本節(jié)內(nèi)容是讓學(xué)生了解并學(xué)習(xí)伽利略研究自由落體運(yùn)動的科學(xué)思維方法和巧妙的實(shí)驗(yàn)構(gòu)思.教材編寫的脈絡(luò)清楚，邏輯推理嚴(yán)謹(jǐn)，文字表述生動、通俗易懂，因此，適合于學(xué)生自主學(xué)習(xí).
本節(jié)是新教材注重過程與方法、情感態(tài)度和價(jià)值觀的一個(gè)標(biāo)志性內(nèi)容.過去的過分注重對知識與技能的掌握，而忽略了對科學(xué)精神、科學(xué)研究方法的培養(yǎng).因此，能否通過這節(jié)課的學(xué)習(xí)讓學(xué)生體會到人類對自然世界的探究思想和方法，感受到一位偉大的科學(xué)家的高尚情操，就成為這節(jié)課最終的目標(biāo).為了更好地落實(shí)新課標(biāo)的精神，該策略采用了先讓學(xué)生收集相關(guān)資料，在課堂上經(jīng)過討論和發(fā)表見解，充實(shí)和完善伽利略的研究過程與方法.引導(dǎo)學(xué)生一步步體會伽利略嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度、不畏強(qiáng)權(quán)的探索精神和正確地解決問題的思路，樹立正確的科學(xué)觀念.
教學(xué)重點(diǎn)
讓學(xué)生了解抽象思維、數(shù)學(xué)推導(dǎo)和科學(xué)實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的科學(xué)方法.
教學(xué)難點(diǎn)
使學(xué)生體會“觀察現(xiàn)象→實(shí)驗(yàn)探索→提出問題→討論問題→解決問題”的科學(xué)探究方式.
課時(shí)安排
1課時(shí)
三維目標(biāo)
知識與技能
1.明確伽利略對自由落體運(yùn)動的研究方法.
2.領(lǐng)會伽利略的科學(xué)思想.
過程與方法
了解伽利略的實(shí)驗(yàn)研究過程，認(rèn)識伽利略有關(guān)實(shí)驗(yàn)的科學(xué)思想和方法，培養(yǎng)學(xué)生探求知識的能力.
情感態(tài)度與價(jià)值觀
從科學(xué)研究過程中體驗(yàn)探索自然規(guī) 律的艱辛和喜悅，培養(yǎng)敢于堅(jiān)持真理，勇于創(chuàng)新的科學(xué)精神和實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度，逐步幫助學(xué)生樹立起辯證唯物主義的認(rèn)識論.
課前準(zhǔn)備
小石子若干、形狀相同的紙片若干、羽毛、小金屬片若干、牛頓管、抽氣機(jī)、多媒體教學(xué)設(shè)備、自制課件
教學(xué)過程?
導(dǎo)入新課
故事導(dǎo)入
古希臘哲學(xué)家亞里士多德認(rèn)為，重的物體比輕的物體下落得要快.這符合人們的常識，如玻璃彈子就比羽毛下落得快.其實(shí)古代時(shí)我國也出現(xiàn)過這種故事：傳說三國時(shí)期，周倉欲與關(guān)羽比力氣，關(guān)羽說你能把一根稻草丟過河嗎？周倉多次試丟未成，反問關(guān)羽.關(guān)羽隨手將一捆稻草輕易丟過了河，令周倉折服.這個(gè)故事真能說明關(guān)羽臂力過人嗎？為什么？
復(fù)習(xí)導(dǎo)入
上一節(jié)課學(xué)習(xí)了自由落體運(yùn)動，什么是自由落體運(yùn)動？自由落體運(yùn)動有哪些規(guī)律？
學(xué)生回憶并回答.
物體的下落快慢和重力沒有關(guān)系的結(jié)論在今天看來似乎并不難以接受.但這個(gè)結(jié)論卻是伽利略在經(jīng)歷了長時(shí)間的思考和實(shí)踐后才得出的.今天我們就要一起來回顧伽利略的研究過程.
