人教版必修一笫二章笫六节《伽利略对自由落体运动的研究》教学设计新疆乌鲁木齐市第23中学丁红宇［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；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。2、能够运用熟悉的实验器材探究新问题，并将实验数据用图像法处理。二、过程和方法：1、亲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、分组进行探究活动，完成实验操作3、参与数学推理过程，进行实验数据处理。三、情感、态度价值观1、体会推理方法的奥妙，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，体会一些科学的方法从科学研究过程中体验探索自然规律的艰辛和喜悦，培养善于观察、敢于提出问题、勇于创新的科学精神和实事求是的科学态度，逐步帮助学生树立起辩证唯物主义的认识论。［教学重点］通过重现科学研究的历史过程，让学牛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。［教学难点］1、当无法验证白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、引导学牛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。教学资源实验器材：大、中、小球，纸片，米尺，较光滑的倾斜轨道，DIS数字实验仪器（光电门、轨道、小车、支撑架、数据采集器），笔记木电脑。教学设计
教师活动学生活动点评引入新课展示油画：300多年前伽利略做斜面实验的画面。介绍人们对最白然的自由落体运动产生的疑问：重的物体和轻的物体谁下落的快？解决问题最好的方法就是再一定坏境下借助模型来研究：拿出小球（重物）、一张展开的纸（轻物），从同一高度同时白由释放。请同学们观察谁下落的快？还是这两个物体，把纸片捏成团再做一次实验。请同学们观察谁下落得快？。请你们分析：是什么主要因素影响结果？学生观察回答问题讨论后回答学生会得岀各种正确或错误的结论，不急着下结论，而是设计简单实验让学生寻找木质解决问题最好的方法就是再一定环境下借助模型来研究讲授新课一、逻辑的力量伽利略通过观察也意识到空气阻力的影响。他指出：在科学研究中，懂得忽略什么有时与懂得重视什么同等重要。因此，他认为应该在忽略空气阻力的条件下才能找到真正的落体运动规律，并猜想：轻重物体下落一样快。除了这个猜想他还在1638年出版的《关于两种新科学的对话》一书中，对落体运动给出巧妙的逻辑推理：课件展示：在忽略空气阻力条件下，假设重的物体下落的快，大石头的下落速度为8,小石头的下落速度为4,当我们把二者捆在一起时速度应是多少？请同学们发表看法。通常会有两种推理方式得出两个矛盾的结论，说明什么？假设错误就说明只有一种可能：下落一样快。得出结论：在没有空气阻力的情况下，物体下落一样快让学生体会实验的魅力。认识到突出主要因素，忽略和排除次要因素，是进行科学研究的重要思路和方法。体会逻辑推理的巧妙
二、伽利略的猜想和假说伽利略解决了疑问，但还没有找到自由落体运动的规律是什么？提出问题：1当时己经定义了匀速直线运动，是这种规律吗？2、落体运动的速度是按什么规律增加？3、有一种思想指导着伽利略：自然界的规律应是简洁明了的，最简单的增加应是均匀的增加，速度虽什么均匀增加呢？实验：重物下落同学们边观察边思考：除速度增加外，还有什么物理量在增加？也是基于这样的观察，伽利略提出了两个猜想：1速度随空间位移均匀增加；2速度随时间均匀增加。显然自由下落的物体速度在增加猜测可能是解决问题的开端，猜测是一种科学的方法。三、伽利略猜想的数学推理提出问题：那种猜想对呢？用什么方法来佐证猜想呢？伽利略遇到第一个困难：实验需要测量物理量，位移、时间相对好测量，速度呢？我们现在会用平均速度概念、极限思想解决，但伽利略时代没法测速度。捉出问题：如何解决这个困难？请同学们发表看法。