《对自由落体运动的研究》◆教材分析本节内容是让学生了解并学习伽利略研究自由落体运动的科学思维方法和巧妙的实验构思。教材编写的脉络清楚，逻辑推理严谨，文字表述生动、通俗易懂，因此，适合于学生自主学习。本节是新教材注重过程与方法、情感态度和价值观的一个标志性内容。过去的教学过分注重对知识与技能的掌握，而忽略了对科学精神、科学研究方法的培养。因此，能否通过这节课的学习让学生体会到人类对自然世界的探究思想和方法，感受到一位伟大的科学家的高尚情操，就成为这节课最终的目标。为了更好地落实新课标的精神，该教学策略采用了先让学生收集相关资料，在课堂上经过讨论和发表见解，充实和完善伽利略的研究过程与方法。引导学生一步步体会伽利略严谨的科学态度、不畏强权的探索精神和正确地解决问题的思路，树立正确的科学观念。◆教学目标【知识与能力目标】（1）明确伽利略对自由落体运动的研究方法。（2）领会伽利略的科学思想。【过程与方法目标】了解伽利略的实验研究过程，认识伽利略有关实验的科学思想和方法，培养学生探求知识的能力。【情感与态度目标】从科学研究过程中体验探索自然规律的艰辛和喜悦，培养敢于坚持真理，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。◆教学重难点◆【教学重点】：让学生了解抽象思维、数学推导和科学实验相结合的科学方法。【教学难点】：使学生体会“观察现象→实验探索→提出问题→讨论问题→解决问题”的科学探究方式。
◆课前准备◆多媒体课件◆教学过程故事导入古希腊哲学家亚里士多德认为，重的物体比轻的物体下落得要快．这符合人们的常识，如玻璃弹子就比羽毛下落得快．其实古代时我国也出现过这种故事：传说三国时期，周仓欲与关羽比力气，关羽说你能把一根稻草丢过河吗？周仓多次试丢未成，反问关羽．关羽随手将一捆稻草轻易丢过了河，令周仓折服．这个故事真能说明关羽臂力过人吗？为什么？新课导入一、绵延两千年的错误人们日常生活的经验告诉我们，重的物体下落总是比较快。比如：树上的一个苹果和一片树叶同时从树上同一高度掉下来，一定是苹果先落地。所以在16世纪以前，以亚里士多德为代表的学者认为物体下落的快慢由物体的重力决定，物体越重下落越快。由于亚里士多德在各方面的突出成就，人们将他的观点奉为经典，当时的教科书上这样写，众多学者也认同。虽然也有人表示怀疑，但由于教会利用他的结论，进行神化处理，所以大家都不敢对这一观点发出公开的质疑。直到文艺复兴时期，才由伽利略通过推理的方法研究下落运动的规律并发表。之后伽利略也由于他的著作而受到教会的迫害，被判处终身监禁，著作也被列为禁书。点评：通过讲述以上内容使学生明白科学发展的道路并不是一帆风顺的，但科学终究要向前发展．培养学生敢于追求真理的无畏精神。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（GalileoGalilei,1564—1642）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）三、猜想与假说伽利略运用理想模型，猜想运动的规律。在有了认真观察，仔细思考和较为严密的推理之后，对问题的认识就要有一个科学的猜想，或者叫假说，这是对事物认识的模型，是对事物认识的基础，是建立概念描述规律的前提。四、伽利略猜想的实验验证猜想毕竟是猜想，是否正确，是否具有指导意义，还需要验证。1．困难之一：无法测量瞬时速度。解决方案：借助于数学推理得出从静止开始做匀加速直线运动的物体，通过的位移与时间的平方成正比。2．困难之二：没有准确的计时工具，无法测定像自由落体这样较短的时间。解决方案：设计了著名的“冲淡重力”的斜面实验。点评：通过该问题的创设，培养学生自主探究的能力，体会伽利略所采用的方法的巧妙，鼓励学生要敢于猜想，大胆发现，勇于创新。传说中（并无历史事实记录），伽利略亲自登上比萨斜塔，让两个轻重不同的球同时从手中开始下落，结果两球同时落地。因为塔并不高，而且物体在下落时速度又很快，所以这个实验有其局限性，难以明确s是否真的与t的平方成正比。于是，伽利略又在设计另一实验——斜面实验。