推進(jìn)新課
一、綿延兩千年的錯(cuò)誤
人們?nèi)粘Ｉ畹慕?jīng)驗(yàn)告訴我們，重的物體下落總是比較快.比如：樹上的一顆蘋果和一片樹葉同時(shí)從樹上同一高度掉下來，一定是蘋果先落地.所以在16世紀(jì)以前，以亞里士多德為代表的學(xué)者認(rèn)為物體下落的快慢由物體的重力決定，物體越重下落越快.由于亞里士多德在各方面的突出成就，人們將他的觀點(diǎn)奉為經(jīng)典，當(dāng)時(shí)的教科書上這樣寫，眾多學(xué)者也認(rèn)同.雖然也有人表示懷疑，但由于教會利用他的結(jié)論，進(jìn)行神化處理，所以大家都不敢對這一觀點(diǎn)發(fā)出公開的質(zhì)疑.直到文藝復(fù)興時(shí)期，才由伽利略通過推理的方法研究下落運(yùn)動的規(guī)律并發(fā)表.之后伽利略也由于他的著作而受到教會的迫害，被判處終身監(jiān)禁，著作也被列為禁書.
點(diǎn)評：通過講述以上內(nèi)容使學(xué)生明白科學(xué)發(fā)展的道路并不是一帆風(fēng)順的，但科學(xué)終究要向前發(fā)展.培養(yǎng)學(xué)生敢于追求真理的無畏精神.
問題探究
伽利略是怎么推翻亞里士多德的結(jié)論并建立自己的理論的呢？
通過探究該問題，培養(yǎng)學(xué)生探求知識 的能力，體會伽利略有關(guān)實(shí)驗(yàn)的科學(xué)思想和方法.
學(xué)生根據(jù)課本提供的內(nèi)容和事先查閱的資料分組討論，小組推選一位同學(xué)發(fā)表討論結(jié)果.
教師總結(jié)：伽利略通過四個(gè)環(huán)節(jié)推翻了亞里士多德的結(jié)論并建立自己的理論.
在提出問題后教師幫助學(xué)生得出結(jié)論，可運(yùn)用多媒體進(jìn)行以下操作：
展示圖片和資料.
課件模擬斜塔實(shí)驗(yàn).
課件模擬不同傾角的斜面實(shí)驗(yàn).
錢羽管（牛頓管）演示實(shí)驗(yàn).
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)者伽利略（Galileo Galilei，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(shí)，大石頭會被小石頭拖著而減慢，結(jié)果整個(gè)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(gè)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(shí)驗(yàn)，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，他們把這座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(diǎn)是錯(cuò)誤的？
猜想：既然物體下落過程中的運(yùn)動情況與物體質(zhì)量無關(guān)，那么為什么在現(xiàn)實(shí)生活中，不同物體的落體運(yùn)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】
圖2-6-1
請你用一支鉛筆和較厚的一本書如圖2-6-1所示，體驗(yàn)伽利略佯謬.
三、猜 想與假說
伽利略運(yùn)用理想模型，猜想運(yùn)動的規(guī)律.
在有了認(rèn)真觀察，仔細(xì)思考和較為嚴(yán)密的推理之后，對問題的認(rèn)識就要有一個(gè)科學(xué)的猜想，或者叫假說，這是對事物認(rèn)識的模型，是對事物認(rèn)識的基礎(chǔ)，是建立概念描述規(guī)律的?前提.
展示課件，提出問題：
1.伽利略研究落體運(yùn)動首先應(yīng)解決的問題是什么？
2.用什么量來描述物體“運(yùn)動性質(zhì)”？
3.伽利略作了怎樣的猜想？
學(xué)生閱讀課文，思考問題，小組討論，選代表回答.
首先定義勻速運(yùn)動，表明時(shí)間與通過的空間的比例關(guān)系.然后再定義勻加速運(yùn)動，用于表述時(shí)間與速度的關(guān)系.但在沒有進(jìn)行數(shù)學(xué)推導(dǎo)和實(shí)驗(yàn)研究之前，他對勻加速運(yùn)動的認(rèn)識十分模糊.一開始他的設(shè)想有兩個(gè)，一個(gè)是速度的變化對時(shí)間來說是均勻的，即v與t成正比；另一種是速度的變化對位移來說是均勻的，即v與x成正比.
后來發(fā)現(xiàn)，如果v與x成正比，將推導(dǎo)出荒謬的結(jié)論.所以伽利略的精力集中在v與t成正比的研究上.
在定義勻速運(yùn)動的基礎(chǔ)上，伽利略提出第一定理，即平均速度定理：一個(gè)從靜止開始的勻加速運(yùn)動的物體經(jīng)過任一空間所用時(shí)間等于這個(gè)物體以一個(gè)均勻速率經(jīng)過同一空間所需的時(shí)間.這個(gè)均勻速率值等于最高速率和加速剛開始前的速率的平均值.
