驗(yàn)數(shù)據(jù) . 同學(xué)活動(dòng)：爭(zhēng)論并設(shè)計(jì)試驗(yàn)方案,參考方案：時(shí) 間（s）5 分鐘后進(jìn)行溝通 . 位移（ cm）0.02 0.04 0.06 0.08 傾角 304560 1. 把小車(chē)軌道的一端墊高,呈斜面狀,把打點(diǎn)計(jì)時(shí)器固定在斜面最高點(diǎn)上,紙帶穿過(guò)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的限位孔連在小車(chē)的尾部. . . 2. 打開(kāi)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器開(kāi)關(guān),然后把小車(chē)從某一位置由靜止開(kāi)頭釋放,打出一條紙帶3. 從紙帶第一點(diǎn)開(kāi)頭,測(cè)量從開(kāi)頭到每一個(gè)點(diǎn)的時(shí)間和位移,并填入表格中4. 轉(zhuǎn)變木板的傾角,把小車(chē)從同一位置從靜止開(kāi)頭釋放,并對(duì)從打出的紙帶反映的 數(shù)據(jù)填入表格中 . 我們已經(jīng)確定了試驗(yàn)方案,下面進(jìn)行試驗(yàn)并對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理 . 同學(xué)活動(dòng)：

14、兩人為一組進(jìn)行試驗(yàn),并對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理 . 從得到的試驗(yàn)數(shù)據(jù),我們得到什么結(jié)論？1、同一傾角時(shí),在誤差答應(yīng)的范疇內(nèi),x 1x 2x3x4=x5=常數(shù)t 12t22t 32t42t 52即xt2. 2、傾角越大,常數(shù)越大 . 我們得到的結(jié)論,與四百年前伽利略使用簡(jiǎn)潔儀器得到的結(jié)論完全一樣 . 伽利略依據(jù)斜面結(jié)果動(dòng)身,認(rèn)為：在初速度為零的勻加速直線運(yùn)動(dòng)中,經(jīng)過(guò)的距離正比于時(shí)間的平方, 即 x =恒量,恒量的數(shù)值隨著斜面傾角增大而增大 . 當(dāng)斜面傾角增大 2t 到 90 ,即斜面與地面垂直時(shí),小球?qū)⒆杂上侣?成為自由落體,xt 2 的關(guān)系仍舊成立,此時(shí) x 的比值為最大, 這時(shí)小球仍舊會(huì)保持勻變速

15、直線運(yùn)動(dòng)的性質(zhì),自由落體運(yùn)動(dòng) 2t 是一種特別的勻變速直線運(yùn)動(dòng) . 伽利略將試驗(yàn)與規(guī)律思維相聯(lián)系進(jìn)行科學(xué)爭(zhēng)論的思想,開(kāi)創(chuàng)了一條科學(xué)爭(zhēng)論之路 . 五、伽利略的科學(xué)方法 對(duì)現(xiàn)象一般觀看提出猜想運(yùn)用規(guī)律推理試驗(yàn)對(duì)推理驗(yàn)證對(duì)猜想進(jìn)行修證（補(bǔ)充）推廣應(yīng)用 . 伽利略的科學(xué)思想方法的核心是把試驗(yàn)和規(guī)律推理（包括數(shù)學(xué)推理）和諧地結(jié)合起 來(lái),從而有力地推動(dòng)了人類(lèi)科學(xué)熟悉的進(jìn)展 . （四）、反思總結(jié)、當(dāng)堂檢測(cè) 老師組織同學(xué)反思總結(jié)本節(jié)課的主要內(nèi)容,并進(jìn)行當(dāng)堂檢測(cè)（五）、發(fā)導(dǎo)學(xué)案、布置作業(yè)這節(jié)課著重分析科學(xué)家是如何設(shè)計(jì)試驗(yàn),給你最大的啟示是什么？我們應(yīng)當(dāng)學(xué)習(xí)伽利略哪些優(yōu)秀品質(zhì)？課外爭(zhēng)論,并寫(xiě)成一篇小作文；九、板書(shū)設(shè)計(jì) 1、綿延兩千年的錯(cuò)誤 2、規(guī)律的力氣 3、猜想與假說(shuō)