2.4 自由落体运动 教案-高中物理人教版必修第一册

伽利略对自由落体运动的研究必修一26伽利略对自由落体运动的研究一、教材分析本节内容属于《普通高中物理程标准》中共同必须模块Ⅰ 伽利略对自由落体运动的研究必修一26伽利略对自由落体运动的研究一、教材分析本节内容属于《普通高中物理程标准》中共同必须模块Ⅰ 伽利略对自由落体运动的研究必修一26伽利略对自由落体运动的研究一、教材分析本节内容属于《普通高中物理程标准》中共同必须模块Ⅰ 伽利略对自由落体运动的研究必修一26伽利略对自由落体运动的研究一、教材分析本节内容属于《普通高中物理程标准》中共同必须模块Ⅰ 的内容，是以往教材所没有的。学生在学习本节内容之前，已经学习了自由落体运动的定义和利用打点计时器打出的纸带验证“自由落体运动是初速度为0的匀加速直线运动”。新教材专辟这一节，并无重复之嫌。目的是让学生深刻体会到在当时实验设备不精确的条下伽利略如何提出问题，遇到什么问题，如何突破困难，使学生身临其境，领悟其科学精神，物理思想和研究方法，对提高学生的科学素养具有重要的意义。二、教学目标（一）教学目标：1、了解伽利略对自由落体运动的研究思路和方法；2、能够合理设计实验，并将实验数据用图线法处理。（二）过程和方法：1、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；2、分组进行科学探究活动，完成实验操作；3、培养学生进行数学推理和图象处理数据的能力。（三）情感目标：1、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；2、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。三、教学重点难点1、教学重点：通过重现重大发现的历史过程，让学生亲临其境探究伽利略对自由落体运动研究的实验，学习其科学思维方法和巧妙的实验构思。2、教学难点：（1）当无法验证自由落体运动是初速度为零的匀加速直线运动时，如何引导学生巧妙设计斜面实验间接验证；（2）引导学生在实验过程中怎样进行合理猜想、数学推理、合理外推等重要方法。四、学情分析本节内容通俗易懂，前可由学生自主学习。上时使学生融入伽利略的角色，如何指出亚里士多德的逻辑错误，如何提出自己猜想再利用斜面实验间接验证加以外推。教师以平等地位参与讨论，发表意见。通过这节的探究，培养学生创新能力，提高其科学素养。五、教学方法 教师启发、引导，学生阅读教材，讨论、交流。六、前准备录像资料、多媒体七、时安排1时八、教学过程（一）预习检查、总结疑惑1、教师提问：我们在上一节已经学习了自由落体运动知道：（1）定义？（物体只在重力作用下从静止开始下落的运动）（2）实质？（初速度为0的匀加速直线运动）2、教师指出：纸张比石头下落得慢是由于空气阻力的影响，但使人误以为“重物比轻物下落得快”。这正是统治了两千多年的亚里士多德的观点。（二）情景引入、展示目标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（Aresttle）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2 000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我们就一起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（三）合作探究、精讲点播一、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（Aristtle，前384～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：为什么会有错误的认识呢？错误认识的根在于不注意探索事物的本质，思考不求甚解二、逻辑的力量学生阅读：16世纪末，意大利比萨大学的青年学者伽利略（Galile Galilei，164～1642）对亚里士多德的论断表示了怀疑后，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（传说伽利略在比萨斜塔上做过落体实验，但后又被严谨的考证否定了尽管如此，自世界各地的人们都要前往参观，他们把这座古塔看作伽利略的纪念碑）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均匀呢?他考虑了两种可能：一种是速度的变化对时间说是均匀的，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，在理论条下去操作都能到得实验结果，它具有任意性，但不是无条的，实验是在一定条下的验证，而与实际有区别阅读：（投影）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、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、光滑并且很圆的铜球，放在槽中滚动将这个木槽的一端抬高一到二库比特，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……”讨论与交流：感受伽利略的探究过程，体会其科学方法物体做自由落体运动的速度很快，在当时的实验条下，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？让小球在倾斜的轨道上滚下，倾角不要太大可以吗？当时伽利略就是用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播放影片：①用形铝型材，取长约16ｍ的一段为导轨，以节拍器为计时器将导轨一端垫高，呈斜面状，将小球开始运动处作出标记②调整时，启动节拍器，随节拍声数数“3，2，1，0，1，2，3”，将小球在听到节拍声“0”时从原点释放一边随节拍声数数，一边用手顺序指出当节拍器响时，小球大致的位置③不改变小球下落的初始位置，只要释放小球的时刻准确，在随后的各节拍声响时，在小球经过的大体位置上作出标记；④从标尺上读出各标记到起始位置的间隔距离，并填入表格中；⑤ 改变斜槽的倾斜角，重复实验多次；伽利略在当时有限的实验条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记录时间和位移进行研究呢？