以第一定理為基礎(chǔ)，伽利略又推出定理二：一個(gè)從靜止開始的勻速運(yùn)動下落的物體所經(jīng)過的各段空間的比，等于經(jīng)過這些距離對應(yīng)所用的各個(gè)時(shí)間間隔的平方之比.伽利略又給出定理二的另一種表述：在相等的時(shí)間間隔里速度按自然數(shù)增加，而在這些相等的時(shí)間間隔里所經(jīng)過的距離的增量之比則等于從1開始的奇數(shù)之比.至此，伽利略便完成了自由落體定律的數(shù)學(xué)表述.伽利略修正了早期對于自由落體運(yùn)動的一些錯(cuò)誤提法，提出正確的表述：在勻加速運(yùn)動中，落體的瞬時(shí)速度正比于下落的時(shí)間，經(jīng)過的距離正比于時(shí)間的平方.
這樣，并不需要測量瞬時(shí)速度，只要測定t與對應(yīng)的s就可以了.
四、伽利略猜想的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證
猜想畢竟是猜想，是否正確，是否具有指導(dǎo)意義，還需要驗(yàn)證.
展示問題：伽利略遇到了什么困難？如何解決的？
（學(xué)生仔細(xì)閱讀后討論， 得出）
1.困難之一：無法測量瞬時(shí)速度.
解決方案：借助于數(shù)學(xué)推理得出從靜止開始做勻加速直線運(yùn)動的物體，通過的位移與時(shí)間的平方成正比.
2.困難之二：沒有準(zhǔn)確的計(jì)時(shí)工具，無法測定像自由落體這樣較短的時(shí)間.
解決方案：設(shè)計(jì)了著名的“沖淡重力”的斜面實(shí)驗(yàn).
點(diǎn)評：通過該問題的創(chuàng)設(shè)，培養(yǎng)學(xué)生自主探究的能力，體會伽利略所采用的方法的巧妙，鼓勵(lì)學(xué)生要敢于猜想，大膽發(fā)現(xiàn)，勇于創(chuàng)新.
多媒體 展示：傳說中（并無歷史事實(shí)記錄），伽利略親自登上比薩斜塔，讓兩個(gè)輕重不同的球同時(shí)從手中開始下落，結(jié)果兩球同時(shí)落地.因?yàn)樗⒉桓撸椅矬w在下落時(shí)速度又很快，所以這個(gè)實(shí)驗(yàn)有其局限性，難以明確s是否真的與t的平方成正比.于是，伽利略又在設(shè)計(jì)另一實(shí)驗(yàn)??斜面實(shí)驗(yàn).
由于伽利略時(shí)代的實(shí)驗(yàn)儀器不能精確測量快速下落所需的時(shí)間，所以他設(shè)想通過斜面落體來“沖淡重力”，并通過延伸斜面和控制斜面傾角來控制物體運(yùn)動的速度和所經(jīng)歷的時(shí)間.
經(jīng)過多次實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，雖然不斷改變斜面的傾斜度，但得到的結(jié)果有共同點(diǎn)：小球經(jīng)過的距離的比值等于經(jīng)過這些距離對應(yīng)所用時(shí)間間隔的平方之比.伽利略在這個(gè)基礎(chǔ)上進(jìn)行合理外推，當(dāng)傾角增大到90度時(shí)，實(shí)驗(yàn)結(jié)論仍應(yīng)成立，此即豎直落體運(yùn)動.至此，伽利略就完成了對自由落體運(yùn)動的研究.
雖然當(dāng)時(shí)伽利略已經(jīng)意識到空氣的阻力將影響物體的下落，但是由于科學(xué)發(fā)展和儀器設(shè)備的限制，當(dāng)時(shí)仍然沒有辦法用實(shí)驗(yàn)手段得到真空，所以并不能真正地完成一個(gè)自由落體運(yùn)動的實(shí)驗(yàn).伽利略的研究也只能停留在理論研究的部分，直到牛頓的時(shí)代， 發(fā)明了抽氣機(jī)，才由牛頓設(shè)計(jì)了錢羽管（又稱牛頓管），真正用實(shí)驗(yàn)證明在真空中，物體下落速度與物體重力無關(guān).于是，伽利略的理論終于從純理論研究進(jìn)入實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，并通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了其正確性.
