高中物理《伽利略對自由落體運動的研究》教學(xué)設(shè)計9

《伽利略對自由落體運動的研究》教學(xué)設(shè)計教學(xué)目標(biāo)知識與技能1．了解落體運動研究的史實，了解邏輯推理的特色．2．理解任何猜想和假說都須要有實驗驗證的重要性．過程與方法1．讓學(xué)生初步體會抽象思維、提出假說、科學(xué)實驗是進(jìn)行科學(xué)研究的重要思路和方法．2．通過史實了解佃利略研究自由落體規(guī)律的過程，體會其推理方法的奧妙，同時了解猜想的必要性，感曼探究規(guī)律的幾個必要過程和科學(xué)方法的重要性，了解體會一些科學(xué)的方法．情感態(tài)度與價值觀1．滲透研究自然規(guī)律的科學(xué)方法．2．通過了解史實能培養(yǎng)同學(xué)們的意志和科學(xué)的方法觀，避免盲目和急功近利思想，提高自己的認(rèn)識觀．3．經(jīng)歷伽利略對自由落體運動的研究過程，體驗數(shù)學(xué)在研究物理間題中的重要性．體會人類對客觀世界發(fā)現(xiàn)之旅的樂趣．教學(xué)重點、難點教學(xué)重點了解探索過程，明確探索的步驟，同時了解實驗及科學(xué)的思維方法在探究中的重要作用，從中提煉自己的學(xué)習(xí)方法．教學(xué)難點“觀念一思考一推理一猜想一驗證”是本節(jié)的重點思路，也是培養(yǎng)良好思維習(xí)慣的重要參考．教學(xué)方法探究、講授、討論、練習(xí)教學(xué)手段教具準(zhǔn)備錄像資料，多媒體課件。教學(xué)活動[新課導(dǎo)入]師：我們用手拿一個小球和一張紙片，放開后，小球和紙片從靜止開始下落．我們可以看到，小球先落地，紙片后落地．公元前4世紀(jì)，古希臘偉大的思想家、哲學(xué)家亞里士多德（Arestotle）根據(jù)與我們類似的觀察，直接得出結(jié)論：重的物體比輕的物體下落得快．亞里士多德的論斷流傳了近2000年，直到16世紀(jì)，在意大利的比薩斜塔上，伽利略微了著名的兩個球同時落地的實驗．兩個輕重不同的小球同時落地的聲音，是那樣的清脆美妙，又是那樣的發(fā)聾振聵!它動搖了人們頭腦中的舊觀念，開創(chuàng)了實驗和科學(xué)推理之先河，將近代物理學(xué)以至近代科學(xué)推上了歷史的舞臺．今天這節(jié)課我們就一起來經(jīng)歷伽利略對自由落體運動的研究過程，領(lǐng)悟這位大師的科學(xué)精神，物理思想、研究方法，得其精髓，有所借鑒。[新課教學(xué)]一、綿延兩千年的錯誤（課件展示）亞里士多智的觀點：物體越重，下落越快．公元前，人們對物體下落的研究很少，憑著觀察認(rèn)為重的物體比輕的物體下落得快．當(dāng)時，著名的思想家亞里士多德（Aristotle，前384一前322）經(jīng)過了觀察和總結(jié)認(rèn)為“物體下落的速度與重力成正比”．這一觀點正好應(yīng)和了人們潛意識里的想法，同時，它又是偉大的亞里士多德提出的論斷，人們深信不疑．從那以后，人們判斷物體下落的快慢．甚至給孩子們上課時一直堅持這一觀點，這一觀點一直延續(xù)了2000多年，從沒有人對它提出異議．[交流與討論]提出問題：為什么會有錯誤的認(rèn)識呢?學(xué)生思考問題，交流體會．生：錯誤認(rèn)識的根源在于不注童探索事物的本質(zhì)，思考不求甚解．二、邏輯的力量學(xué)生閱讀；16世紀(jì)末，意大利比薩大學(xué)的青年學(xué)者佃利略（GalileoGalilei，1564—1642）對亞里士多德的論斷表示了懷疑．