人教版高中物理必修一教案：2.6 伽利略對自由落體運(yùn)動(dòng)的研究

/第五節(jié)伽利略對自由落體運(yùn)動(dòng)的研究教學(xué)目標(biāo)：(一)知識與技能1．了解落體運(yùn)動(dòng)研究的史實(shí),了解邏輯推理的特色．2．理解任何猜測和假說都須要有實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證的重要性．〔二〕過程與方法1．讓學(xué)生初步體會(huì)抽象思維、提出假說、科學(xué)實(shí)驗(yàn)是進(jìn)行科學(xué)研究的重要思路和方法．2．通過史實(shí)了解伽利略研究自由落體規(guī)律的過程,體會(huì)其推理方法的微妙,同時(shí)了解猜測的必要性,感受探究規(guī)律的幾個(gè)必要過程和科學(xué)方法的重要性,了解體會(huì)一些科學(xué)的方法．〔三〕情感態(tài)度與價(jià)值觀1．滲透研究自然規(guī)律的科學(xué)方法．2．通過了解史實(shí)能培養(yǎng)同學(xué)們的意志和科學(xué)的方法觀,防止盲目和急功近利思想,提高自己的認(rèn)識觀．3．經(jīng)歷伽利略對自由落體運(yùn)動(dòng)的研究過程,體驗(yàn)數(shù)學(xué)在研究物理間題中的重要性．體會(huì)人類對客觀世界發(fā)現(xiàn)之旅的樂趣．教學(xué)重點(diǎn)：了解探索過程,明確探索的步驟,同時(shí)了解實(shí)驗(yàn)及科學(xué)的思維方法在探究中的重要作用,從中提煉自己的學(xué)習(xí)方法．教學(xué)難點(diǎn)：“觀念-思考-推理-猜測-驗(yàn)證〞是本節(jié)的重點(diǎn)思路,也是培養(yǎng)良好思維習(xí)慣的重要參考．教學(xué)方法：探究、講授、討論、練習(xí)教學(xué)用具：錄像資料,多媒體課件。教學(xué)過程：〔一〕新課導(dǎo)入師：我們用手拿一個(gè)小球和一張紙片,放開后,小球和紙片從靜止開始下落．我們可以看到,小球先落地,紙片后落地．公元前4世紀(jì),古希臘偉大的思想家、哲學(xué)家亞里士多德(Arestotle)根據(jù)與我們類似的觀察,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2000年,直到16世紀(jì),在意大利的比薩斜塔上,伽利略做了著名的兩個(gè)球同時(shí)落地的實(shí)驗(yàn)．兩個(gè)輕重不同的小球同時(shí)落地的聲音,是那樣的清脆美妙,又是那樣的發(fā)聾振聵!它動(dòng)搖了人們頭腦中的舊觀念,開創(chuàng)了實(shí)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．今天這節(jié)課我們就一起來經(jīng)歷伽利略對自由落體運(yùn)動(dòng)的研究過程,領(lǐng)悟這位大師的科學(xué)精神,物理思想、研究方法,得其精髓,有所借鑒。〔二〕新課教學(xué)1、綿延兩千年的錯(cuò)誤(課件展示)亞里士多智的觀點(diǎn)：物體越重,下落越快．公元前,人們對物體下落的研究很少,憑著觀察認(rèn)為重的物體比輕的物體下落得快．當(dāng)時(shí),著名的思想家亞里士多德(Aristotle,前384一前322)經(jīng)過了觀察和總結(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)和了人們潛意識里的想法,同時(shí),它又是偉大的亞里士多德提出的論斷,人們深信不疑．從那以后,人們判斷物體下落的快慢．甚至給孩子們上課時(shí)一直堅(jiān)持這一觀點(diǎn),這一觀點(diǎn)一直延續(xù)了2000多年,從沒有人對它提出異議．交流與討論：提出問題：為什么會(huì)有錯(cuò)誤的認(rèn)識呢?學(xué)生思考問題,交流體會(huì)．生：錯(cuò)誤認(rèn)識的根源在于不注童探索事物的本質(zhì),思考不求甚解．2、邏輯的力量16世紀(jì)末,意大利比薩大學(xué)的青年學(xué)者佃利略(GalileoGalilei,1564—1642)對亞里士多德的論斷表示了疑心．后來,他在1638年出版的?兩種新科學(xué)的對話,一書中對此作出了評論．根據(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)該小于8：但兩塊石頭捆在一起,總的重力比大石頭還要重,因此整個(gè)系統(tǒng)下落的速度要比8還大．這樣,就從“重物比輕物落得快〞的前提推斷出了互相矛盾的結(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)該下落得同樣快．(傳說伽利略在比薩斜塔上做過落體實(shí)驗(yàn),但后來又被嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目甲C否認(rèn)了．盡管如此,來自世界各地的人們都要前往參觀,他們把這莊古塔看作伽利略的紀(jì)念碑)問題,伽利略是怎樣論證亞里士多德觀點(diǎn)是錯(cuò)誤的?猜測,既然物體下落過程中的運(yùn)動(dòng)情況與物體質(zhì)量無關(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?