其實(shí)落體現(xiàn)象一直是引起物理學(xué)家們思考的現(xiàn)象，在伽利略之前，14世紀(jì)的艾伯特認(rèn)為下落物體的速度與下落的距離成正比.另一位14世紀(jì)的學(xué)者，N.奧雷姆根據(jù)對各種運(yùn)動的數(shù)學(xué)研究，提出下落物體的速率與下落的時(shí)間成正比，下落的距離與下落時(shí)間的平方成正比.15世紀(jì)，L.達(dá)芬奇提出在連續(xù)相等的時(shí)間間隔內(nèi)下落物體的距離比為1∶2∶3∶4∶…
問題：伽利略是怎樣建立自己的理論的呢？
學(xué)生思考，回答：伽利略通過四個(gè)環(huán)節(jié)推翻了亞里士多德的結(jié)論并建立自己的理論.
1.運(yùn)用推理方法，使亞里士多德的結(jié)論陷入矛盾中.
2.運(yùn)用理想模型，猜想落體運(yùn)動的規(guī)律.
3.運(yùn)用數(shù)學(xué)方法，推導(dǎo)自由落體運(yùn)動的數(shù)學(xué)表達(dá)式以及可以直接測定的物理量之間的函數(shù)關(guān)系.
4.運(yùn)用實(shí)驗(yàn)方法，對自由落體運(yùn)動定律進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證.
五、伽利略的科學(xué)方法
伽利略對運(yùn)動的研究，不僅確立了許多用于描述運(yùn)動的基本概念，而且創(chuàng)造了一套對近代科學(xué)的發(fā)展極為有益的方法.請同學(xué)們總結(jié)本節(jié)內(nèi)容，歸納這種科學(xué)方法.
同學(xué)討論歸納：對現(xiàn)象的一般觀察→提出假設(shè)→運(yùn)用邏輯得出推論→實(shí)驗(yàn)進(jìn)行檢驗(yàn)→對假設(shè)進(jìn)行修正和推廣→……
教師點(diǎn)評：
1.伽利略的偉大之處就在于他首先采用了實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)猜想的科學(xué)方法.
2.合理的外推對得出正確結(jié)論有很大的幫助.
提出問題：為什么最終我們特別重視伽利略的結(jié)論呢？
（回答：）因?yàn)橘だ詫栴}的研究比較全面，先是通過觀察現(xiàn)象，提出假設(shè)，運(yùn)用邏輯和數(shù)學(xué)推理得出推論，再通過實(shí)驗(yàn)對推論進(jìn)行檢驗(yàn)（這是其他物理家在研究同一問題上缺少的關(guān)鍵環(huán)節(jié)），并對假說進(jìn)行修正和推廣.
他最先研究了慣性運(yùn)動和落體運(yùn)動的規(guī)律，為牛頓第一定律和第二定律的研究鋪平了道路.他倡導(dǎo)實(shí)驗(yàn)和理論計(jì)算相結(jié)合，用實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)理論的推導(dǎo).這種研究方法對以后的科學(xué)研究工作具有重大的指導(dǎo)意義.
而且伽利略不迷信權(quán)威，對待問題勤于思考，敢于提出問題、挑戰(zhàn)權(quán)威，不畏強(qiáng)權(quán)的精神也是我們應(yīng)為之喝彩并學(xué)習(xí)的.
1642年，伽利略在貧病交加中逝世，享年78歲.直到1983年，羅馬教廷正式承認(rèn)，350年前宗教裁判所對伽利略的審判是錯(cuò)誤的.
點(diǎn)評：通過解決此問題體驗(yàn)探索自然規(guī)律的艱辛和喜悅，培養(yǎng)敢于堅(jiān)持真理，勇于創(chuàng)新的科學(xué)精神和實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度，幫助學(xué)生樹立起辯證唯物主義的認(rèn)識論.
課堂訓(xùn)練
1.小鵬搖動蘋果樹，從同一高度一個(gè)蘋果和一片樹葉同時(shí)從靜止下落，發(fā)現(xiàn)蘋果先落地，下面說法正確的是（ ）
A.蘋果和樹葉都是自由落體運(yùn)動
B.蘋果和樹葉的運(yùn)動都不能看成自由落體運(yùn)動
C.蘋果的運(yùn)動可以看作自由落體運(yùn)動，樹葉的運(yùn)動則不能看成自由落體運(yùn)動
D.假如地球上沒有空氣，則蘋果和樹葉會同時(shí)落地
2.伽利略用巧妙的推理推翻了亞里士多德的錯(cuò)誤觀點(diǎn)，從而提出了：“自由落體是一種最簡單的變速運(yùn)動，速度應(yīng)該是均勻變化的”觀點(diǎn).這種方法在科學(xué)研究中叫（ ）[來源:學(xué)科網(wǎng)ZXXK]
A.數(shù)學(xué)推演 B.實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證 C.猜想與假設(shè) D.邏輯推理
3.為了測量一高樓的高度，某人設(shè)計(jì)了如下實(shí)驗(yàn)：在一根長為l的繩兩端各拴一重球，一人站在樓頂上，手執(zhí)繩上端無初速釋放使其自由落下，另一人在樓下測量兩球落地的時(shí)間差Δt，即可根據(jù)l、Δt、g得出樓的高度.（不計(jì)空氣阻力）
（1）從原理上講，這個(gè)方案是否正確？
（2）從實(shí)際測量來看，你估計(jì)最大困難是什么？
（3）若測得l=10 m，Δt=0.4 s，g取10 m/s2，估算樓的高度？
參考答案：1.解析：由于蘋果所受到的空氣阻力比蘋果自身所受重力小得多，可以忽略不計(jì)，因此蘋果的運(yùn)動可視為自由落體運(yùn)動；在沒有空氣阻力的情況下，蘋果、樹葉只受重力作用，因此都是 自由落體運(yùn)動.