后來，他在1638年出版的《兩種新科學(xué)的對話，一書中對此作出了評論．根據(jù)亞里士多德的論斷，一塊大石頭的下落速度要比一塊小石頭的下落速度大．假定大石頭的下落速度為8，小石頭的下落速度為4，當(dāng)我們把兩塊石頭捆在一起時，大石頭會被小石頭拖著面減慢，結(jié)果整個系統(tǒng)的下落速度應(yīng)該小于8：但兩塊石頭捆在一起，總的重力比大石頭還要重，因此整個系統(tǒng)下落的速度要比8還大．這樣，就從“重物比輕物落得快”的前提推斷出了互相矛盾的結(jié)論，這使亞里士多德的理論陷入了困境．為了擺脫這種困境，伽利略認(rèn)為只有一種可能性，重物與輕物應(yīng)該下落得同樣快．（傳說伽利略在比薩斜塔上做過落體實驗，但后來又被嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目甲C否定了．盡管如此，來自世界各地的人們都要前往參觀，他們把這莊古塔看作伽利略的紀(jì)念碑）問題，伽利略是怎樣論證亞里士多德觀點是錯誤的?猜想，既然物體下落過程中的運動情況與物體質(zhì)量無關(guān)，那么為什么在現(xiàn)實生活中，不同物體的落體運動，下落快慢不同呢?我們能否猜想是由于空氣阻力的作用造成的呢?如果沒有空氣阻力將會怎樣呢?學(xué)生討論后回答．[做一做]請你用一枝鉛筆和較厚的一本書如圖2—5—1所示，體驗伽利略佯謬．三、猜想與假說伽利略認(rèn)為，自由落體是一種最簡單的變速運動．他設(shè)想，最簡單的變速運動的速度應(yīng)該是均勻變化的．但是．速度的變化怎樣才算均勻呢?他考慮了兩種可能：一種是速度的變化對時間來說是均勻的，即經(jīng)過相等的時間，速度的變化相等，另一種是速度的變化對位移來說是均勻的，即經(jīng)過相等的位移，速度的變化相等．伽利略假設(shè)第一種方式最簡單，并把這種運動叫做勻變速運動．四、實驗驗證師：實驗驗證是檢驗理論正確與否的唯一標(biāo)準(zhǔn)．任何結(jié)論和猜想都必須經(jīng)過實驗驗證，否則不成理論．猜想或假說只有通過驗證才會成為理論．所謂實驗驗證就是任何人，在理論條件下去操作都能到得實驗結(jié)果，它具有任意性，但不是無條件的，實驗是在一定條件下的驗證，而與實際有區(qū)別．（閱讀）（課件投影）伽利略斜面實驗的情況伽利略在《兩種新科學(xué)的對話》中說：“用一塊木料制成長約12庫比特、寬半庫比特，厚三指的板條，在它的上面劃一條比一指略寬的槽．將這個槽做得很直，打磨得很光滑，在槽上裱一層羊皮紙（也要盡可能光滑）．取一個堅硬、光滑并且很圓的鋼球，放在槽中滾動．將這個木槽的一增抬高一到二庫比特，使槽傾斜．就像我要講的那樣把球放在槽頂沿槽滾下，記錄下降的時間．實驗要重復(fù)幾次，以便使測得的時間準(zhǔn)確到兩次測定的結(jié)果相差不超過一次脈搏的十分之一，進(jìn)行這樣的操作．肯定了我們的觀察是可靠的以后．將球滾下的距離改為槽長的四分之一，測定攘下的時間，我們發(fā)現(xiàn)它準(zhǔn)確地等于前者的一半．下一步，我們用另一些距離進(jìn)行試驗，把全長用的時間與全長的二分之一、三分之二，四分之三，或者其他任何分?jǐn)?shù)所用的時間相比較，像這樣的實驗，我們重復(fù)了整整一百次，結(jié)果總是經(jīng)過的距離與時間的平方成比例，并且在各種不同坡度下進(jìn)行實驗，結(jié)果也都如此……”[討論與交流]感受伽利略的探究過程，體會其科學(xué)方法師：物體做自由落體運動的速度很快，在當(dāng)時的實驗條件下，是很難測量其位移和相應(yīng)的時間，有什么方法可以使物體的速度可以慢一點又能研究勻變建直線運動的?