我們能否猜測是由于空氣阻力的作用造成的呢?如果沒有空氣阻力將會(huì)怎樣呢?學(xué)生討論后答復(fù)．做一做請你用一枝鉛筆和較厚的一本書如圖2—5—1所示,體驗(yàn)伽利略佯謬．3、猜測與假說伽利略認(rèn)為,自由落體是一種最簡單的變速運(yùn)動(dòng)．他設(shè)想,最簡單的變速運(yùn)動(dòng)的速度應(yīng)該是均勻變化的．但是．速度的變化怎樣才算均勻呢?他考慮了兩種可能：一種是速度的變化對時(shí)間來說是均勻的,即經(jīng)過相等的時(shí)間,速度的變化相等,另一種是速度的變化對位移來說是均勻的,即經(jīng)過相等的位移,速度的變化相等．伽利略假設(shè)第一種方式最簡單,并把這種運(yùn)動(dòng)叫做勻變速運(yùn)動(dòng)．4、實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證師：實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證是檢驗(yàn)理論正確與否的唯一標(biāo)準(zhǔn)．任何結(jié)論和猜測都必須經(jīng)過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,否那么不成理論．猜測或假說只有通過驗(yàn)證才會(huì)成為理論．所謂實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證就是任何人,在理論條件下去操作都能到得實(shí)驗(yàn)結(jié)果,它具有任意性,但不是無條件的,實(shí)驗(yàn)是在一定條件下的驗(yàn)證,而與實(shí)際有區(qū)別．(閱讀)(課件投影)伽利略斜面實(shí)驗(yàn)的情況伽利略在?兩種新科學(xué)的對話?中說：“用一塊木料制成長約12庫比特、寬半庫比特,厚三指的板條,在它的上面劃一條比一指略寬的槽．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、光滑并且很圓的鋼球,放在槽中滾動(dòng)．將這個(gè)木槽的一增抬高一到二庫比特,使槽傾斜．就像我要講的那樣把球放在槽頂沿槽滾下,記錄下降的時(shí)間．實(shí)驗(yàn)要重復(fù)幾次,以便使測得的時(shí)間準(zhǔn)確到兩次測定的結(jié)果相差不超過一次脈搏的十分之一,進(jìn)行這樣的操作．肯定了我們的觀察是可靠的以后．將球滾下的距離改為槽長的四分之一,測定滾下的時(shí)間,我們發(fā)現(xiàn)它準(zhǔn)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),把全長用的時(shí)間與全長的二分之一、三分之二,四分之三,或者其他任何分?jǐn)?shù)所用的時(shí)間相比擬,像這樣的實(shí)驗(yàn),我們重復(fù)了整整一百次,結(jié)果總是經(jīng)過的距離與時(shí)間的平方成比例,并且在各種不同坡度下進(jìn)行實(shí)驗(yàn),結(jié)果也都如此……〞討論與交流感受伽利略的探究過程,體會(huì)其科學(xué)方法師：物體做自由落體運(yùn)動(dòng)的速度很快,在當(dāng)時(shí)的實(shí)驗(yàn)條件下,是很難測量其位移和相應(yīng)的時(shí)間,有什么方法可以使物體的速度可以慢一點(diǎn)又能研究勻變建直線運(yùn)動(dòng)的?生：讓小球在傾斜的軌道上滾下．傾角不要太大．師：當(dāng)時(shí)伽利略就是用這個(gè)方法．他設(shè)計(jì)一個(gè)斜面實(shí)驗(yàn),使物體的運(yùn)動(dòng)速度變慢,解決了測量的難題．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)情況．我們也可以模擬這個(gè)四百多年前的實(shí)驗(yàn),感受科學(xué)家的研究方法．播故影片：①用U型材,取長約1．6m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,將小球開始運(yùn)動(dòng)處作出標(biāo)記．②調(diào)整時(shí),啟動(dòng)節(jié)拍器,隨節(jié)拍聲數(shù)敷“3,2,1,0,1．2,3”,將小球在聽到節(jié)拍聲“0③不改變小球下落的初始位置,只要釋放小球的時(shí)刻準(zhǔn)確,在隨后的各節(jié)拍聲響時(shí),在小球經(jīng)過的大體位置上作出標(biāo)記：④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：⑤改變斜槽的傾斜角,重復(fù)實(shí)驗(yàn)屢次：師：伽利略在當(dāng)時(shí)有限的實(shí)驗(yàn)條件研究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擬精確的方法來記錄時(shí)間和位移進(jìn)行研究呢?生1：秒表、刻皮尺．生2：打點(diǎn)計(jì)時(shí)器．生3：頻閃照相機(jī)．