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，分钟后进行交流参考方案：时间（s）位移（）倾角002004006008……30°4°60°……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从得到的实验数据，我们得到什么结论？1、同一倾角时，在误差允许的范围内，＝= =常数即x∝t22、倾角越大，常数越大我们得到的结论，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=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，x∝t2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，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，从而有力地推进了人类科学认识的发展（四）、反思总结、当堂检测 教师组织学生反思总结本节的主要内容，并进行当堂检测（五）、发导学案、布置作业这节着重分析科学家是如何设计实验，给你最大的启发是什么？我们应该学习伽利略哪些优秀品质？外讨论，并写成一篇小作。九、板书设计1、绵延两千年的错误2、逻辑的力量3、猜想与假说4、实验验证、伽利略的科学方法十、教学反思本节主要由两部分组成：对科学家的了解；对伽利略科学方法的学习．这两个方面主要是由学生通过查资料、预习，在老师的引导下，以学生为主体，进行学习的。知识讲授的同时，给学生介绍物理学家、讲授物理学史．不仅让他们了解物理学家的工作，物理科学的发展过程，更重要的是通过了解科学发展的曲折性，以此撼动学生的心，让他们从中获得启迪。在后面的教学过程中争取设计的更科学，更有利于学生的学习，也希望大家提出宝贵意见，共同完善，共同进步!学校：临清一中学科：物理编写人：刘新婷审稿人：屈迎珍必修一26伽利略对自由落体运动的研究 前预习学案一、预习目标了解落体运动研究的史实，了解逻辑推理的特色，理解任何猜想和假说都须要有实验验证的重要性。二、预习内容对于落体运动，自古以许多人都研究过。本节介绍落体运动的研究历史，主要是介绍伽利略对自由落体运动的研究过程和他的科学思维方法。要通过自主学习，独立的思考、归纳和总结，提出自己的看法与体会。三、提出疑惑同学们，通过你的自主学习，你还有哪些疑惑，请把它填在下面的表格中疑惑点疑惑内容内探究学案一、学习目标通过重现重大发现的历史过程，亲临其境探究伽利略对自由落体运动研究的实验，学习其科学思维方法和巧妙的实验构思。二、学习过程（一）、绵延两千年的错误亚里士多德的观点：物体越重，下落越快交流与讨论：为什么会有错误的认识呢？（二）、逻辑的力量伽利略是怎样论证亚里士多德观点是错误的？（三）、猜想与假说（四）、实验验证阅读：伽利略斜面实验的情况讨论与交流：感受伽利略的探究过程，体会其科学方法设计实验：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（五）、伽利略的科学方法三、反思总结 伽利略的科学方法。①问题的提出。②提出假设，逻辑推理。③利用数学和逻辑进行推理，然后实验验证。④对假说进行修正和推广。四当堂检测1．某物体从某一较高处自由下落，第1s内的位移是_______，第2s末的速度是______/s，前3s内的平均速度是_________/s（g取10/s2）。,20,12．小球做自由落体运动，它在前ns内通过的位移与前（n+1）s内通过的位移之比是_____________。n2/(n+1)23．一物体从高处A点自由下落，经B点到达点，已知B点的速度是点速度的3/4，B间距离是7，则A间距离是__________（g取10/s2）。164．一物体从高H处自由下落，当其下落x时，物体的速度恰好是着地时速度的一半，由它下落的位移x=__________H/4．关于自由落体运动的加速度g,下列说法中正确的是(B )A．重的物体的g值大B．同一地点,轻重物体的g值一样大．g值在地球上任何地方都一样大D．g值在赤道处大于在北极处6．一个铁钉与一个小棉花团同时从同一高处下落,总是铁钉先落地,这是因为()A．铁钉比棉花团重B．铁钉比棉花团密度大．棉花团的加速度比重力加速度小得多D．铁钉的重力加速度比棉花团的大7．甲物体的重力是乙物体重力的3倍，它们从同一高度处同时自由下落，由下列说法正确的是（）A．甲比乙先着地B．甲比乙的加速度大．甲、乙同时着地D．无法确定谁先着地8．自由下落的物体，自起点开始依次下落相等高度所用的时间之比是（D）A．1/2B．1/3．1/4D．(+1):19．自由落体运动的v-t图象应是图2-4-4中的(B)10．一个物体从20高的地方下落,到达地面时的速度是多大?落到地面用了多长时间? (取g=10/s2)20/s,2s后练习与提高1气球以4/s的速度匀速竖直上升,它上升到217高处时,一重物由气球里掉落,则重物要经过多长时间才能落到地面?到达地面时的速度是多少?(不计空气阻力,g=10/s2)。70s,66/s2．如图2-4-所示,把一直杆AB自然下垂地悬挂在天花板上,放开后直杆做自由落体运动,已知直杆通过A点下方32处一点历时0s,求直杆的长度是多少?(不计空气阻力,g=10/s2)273．某同学利用打点时器测量学校所在地的重力加速度，得到如图2-4-6所示的一条纸带，测得相邻计数点间的距离在纸带上已标出，已知打点计时器的周期为002s；请根据纸带记录的数据，计算该学校所在地的重力加速度为多少？