生：讓小球在傾斜的軌道上滾下．傾角不要太大．師：當(dāng)時伽利略就是用這個方法．他設(shè)計一個斜面實驗，使物體的運動速度變慢，解決了測量的難題．伽利略在一塊木板上刻出一道直槽，槽內(nèi)貼上羊皮紙使之平滑，用自制的水鐘測量時間，探究一個光滑黃銅小球沿傾斜直槽滑下時的運動情況．我們也可以模擬這個四百多年前的實驗，感受科學(xué)家的研究方法．播故影片：①用U型材，取長約1．6m的一段為導(dǎo)軌，以節(jié)拍器為計時器．將導(dǎo)軌一端墊高，呈斜面狀，將小球開始運動處作出標(biāo)記．②調(diào)整時，啟動節(jié)拍器，隨節(jié)拍聲數(shù)敷“3，2，1，0，1．2，3”，將小球在聽到節(jié)拍聲“0”時從原點釋放．一邊隨節(jié)拍聲數(shù)數(shù)，一邊用手順序指出當(dāng)節(jié)拍器響時，小球大致的位置．③不改變小球下落的初始位置，只要釋放小球的時刻準(zhǔn)確，在隨后的各節(jié)拍聲響時，在小球經(jīng)過的大體位置上作出標(biāo)記：④從標(biāo)尺上讀出各標(biāo)記到起始位置的間隔距離，并填入表格中：⑤改變斜槽的傾斜角，重復(fù)實驗多次：師：伽利略在當(dāng)時有限的實驗條件研究出初速度為零的勻加速直線運動中位移和時間的關(guān)系．現(xiàn)在我們可以用什么儀器比較精確的方法來記錄時間和位移進(jìn)行研究呢?生1：秒表、刻皮尺．生2：打點計時器．生3：頻閃照相機(jī)．師：桌面上就有打點計時器、小車、木板．每兩位同學(xué)為一組．設(shè)計實驗，研究初速度為零的勻加速直線運動的位移和時間的關(guān)系，并設(shè)計表格記錄實驗數(shù)據(jù)．學(xué)生活動：討論并設(shè)計實驗方案，5分鐘后進(jìn)行交流。參考方案；1．把小車軌道的一端墊高，呈斜面狀，把打點計時器固定在斜面最高點上．紙帶穿過打點計時器的限位孔連在小車的尾部．2．打開打點計時器開關(guān)，然后把小車從某一位置由靜止開始釋放，打出一條紙帶．3．從紙帶第一點開始，測量從開始到每一個點的時間和位移，并填入表格中．4．改變木板的傾角，把小車從同一位置從靜止開始釋放，并對從打出的紙帶反映的數(shù)據(jù)填入表格中．師：我們已經(jīng)確定了實驗方案，下面進(jìn)行實驗并對實驗數(shù)據(jù)進(jìn)行處理．學(xué)生活動，兩人為一組進(jìn)行實驗，并對實驗敷據(jù)進(jìn)行處理．師：從得到的實驗數(shù)據(jù)，我們得到什么結(jié)論?生1：同一傾角時，在誤差允許的范圍內(nèi)，x1/t12=x2/t22=x3/t32=x4/t42=x5/t52常數(shù)即x∝t2．生2：傾角越大，常數(shù)越大．師：我們得到的結(jié)論，與四百年苗佃利略使用簡單儀器得到的結(jié)論完全一致．伽利略根據(jù)斜面結(jié)果出發(fā)，認(rèn)為，在初速度為零的勻加速直線運動中，經(jīng)過的距離正比于時間的平方，即號；恒量，恒量的數(shù)值隨著斜面傾角增大而增大．當(dāng)斜面傾角增大到90°，即斜面與地面垂直時，小球?qū)⒆杂上侣洌蔀樽杂陕潴w，x∝t2的關(guān)系仍然成立，此時x/t2的比值為最大，這時小球仍然會保持勻變速直線運動的性質(zhì)．