伽利略对自由落体运动的研究

《伽利略对自由落体运动的研究》教案
高一物理组：陈菊波
一、教材分析
本节课的突出特点是重视科学研究的过程和方法，例如用反证法使来里士多德的观点自相矛盾，用猜想与假说，数学推理，实验验证，合理外推的科学方法研究自由落体运动的规律。

二、学情分析
1、学生已有知识
通过本章前几节的学习，学生已经知道了匀变速直线运动的基本规律和研究方法，会利用规律分析和解决一些简单的运动的问题。

2、学生欠缺之处
对于物理规律的发展并没有太多的了解，不知道一些简单的物理规律在以前是怎样被总结出来的。

在思考物理现象时，还是比较容易受主观经验的影响，对物理规律有所怀疑或还没形成物理思维。

对物理问题的思考缺少严密的推理。

三、教学目标
1、知识与技能
(1)初步了解近代实验科学产生的背景，认识实验对物理学发展的推动作用；
(2)了解两位伟大科学家的生平和主要经历；
(3)知道伽利略对自由落体运动的研究方法。

2、过程与方法
(1)学会自己查找资料学习物理学史的方法；
(2)通过伽利略对自由落体运动现象的研究体验科学的研究方法；
3、情感态度与价值观
(1)学习科学家们对知识敢于质疑的勇气；
(2)学习科学家们科学研究的执著精神；
(3)通过学生自己查找资料，提高学生对物理学的兴趣；
(4)通过对亚里士多德和伽利略的了解，认识到科学的探索是一个漫长的过程，需
要几代人的不懈努力；
四、教学重点、难点
重点：伽利略对落体问题的逻辑推理。

教学策略：通过观察、思考、讨论
难点：伽利略的验证性实验的设计；伽利略的理想外推。

教学策略：通过问题的讨论，在原有认知水平上进一步深化拓宽，达到认知的螺旋上升，攻克难点。

五、教学资源 : 斜面；小球；砖头；秒表；刻度尺。

六、课时安排：1课时
七、教学过程
复习导入新课
上一节课学习了自由落体运动，什么是自由落体运动?自由落体运动有哪些规律?
学生回忆并回答．
物体的下落快慢和重力没有关系的结论在今天看来似乎并不难以接受．但这个结论却是伽利略在经历了长时间的思考和实践后才得出的．今天我们就要一起来回顾伽利略的研究过程。

推进新课
(一)、绵延两千年的错误
人们日常生活的经验告诉我们，重的物体下落总是比较快．比如：树上的一个苹果和一片树叶同时从树上同一高度掉下来，一定是苹果先落地：所以在16世纪以前，以亚里士多德为代表的学者认为物体下落的快慢由物体的重力决定，物体越重下落越快．由于亚里士多德在各方面的突出成就，人们将他的观点奉为经典，当时的教科书上这样写，众多学者也认同．虽然也有人表示怀疑，但由于教会利用他的结论，进行神化处理，所以大家都不敢对这一观点发出公开的质疑．
直到文艺复兴时期，才由伽利略通过推理的方法研究下落运动的规律并发表．之后伽利略也由于他的著作而受到教会的迫害，被判处终身监禁，著作也被列为禁书．
点评：通过讲述以上内容使学生明白科学发展的道路并不是一帆风顺的，但科学终究要向前发展．培养学生敢于追求真理的无畏精神．
问题探究
1．伽利略是怎么推翻亚里士多德的结论并建立自己的理论的呢?
2．通过探究该问题，培养学生探求知识的能力，体会伽利略有关实验的科学思想和方法．
3．学生根据课本提供的内容和事先查阅的资料分组讨论，小组推选一位同学发表讨论结果．
教师总结：伽利略通过四个环节推翻了亚里士多德的结论并建立自己的理论．
1．展示图片和资料．
2．课件模拟不同倾角的斜面实验．
3．钱羽管(牛顿管)演示实验．’
( 二)、逻辑的力量
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：没有空气阻力将会怎样呢?‘学生讨论后回答．
(三)、猜想与假说
展示课件，提出问题：
1．伽利略研究落体运动首先应解决的问题是什么?
2．伽利略作了怎样的猜想?
学生阅读课文，思考问题，小组讨论，选代表回答。

首先定义匀速运动，表明时间与通过的空间的比例关系．然后再定义匀加速运动，用于表述时间与速度的关系．但在没有进行数学推导和实验研究之前，他对匀加速运动的认识十分模糊．
设想有两个:一个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 X与T 成正比．
后来发现，如果 X与 T成正比，将推导出荒谬的结论．所以伽利略的精力集中在与成正比的研究上．
(四)、伽利略猜想的实验验证
猜想毕竟是猜想，是否正确，是否具有指导意义，还需要验证．
展示问题：伽利略遇到了什么困难?如何解决的?
(学生仔细阅读后讨论，得出)
1．困难之一：无法测量瞬时速度．
解决方案：借助于数学推理得出从静止开始做匀加速直线运动的物体，通过的位移与时间的平方成正比．
2．困难之二：没有准确的计时工具，无法测定像自由落体这样较短的时间．解决方案：设计了著名的“冲淡重力”的斜面实验．
经过多次实验发现，虽然不断改变斜面的倾斜度，但得到的结果有共同点：小球经过的距离的比值等于经过这些距离对应所用时间间隔的平方之比．伽利略在这个基础上进行合理外推，当倾角增大到90度时，实验结论仍应成立，此即竖直落体运动．至此，伽利略就完成了对自由落体这动的研究．
虽然当时伽利略已经意识到空气的阻力将影响物体的下落，但是由于科学发展和仪器设备的限制，当时仍然没有办法用实验手段得到真空，所以并不能真正地完成一个自由落体
问题：伽利略是怎样建立自己的理论的呢？
学生思考．回答：伽利略通过四个环节推翻了亚里士多德的结论并建立自己的理论．
1．运用推理方法，使亚里士多德的结论陷入矛盾中．
2．运用理想模型，猜想落体运动的规律．
3．运用数学方法，推导自由落体运动的数学表达式以及可以直接测定的物理量之间的函数关系．
4．运用实验方法，对自由落体运动定律进行实验验证．
(五)、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方法．请同学们总结本节内容，归纳这种科学方法．
同学讨论归纳：对现象的一般观察一提出假设一运用逻辑得出推论一实验进行检验一对假设进行修正和推广……
板书设计
6.2 伽利略对自由落体运动的研究
认识两位科学家。

亚里士多德VS 伽利略
伽利略的科学方法。

①观察现象（提出问题：重的物体下落快？）
②提出假设（v~t）
③逻辑（数学）推理得出推论（S~t2）。

④对推论验证（斜面实验）。

⑤对假说修正和推广（把斜面倾角增加至90度）。

课堂小结
伽利略运用最大胆的思辨弥补了经验材料之间的空隙，伽利略的方法是理论和实验相结合的方法。

通过解决此问题体验探索自然规律的艰辛和喜悦，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，帮助学生树立起辩证唯物主义的认识论．
而且伽利略不迷信权威，对待问题勤于思考，敢于提出问题、挑战权威，不畏强权的精神也是我们应为之喝彩并学习的．。