第二章匀变速直线运动的研究2.5伽利略对自由落体运动的研究★教学目标(一)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。(二)过程与方法3.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；4.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。(三)情感态度与价值观5.激发了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6.培养学生耐心细致的意志品质，创新思想和互相协作的精神★教学重点1.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1.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★教学过程设计思路：本文主要目的是带领学生体验经历伽得略对自由落体运动的研究方法，感悟科学探究方法，培养学生勇于敢于向权威挑战，善于观察思考，知难而进的优秀品质。所以我们按照“观察－思考－推理－猜想－验证”这样的科学探究思路引导学生进行学习一、伽利略的探究师：上节课我们学习了一种理想的运动模型：自由落体运动。大家都知道，落体运动是
非常常的，但就一个常的运，人它的了差不多两千年的才得清晰起来。究竟是怎么回事呢？在人史上，最早研究运的要算古希腊学者里士多德了。里士多德通察推断：物体下落快慢由它的量决定。他的一推断符合人的常，以至于其后两千年里，大家都奉典。但到了16世末，意大利比大学的青年学者伽利略里士多德的断生了疑，用自己方法明了里士多德点的并且得出了落体运的律。下面我就随着伽利略的思想一起体他的探究程。1、伽利略的思考：：伽利略通自己的察里士多德的点生了疑，并通推理里士多德的点自相矛盾。你能做到用里士多德的点明里士多德点的？伽利略里士多德的点有自相矛盾的地方。根据里士多德的理，一大石的下落速度要比一小石下落速度大。假定大石的下落速度8，小石的下落速度4，当我把两石拴在一起，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，果，整个系的下落速度介于8和4之。但从另一个角度，两石拴在一起，加起来比大石要重，因此整个系的速度大于8，由同一理得到的相互矛盾，从而使里士多德的理陷入困境。充：“两种新科学的”一中写道：阿（伽氏）：如果把两个自然速率不同的物体在一起，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？辛普利丘（氏）：没有疑，你得。伽氏：但是，如果是的，那么我取一大石，例如它的下落速率八，再取一小石，下落速率四，将它栓在一起，整个系的下落速率小于八；但是，两石栓在一起，要比速率八的石重。因此可以得出，重物体比物体的运速率要小的，个好和你的推相反。氏：我完全被搞糊涂了，⋯⋯在的，完全超出了我的理解力⋯⋯。2、伽利略的猜想先学生会作怎的猜想。伽利略，重物与物下落得同快。他猜想落体运是一种最的速运，物体的速度是均匀化的。但是，速度的化怎才算是均匀的呢？他考了两种可能：一种是速度的化来是均匀的，即v与t成正比；另一种是速度的化
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：伽利略是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的，然后通过难数学推导的结论证明速度与时间成正比的。“伽利略通过实验得到位移与时间的平方成正比的结论”是错误的。3、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越大的定量研究，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。4、合理外推伽利略将他在斜面实验中得出的结论做了合理的外推：设想斜面的倾角越接近900，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900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。二、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。附：课外阅读材料（印发给学生）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量决定的，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”。