自由落體運動是一種特殊的勻變速直線運動．伽利略將實驗與邏輯思維相聯(lián)系進(jìn)行科學(xué)研究的思想，開辟了一條科學(xué)研究之路．[讀一讀]物理學(xué)家于2003年評出十個最美的物理實驗．伽利略的自由落體實驗和加速度實驗均被選為最美的實驗．這種“美”是一種經(jīng)典概念，即用最簡單的儀器和設(shè)備，得出最根本、最單純的科學(xué)結(jié)論．其實，科學(xué)美蘊(yùn)藏于各門科學(xué)的實驗之中，有待于我們在學(xué)習(xí)過程中不斷感悟和發(fā)現(xiàn)．五、伽利略的科學(xué)方法對現(xiàn)象一般觀察一提出猜想一運用邏輯推理一實驗對推理驗證一對猜想進(jìn)行修證（補(bǔ)充）一推廣應(yīng)用．伽利略的科學(xué)思想方法的枝心是把實驗和邏輯推理（包括數(shù)學(xué)推理）和諧地結(jié)合起來．從面有力地推進(jìn)了人類科學(xué)認(rèn)識的發(fā)展．[課堂調(diào)練]1．在物理學(xué)的發(fā)展歷程中，下面的哪位科學(xué)家首先建立了平均速度、瞬時速度和加速度等概念用來描述物體的運動．并首先采用了實驗檢驗猜想和假設(shè)的科學(xué)方法，把實驗和邏輯推理和諧地結(jié)合起來，從而有力地推進(jìn)了人類科學(xué)的發(fā)展……（）A．亞里士多穗B.伽利略C.牛頓D．愛因斯坦2．紅孩同學(xué)搖動蘋果樹，從同一高度一個蘋果和一片樹葉同時從靜止直接落向地面，蘋果：先著地，下面說法中正確的是………（）A.蘋果和樹葉做的都是自由落體運動B.蘋果和樹葉的運動都不能看成自由落體運動C.蘋果的運動可看成自由落體運動，樹葉的運動不能看成自由落體運動D．假如地球上沒有空氣，則蘋果和樹葉會同時落地3．甲同學(xué)看到乙同學(xué)從10層樓的樓頂同時由靜止釋放兩個看上去完全相同的鐵球，結(jié)果甲同學(xué)看到兩球不是同時落地的．他分析了兩球未能同時落地的原因．你認(rèn)為他的下列分析哪些是正確的……………………（）A.兩球在下落過程中受到的空氣阻力不同，先落地的受空氣阻力小B.兩球在下落過程中受到的空氣阻力不同，先落地的受空氣阻力大C.兩球下落過程中受到的空氣阻力相同，先落地的是實心球，重力遠(yuǎn)大于阻力D.兩球下落過程中受到的空氣阻力相同，先落地的是空心球，阻力與重力比．差別較小參考答案：1．答案：B2．答案：CD3．答案：C解析：兩球形狀完全相同，在下落過程中所受空氣阻力相同（差別很?。侣淇炻煌脑蚴侵亓Σ煌甗小結(jié)]通過這節(jié)課的學(xué)習(xí)，我們從伽利略對落體的研究上，學(xué)習(xí)他的觀察思考等科學(xué)方法，為我們下一步（以后）的探究打下基礎(chǔ)，不能盲目，也不能懼怕困難，要用科學(xué)的方法指導(dǎo)我們．[布置作業(yè)]學(xué)生活動作業(yè)請仔細(xì)回顧伽利略研究落體運動的全過程，把他的每一個步驟列出來，并說明哪一步驟是提出問題，哪一步驟是數(shù)學(xué)推理，哪一步驟是實驗驗證等等．再討論一下，在一般物理問題的研究過程中，是否都需要經(jīng)歷這些步驟?板書設(shè)計§2.5利略對自由落體運動的研究一、綿延兩千年的錯誤（課件展示）亞里士多智的觀點：物體越重，下落越快．二，邏輯的力量三．猜想與假說自由落體是一種最簡單的變速運動，一種是速度的變化對時間來說是均勻的，即經(jīng)過相等的時間，速度的變化相等，另一種是速度的變化對位移來說是