如果把不可测的物理量转换成可测的物理量，就需要找到它们之1'可的关系，需要借助一些知识帮助，伽利略当时已经证明了：X=V't对勺=°速度均匀增加的匀变速运动，有：v=^2带领学生一起对两种猜想进行数学推理，对结果分析推理表明第一种猜想错误，对第二种猜想，通过推理发现：可以间接利用可测量的位移与吋间的平方成正比这个关系來证明这个猜想。伽利略巧妙的解决了这个困难。观察思考找出增加的物理量还有哪些。两个可能：Vocx（最后否定了）及V*t困难1：无法测量瞬时速度。参与数学推理解决方案：借助于数学推理得出从静止开始作匀加速直线运动的物体，通过的位移与时间的平方成正比。在科学研究中，转换测量对象，进行间接测量的是一种重要的思路。伽利略的伟大Z处就在于他首先釆用了实验检验猜想的科学方法借助已有知识进行数学推理分析问题也是研究问题的方法
四、伽利略的实验验证实验：米尺（位移可读出）小球从1米高处自由下落，同学们试着用表、脉搏等方法计时提出问题：同学们的计时是多少？感受如何我们会发现时间很短，不好计时，而11差距是2、3倍。课件展示图片：介绍伽利略时代的计时工具：水钟伽利略遇到的第二个困难：准确计时。提出问题：怎么解决这个困难？如果更高？伽利略和比萨斜塔的美丽传说中塔高约50米，铅球从顶部下落仅3秒多，仍然不好计时。换成有一定髙度差的斜面，来感受计时：计时有不同但相差不大，这个计时是有意义的，可以量化。课件展示图片：伽利略博物馆笫七展厅展出的伽利略做斜面实验的装置这样：伽利略把研究位移与时间平方关系的实验放在斜面上进行。解决了第二个困难。实验：用斜面观察质量不同小球下滑是不是一样快？说明什么？接下来的实验用一个物体就可以。用这个斜面测时间仍显粗糙，我们可以借助精密的数字实验装置来做。实验操作：分组实验，研究小车沿不同倾角的斜面下滑位移与时间平方的关系。实验结果分析：小车沿斜面下滑位移与时间平方成正比，间接证明速度随时间均匀增加，是初速度为0的匀加速运动。而且不同倾角规律不变。提出问题：斜面实验堆研究落体运动有什么帮助？困难2：没有准确的计时工具，无法测定自由落体运动这样较短的吋1'可。解决方案：设计了著名的“冲淡重力”放大时间的斜面实验用不同方法计时感受时间的测量观察到不同质量小球沿斜面下滑一样快，说明速度变化一样快，即加速度一样，和质量无关用DIS数字实验装置研究下车在不同倾角的斜面上位移与时间的关系采集数据用图像法进行数据处理分析、讨论、归纳规律对规律进行推理体会不同情境下计时的差异导致计时是否有意义，是否能量化找出位移与吋间关系间接验证猜想五、伽利略的合理外推伽利略推想，当斜面倾角增大到90°,小球做自由落体运动时，仍然会做匀加速运动。后来他的外推被直接的实验证实了。伽利略的外推之所以称之为伟大，是因为后人用他的装置做实验发现：斜面倾角大于5度很难准确计时，他能把5度以内的结论外推到90度是需要很大勇气的。在某种意义上，这种勇气也是必须的。
六、梳理伽利略的科学方法科学研究就是不断提出问题、解决问题、做出假设、实验验证、修正推广的过程，直到接近事物的本质。伽利略创立了实验和理论结合的方法，影响了之后一批科学巨匠，极大的推动了科学的发展，是当之无愧的近代物理之父。而这个事件也值得后人用油画记录下來。课件展示图片：伽利略当年做斜面实验记录在羊皮纸上的数据，后人把它整理在表格里，同学们猜测每列数据各表示什么物理量？展示用这些数据做出的图像，和同学们做出的图像对比。希望同学们学习伽利略的科学研究方法和探究的精神去发现更多的真理！布置作业：查阅资料，了解历史上亚里士多徳、伽利略同学讨论归纳：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対假设进行修正和推广分析伽利略的数据特点对比实验图像看到历史真迹的图片，感受深刻。板书设计第六节伽利略对自由落体运动的研究一、逻辑的力量二、伽利略的猜想和假说：v^x（错误）v*t三、伽利略的数学推理四、伽利略的实验验证伽利略遇到的困难和解决方案：困难1:无法测量瞬时速度。解决方案：改测位移与时间的关系（静止开始作匀加速直线运动的物体s-t2）困难2：没有准确的计时工具。解决方案：“冲淡重力”的斜面实验五、合理外推八、伽利略的科学方法：对现彖的一般观察提111假设运用逻辑得出推论实验进行检验对假设进行修正和推广
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