師：桌面上就有打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、小車、木板．每兩位同學(xué)為一組．設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn),研究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)表格記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)．學(xué)生活動(dòng)：討論并設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案,5分鐘后進(jìn)行交流。參考方案；1．把小車軌道的一端墊高,呈斜面狀,把打點(diǎn)計(jì)時(shí)器固定在斜面最高點(diǎn)上．紙帶穿過打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的限位孔連在小車的尾部．2．翻開打點(diǎn)計(jì)時(shí)器開關(guān),然后把小車從某一位置由靜止開始釋放,打出一條紙帶．3．從紙帶第一點(diǎn)開始,測量從開始到每一個(gè)點(diǎn)的時(shí)間和位移,并填入表格中．4．改變木板的傾角,把小車從同一位置從靜止開始釋放,并對從打出的紙帶反映的數(shù)據(jù)填入表格中．師：我們已經(jīng)確定了實(shí)驗(yàn)方案,下面進(jìn)行實(shí)驗(yàn)并對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理．學(xué)生活動(dòng),兩人為一組進(jìn)行實(shí)驗(yàn),并對實(shí)驗(yàn)敷據(jù)進(jìn)行處理．師：從得到的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),我們得到什么結(jié)論?生1：同一傾角時(shí),在誤差允許的范圍內(nèi),x1/t12=x2/t22=x3/t32=x4/t42=x5/t52常數(shù)即x∝t2．生2：傾角越大,常數(shù)越大．師：我們得到的結(jié)論,與四百年前伽利略使用簡單儀器得到的結(jié)論完全一致．伽利略根據(jù)斜面結(jié)果出發(fā),認(rèn)為,在初速度為零的勻加速直線運(yùn)動(dòng)中,經(jīng)過的距離正比于時(shí)間的平方,即x/t2的比值恒量,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,x∝t2的關(guān)系仍然成立,此時(shí)x/t2的比值為最大,這時(shí)小球仍然會(huì)保持勻變速直線運(yùn)動(dòng)的性質(zhì)．自由落體運(yùn)動(dòng)是一種特殊的勻變速直線運(yùn)動(dòng)．伽利略將實(shí)驗(yàn)與邏輯思維相聯(lián)系進(jìn)行科學(xué)研究的思想,開辟了一條科學(xué)研究之路．5、伽利略的科學(xué)方法對現(xiàn)象一般觀察一提出猜測一運(yùn)用邏輯推理一實(shí)驗(yàn)對推理驗(yàn)證一對猜測進(jìn)行修證(補(bǔ)充)一推廣應(yīng)用．伽利略的科學(xué)思想方法的核心是把實(shí)驗(yàn)和邏輯推理(包括數(shù)學(xué)推理)和諧地結(jié)合起來．從而有力地推進(jìn)了人類科學(xué)認(rèn)識的開展．課堂訓(xùn)練1．在物理學(xué)的開展歷程中,下面的哪位科學(xué)家首先建立了平均速度、瞬時(shí)速度和加速度等概念用來描述物體的運(yùn)動(dòng)．并首先采用了實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)猜測和假設(shè)的科學(xué)方法,把實(shí)驗(yàn)和邏輯推理和諧地結(jié)合起來,從而有力地推進(jìn)了人類科學(xué)的開展()A．亞里士多穗B.伽利略C.牛頓D．愛因斯坦2．紅孩同學(xué)搖動(dòng)蘋果樹,從同一高度一個(gè)蘋果和一片樹葉同時(shí)從靜止直接落向地面,蘋果：先著地,下面說法中正確的選項(xiàng)是()A.蘋果和樹葉做的都是自由落體運(yùn)動(dòng)B.蘋果和樹葉的運(yùn)動(dòng)都不能看成自由落體運(yùn)動(dòng)C.蘋果的運(yùn)動(dòng)可看成自由落體運(yùn)動(dòng),樹葉的運(yùn)動(dòng)不能看成自由落體運(yùn)動(dòng)D．假設(shè)地球上沒有空氣,那么蘋果和樹葉會(huì)同時(shí)落地3．甲同學(xué)看到乙同學(xué)從10層樓的樓頂同時(shí)由靜止釋放兩個(gè)看上去完全相同的鐵球,結(jié)果甲同學(xué)看到兩球不是同時(shí)落地的．他分析了兩球未能同時(shí)落地的原因．你認(rèn)為他的以下分析哪些是正確的()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(shí)心球,重力遠(yuǎn)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．差異較小參考答案：1．答案：B2．答案：CD3．答案：C解析：兩球