由于伽利略时代的实验仪器不能精确测量快速下落所需的时间，所以他设想通过斜面落体来“冲淡重力”，并通过延伸斜面和控制斜面倾角来控制物体运动的速度和所经历的时间。经过多次实验发现，虽然不断改变斜面的倾斜度，但得到的结果有共同点：小球经过的距离的比值等于经过这些距离对应所用时间间隔的平方之比。伽利略在这个基础上进行合理外推，当倾角增大到90度时，实验结论仍应成立，此即竖直落体运动。至此，伽利略就完成了对自由落体运动的研究。虽然当时伽利略已经意识到空气的阻力将影响物体的下落，但是由于科学发展和仪器设备的限制，当时仍然没有办法用实验手段得到真空，所以并不能真正地完成一个自由落体运动的实验。
伽利略的研究也只能停留在理论研究的部分，直到牛顿的时代，发明了抽气机，才由牛顿设计了钱羽管（又称牛顿管），真正用实验证明在真空中，物体下落速度与物体重力无关。于是，伽利略的理论终于从纯理论研究进入实验验证，并通过实验验证了其正确性。其实落体现象一直是引起物理学家们思考的现象，在伽利略之前，14世纪的艾伯特认为下落物体的速度与下落的距离成正比。另一位14世纪的学者，N．奥雷姆根据对各种运动的数学研究，提出下落物体的速率与下落的时间成正比，下落的距离与下落时间的平方成正比。15世纪，L．达芬奇提出在连续相等的时间间隔内下落物体的距离比为1∶2∶3∶4∶……请同学们思考：伽利略是怎样建立自己的理论的呢？1．运用推理方法，使亚里士多德的结论陷入矛盾中。2．运用理想模型，猜想落体运动的规律。3．运用数学方法，推导自由落体运动的数学表达式以及可以直接测定的物理量之间的函数关系。4．运用实验方法，对自由落体运动定律进行实验验证。五、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方法。请同学们总结本节内容，归纳这种科学方法。同学讨论归纳：对现象的一般观察→提出假设→运用逻辑得出推论→实验进行检验→对假设进行修正和推广→……教师点评：1．伽利略的伟大之处就在于他首先采用了实验检验猜想的科学方法。2．合理的外推对得出正确结论有很大的帮助。同学们思考：为什么最终我们特别重视伽利略的结论呢？因为伽利略对问题的研究比较全面，先是通过观察现象，提出假设，运用逻辑和数学推理得出推论，再通过实验对推论进行检验（这是其他物理家在研究同一问题上缺少的关键环节），并对假说进行修正和推广。他最先研究了惯性运动和落体运动的规律，为牛顿第一定律和第二定律的研究铺平了道路。他倡导实验和理论计算相结合，用实验检验理论的推导。这种研究方法对以后的科学研究工作具有重大的指导意义。而且伽利略不迷信权威，对待问题勤于思考，敢于提出问题、挑战权威，不畏强权的精神也是我们应为之喝彩并学习的。1642年，伽利略在贫病交加中逝世，享年78岁．直到1983年，罗马教廷正式承认，350年前宗教裁判所对伽利略的审判是错误的。点评：通过解决此问题体验探索自然规律的艰辛和喜悦，培养敢于坚持真理，勇于创新的科学精神和实事求是的科学态度，帮助学生树立起辩证唯物主义的认识论。例题讲解
【例题】1.一个小球自屋檐自由下落，在Δt＝0.25s内通过了高度Δh＝2m的窗口，求窗口的顶端距屋檐多高？(g取10m/s2)【解析】方法一：设窗口顶端与屋檐的距离为h，小球下落至窗口顶端经历的时间为t，则h＝12 gt2h＋Δh＝12 g(t＋Δt)2联立两式得12gt2＋Δh＝12 g(t＋Δt)2解得t＝0.675s，h≈2.28m。方法二：小球经过窗口的过程的中间时刻的瞬时速度v1＝△h∆t＝20.25m/s＝8m/s设小球从屋檐落至速度为v1的位置经历的时间为t1，则v1＝gt1，即t1＝v1g＝810s＝0.8s设小球从屋檐落至窗口顶端经历的时间为t，则t＝t1－△t2＝（0.8-0.252）s＝0.675s所以屋檐到窗口顶端的距离h＝12gt2＝12 ×10×0.6752m≈2.28m。教学总结本节课需要同学们掌握自由落体运动的规律。◆教学反思略。
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