是否得里士多德在太不高明，而伽利略比他大千倍。其种看法于偏激，事上，里士多德是古代的一位大思想家，一位百科全式的大学家，他有着成就事的理性方法，又有着几乎无所不及的思想成果，是古代科学思想的大代表，不在哲学、学方面的成就至今被用着，而且物理学的前期展是有献的。①里士多德，物体永在运化，“运是永恒的，不能在一个候曾存在，在另一个候不存在”种运永恒的点具有唯物主思想，包含法的因素，至今仍是极而有价的。里士多德提出的“自然运”与“非自然运”的理。其中含有静止性的思想，在遥的公元前，已是能可的了。②里士多德地上的物由土、水、气、火四种“基本元素”成；企从物本身来明自然，把科学从宗教与神中解放出来，一精神是有步意，是人幼年代的思想精粹。③里士多德主大地是球形的，并列出了一些事来明。他，当月的候，其明的部份恰有球形的形状⋯⋯月的成因乃是由于地球遮蔽月球之故，因而就是，地球表面的球形确定了月球的廓：到大地是球形，是一个重大的，后来引力理的建立作了思想准。一位大的学者什么在物理上常出？里士多德的不在于也不全在于代，而在于研究方法。里士多德物理的研究是采用“察加直”的方法，他的那些是靠察，并依直接推理，得出一系列直。固然，察与直物理研究是至关重要的。的察和良好的直往往致大的。然而物理学是一以基的学科，所以根据直接察所得出的直不是都可靠，有会将人引入歧途。如果伽利略比里士多德大，就在于伽利略是第一位造通理推的科学研究方法的科学家．二、伽利略与自由落体里士多德的学在十六世仍然如日中天，人人都奉典，没有人提出任何的疑。里士多德关于「自由落体」的学是：物体自高自由落下的速度和重量成正比。也就是，一个十磅重的物体，下的速度会比一磅重的物体快十倍。个学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的真确性，教授的把个学教他的学生，学生也都敬的接受个学，只有伽利略表示疑。伽利略曾眼目睹大小不同的冰雹，同一起掉落到地。根据常判断，它似乎
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，小冰雹在接着掉来，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塞塔前，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，他们按亚里斯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？是扬弃奉行多年的亚里士多德学说，接受伽利略实验所证明的事实，还是对伽利略的实验视若无睹？比萨塔的倾斜度可以使坠体不受阻碍，伽利略塔顶大喊：「看清楚了没有？下来了！」两个重体砰然而下，小的重体始终和大的重体并行，而且同时落地。这两个重体的砰然一声，并不表示亚里士多德的学说已经崩溃。因为这一群教授在不想相信一件真实事物的时候，根本不去看一看、摸一摸，无论如何也不愿意承认亚里士多德的学说是错误的。更荒
谬的是他们反而怀疑伽利略为了证实速度相同，而在重体内隐藏了「魔术」。三、评述伽利略的科学研究方法①比萨有座著名的塔，建于1173年。塔高54．6m（179英尺），由于塔基问题，塔身发生倾斜，那正是理想落体实验场所。伽利略为了证明他的论断，他邀请了许多人到斜塔旁观看，有他的支持者，也有他的反对者。伽利略一手拿着1只0．454kg（1磅）重的铅球，另一手拿着一只4．54kg（10磅）重的铅球，一步一步地登上斜塔，那些支持亚里士多德的学者发出“嘘嘘”的嘲笑声，准备看他“失败”的实验。伽利略到了塔顶，向下面人作了手势，叫喊着：“现在请各位注意！”他随即一松手，两只铅球笔直落下。“啪”地一声，两个重量不等的铅球同时落地。②伽利略用实验方法证明亚里士多德的看法是错误的，还用实验证明了力不是维持物体运动而是改变物体运动状态的原因，并根据斜面实验，提出惯性的概念，总结出了惯性定律，自由落体运动定律，相对性原理，发现了单摆等时性原理，用自制的33倍望远镜发现了一系列天文现象。
③伽利略为了确立新的自然研究法──实验法的地位，又同教会的唯心论世界观进行了激烈的斗争，受到罗马宗教法庭的迫害，罚他每星期背诵七篇忏悔圣诗，无限期地监禁在他自己家中。但强权没有迫使伽利略屈服，他在家中写下了《两种科学的对话》，它用实验方法在物理学上打开了人们的眼界。不幸的是这本书出版时，伽利略已双目失明，永远也看不到它了。伟大的物理学家爱因斯坦给了伽利略极高的评价，说“伽利略的发现及他所用的科学推理方法是人类思想史上最伟大的成就之一，而且标志着物理学的真正开端，这个发现告诉我们，根据直接观察所得出的直觉的结论不总是可靠的，因为它们有时会引到错误的线索上去”。这精辟的分析告诉了我们伽利略成功的秘诀和亚里士多德失败的原因。
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