第五节伽利略对自由落体运动的研究教案三维目标知识与技能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和价值观1．渗透研究自然规律的科学方法2．通过了解史实能培养学生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问题中的重要性，体会人类对客观世界发现之旅的乐趣教学重点了解探索过程，明确探索的步骤，同时了解实验和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“观念—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具准备录象资料，多媒体课件课时安排1课时教学过程（新课引入）师：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，哲学家亚里士多德根据与我们类似的观察，直接得出结论：重的物体比轻的物体下落得快。亚里士多德的论断流传了近2000年，直到16世纪，在意大利的比萨斜塔上，伽利略做了著名的两个球同时落地的实验，两个轻重不同的小球同时落地的声音，是那样的清脆美妙，又是那样的发聋振聩！它动摇了人们头脑中的旧观念，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（课间展示）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，著名的思想家亚里士多德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2000多年，从没有人对它提出异议。（交流与讨论）提出问题：为什么会有错误的认识呢？学生思考问题，交流体会。二、逻辑的力量学生阅读：书本3-4自然段问题：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？如果没有空气阻力将会怎样呢？学生讨论后回答。三、猜想与假说伽利略认为，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，速度的变化怎样才算是均匀呢？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，即经过相等的唯一，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、实验验证师：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，早理论条件下去操作都能得到实验结果，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。（课件投影）伽利略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，宽半比特，厚三指的板条，在它的上面划一条比一条略宽的槽，将这个槽做得很直，打磨得很光滑，在槽上裱一层羊皮纸，取一个坚硬，光滑并且很圆的铜球，放在槽上滚动，将这个槽的一端抬高到二库比特，使槽倾斜。就象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，测得滚下的时间，我们发现它准确的等于前者的一半。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较，象这样的实验，我们整整重复了一百次，结果总是经过的距离与时间的平方成正比，并且在各种不同坡度下进行实验，结果也都如此。”（讨论与交流）感受伽利略的探究过程，体会其科学方法师：物体做自由落体运动的速度很快，在当时的实验条件下，是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可以慢一点又能研究匀变速直线运动的？学生思考讨论回答。
师：当时伽利略用的就是这个方法，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。师：伽利略在当时有限的实验条件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？师：桌面上有打点计时器，小车，木板，每两位同学为一组，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。学生活动：讨论并设计实验方案，5分钟后进行交流。参考方案：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．打开打点计时器的开关，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，把小车从同一位置从静止开始释放，并对从打出的纸带反映的数据填入表格中。师：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。学生活动：两人为一组进行实验，并对实验数据进行处理。师：从得到的数据，我们得到什么结论？师：我们得到的结论，与四百年前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x/t2=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90o，即斜面与地面垂直时，小球将自由下落，成为自由落体，关系仍成立，此时其比值将为最大，这时，小球仍然会保持匀变速直线运动的性质，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。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—对猜想进行修正—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，从而有力地推进了人类科学认识的发展。（课堂训练）1．在物理学的发展历程中，下面的哪位科学家首先建立了平均速度，瞬时速度和加速度等概念用来描述物体的运动，并首先采用了实验检验猜想和假设的科学方法，把实验和逻辑推理和谐地结合起来，从而有力地推进了人类科学的发展…………………………（ ）Ａ，亚里士多德 Ｂ，伽利略 Ｃ，牛顿 Ｄ，爱因斯坦２．某同学摇动苹果树，从同一高度一个苹果和一片树叶同时从静止直接落向地面，苹果先落地，下列说法正确的是……………………………………（ ）Ａ，苹果和树叶做的都是自由落体运动Ｂ，苹果和树叶做的都不能看成是自由落体运动Ｃ，苹果能看成是自由落体运动，树叶不能看成是自由落体运动Ｄ，假如地球上没有空气，则苹果和树叶同时落地３．甲同学看到乙同学从１０层楼的楼顶同时静止释放两个看上去完全相同的铁球，但不是同时落地的，他分析了两球未能同时落地的原因，下列分析哪些是正确的…………（ ）Ａ，两球下落过程中受到的空气阻力不同，先落地的受空气阻力小Ｂ，两球下落过程中受到的空气阻力不同，先落地的受空气阻力大Ｃ，两球下落过程中受到的空气阻力相同，先落地的是实心球，重力远大于阻力Ｄ，两球下落过程中受到的空气阻力相同，先落地的是空心球，阻力与重力相比，差别较小
参考答案：１，Ｂ ２，ＣＤ ３，Ｃ（小结）通过这节课的学习，我们从伽利略对落体运动的研究上，学习他的观察思考等科学方法，为我们下一步的探究打下基础，不能盲目，也不能惧怕困难，要用科学的方法指导我们。（布置作业）１．一个铁钉与一个小棉花同时从同一高度下落，总是铁钉先落地，因为………（ ）Ａ．铁钉比棉花重Ｂ．铁钉比棉花密度大Ｃ．棉花团受到的空气阻力大Ｄ．铁钉的重力加速度比棉花大２．下列各图象，能正确反映自由落体运动规律的是………………………………（）ABCD3．伽利略的自由落体实验和加速度实验均被成为最完美的实验，在加速度实验中，伽利略将光滑板倾斜固定，让铜球从木槽顶端沿斜面，由静止滑下，并测定每次下滑的时间，研究铜球运动路程和时间的关系。亚里士多德曾预言铜球的运动速度是均匀不变的，伽利略却证明铜球的运动路程和时间的平方成正比，将亚里士多德的预言和伽利略的结论分别用公式表示出来（其中路程s,速度v，加速度a，时间t）。亚里士多德预言______________________；伽利略的结论：______________________________。伽利略的两个实验之所以成功,主要原因是自由落体运动实验中,忽略了_________,抓住了______________这一主要因素.在加速度实验中,伽利略选用光滑直板槽和铜球进行实验研究铜球运动,是为了减小铜球运动过程中的___________,同时抓住了______________这一主要因素.4.某物体从塔顶自由落下,在最初1s内通过的位移为x1,最后ts内通过的位移为x2,且x2-x1=80m,x2=2x1,求塔的高度.(g=10m/s2)5.两个物体从不同高度落下,甲落地的时间是2s,乙落地的时间是1s.若甲,乙两物体同时落地,那么乙开始下落时,甲距地面多高处?(g=9.8m/s2)
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