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1、第二章 匀变速直线运动的研究6 伽利略对自由落体运动的研究【课前准备】【课型】新授课 【课时】1课时【教学目标】知识与技能 1了解落体运动研究的史实，了解逻辑推理的特色。 2理解任何猜想和假说都必须要有实验验证的重要性。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通过史实了解伽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，感受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通过了解史实来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
2、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 了解探索过程，明确探索的步骤，同时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 “观察思考推理猜想验证”是本节的重点思路，也是培养良好思维习惯的重要参考。教学方法：探究、讲授、讨论 【教学过程】 【新课导入】 我们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。 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
3、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，意大利的伽利略纠正了亚里士多德的错误，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【展示】亚里士多德的观点：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，著名学者亚里士多德(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
4、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。【提问】为什么会有错误的认识呢？【回答】错误认识的根源在于不注重探索事物的本质，思考不够深入。二、逻辑的力量【阅读】16世纪末，意大利比萨大学的青年学者伽利略(Galileo Galilei，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
5、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而减慢，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。伽利略所用的这种方法叫做归谬法。归谬法是演绎反驳中经常使用的逻辑方法。归谬法就是先假定对方的命题是正确的，然后从此出发进行合乎逻辑的的推理，最后导致荒谬的结论，从而达到反驳对方的目的。归谬法在物理学研究中有着十分普遍的应用。传说伽利略在比萨斜塔上做过
6、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，他们把这座古塔看做伽利略的纪念碑。【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？ 【提示】现实生活中，由于物体下落时所受空气阻力不同，下落快慢也不同。如果没有空气阻力，物体下落的快慢就会一样了。【做一做】请你用一枝铅笔和较厚的一本书如图所示，体验伽利略归谬法。三、猜想与假说【讲授】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
7、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【讲授】实验验证是检验理论正确与否的唯一标准。任何结论和猜想都必须经过实验验证，否则不成理论。猜想或假说只有通过验证才会成为理论。所谓实验验证就是任何人，在理论条件下去操作都能到得实验结果，它具有任意性，但不是无条件的，实验是在一定条件下的验证，而与实际有区别。【阅读】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
8、、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，测定滚下的时间，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
9、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”【提问】物体做自由落体运动的速度很快，在当时的实验条件下，很难测量其位移和相应的时间，有什么方法可以使物体的速度变慢一点又能研究匀变速直线运动？【回答】当时伽利略使用的办法是让小球在倾斜的轨道上滚下，倾角不要太大。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。我们也可以模拟这个四百多年前的实验，感受科学家的研究方法。 【提问】伽利略在当
10、时有限的实验条件下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仪器比较精确的方法来记录时间和位移进行研究呢？ 【回答】秒表，刻度尺；打点计时器；频闪照相机。【实验】利用打点计时器、小车、木板，设计实验，研究初速度为零的匀加速直线运动的位移和时间的关系，并设计表格记录实验数据。 【实验步骤】1把小车轨道的一端垫高，呈斜面状，把打点计时器固定在斜面最高点上。纸带穿过打点计时器的限位孔连在小车的尾部。2打开打点计时器开关，然后把小车从某一位置由静止开始释放，打出一条纸带。3从纸带第一个点开始，测量从开始到每一个点的时间和位移，并填入表格中。4改变木板的倾角，把小车从同一位置
11、从静止开始释放，并把从打出的纸带上反映出来的数据填入表格中。 【数据处理】我们已经确定了实验方案，下面进行实验并对实验数据进行处理。 【提问】从得到的实验数据，我们得到什么结论？ 【回答】同一倾角时，在误差允许的范围内，即xt2。倾角越大，常数越大。 【小结】我们得到的结论，与四百年伽利略使用简单仪器得到的结论完全一致。 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，即是恒量，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，此时的比值为最大，这时小球仍然会保持匀变速直线运动
12、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。【阅读】 物理学家曾经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入选。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，科学的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。五、伽利略的科学方法 对现象一般观察提出猜想运用逻辑推理实验对推理验证对猜想进行修证(补充)推广应用。 伽利略的科学思想方法的核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。 【课堂小结】 通
13、过这节课的学习，我们从伽利略对落体的研究上，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。【板书设计】6 伽利略对自由落体运动的研究一、绵延两千年的错误亚里士多德的观点：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，即是恒量，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 对现象一般观察提出猜想运用逻辑推理实验对推理验证对猜想进行修证(补充)推广应用。【教学后记】6