答案：CD
2.解析：提出理論，然后由實(shí)驗(yàn)支持、驗(yàn)證的方法叫假設(shè).
答案：C
3.解答：（1）這個(gè)方案正確
設(shè)樓高為H
對下邊的球H-l= g?t2
對上邊的球H= g（t+Δt）2
消去時(shí)間t可求得樓的高度.
（2）計(jì)時(shí)誤差會太大.
（3）整理以上方程代入數(shù)據(jù)可求得樓高36.45 m.
課堂小結(jié)
本節(jié)課重點(diǎn)講述了伽 利略怎樣推翻亞里士多德的結(jié)論并建立自己的理論的.通過伽利略科學(xué)方法的學(xué)習(xí)，培養(yǎng)正確解決問題的思路，樹立正確的科學(xué)觀念.
布置作業(yè)
1.如何證明v∝x的猜想是錯(cuò)誤的？
2.寫一篇短文，談?wù)勛约旱恼J(rèn)識、體會和受到啟發(fā)而想到的問題.
板書設(shè)計(jì)
6 伽利略對自由落體運(yùn)動的研究
一、對自由落體的兩種觀點(diǎn)
1.亞里士多德的錯(cuò)誤觀點(diǎn)
2.伽利略的觀點(diǎn)
二、伽利略的猜想和假說
1.伽利略研究落體運(yùn)動首先應(yīng)解決的問題：描述運(yùn)動所需的概念
2.用來描述物體運(yùn)動性質(zhì)的物理量：時(shí)間、位移、瞬時(shí)速度、平均速度、加速度
3.伽 利略的猜想：v∝t（最后否定掉了）；v∝t
三、伽利略猜想的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證
1.伽利略遇到的困難和解決方案：
困難之一：無法測量瞬時(shí)速度
解決方案：改測位移與時(shí)間的關(guān)系（從靜止開始做勻加速直線運(yùn)動的物體s∝t2）
困難之二：沒有準(zhǔn)確的計(jì)時(shí)工具
解決方案：“沖淡重力”的斜面實(shí)驗(yàn)
2.合理的外推
四、伽利略的科學(xué)方法
對現(xiàn)象的一般觀察→提出假設(shè)→運(yùn)用邏輯得出推論→實(shí)驗(yàn)進(jìn)行檢驗(yàn)→對假設(shè)進(jìn)行修正和推廣
活動與探究
課題：用滴水法測重力加速度.
過程與方法：1.讓水滴落到墊起來的盤子上，可以清晰地聽到水滴落到盤子內(nèi)的聲音.細(xì)心地調(diào)整水 龍頭的閥門，使第一個(gè)水滴碰到盤子聽到響聲的瞬間，注視到第二個(gè)水滴正好從水龍頭滴水處開始下落.
2.聽到某個(gè)響聲時(shí)開始計(jì)時(shí)，并數(shù)“0”，以后每聽到一次響聲，順次加1，直到數(shù)到“100”，停止計(jì)時(shí)，表上時(shí)間的讀數(shù)是40 s.
3.用米尺量出水龍頭滴水處到盤子的距離為78.56 cm.試根據(jù)以上的實(shí)驗(yàn)及其得到的數(shù)據(jù)，計(jì)算出重力加速度的值.
數(shù)據(jù)處理：每滴水由釋放到落 到盤子所需時(shí)間
t= s=0.4 s ①
t時(shí)間內(nèi)水滴下落高度為78.56 cm，設(shè)當(dāng)?shù)刂亓铀俣葹間，則h= gt2 ②
把h=78.56 cm=0.785 6 m代入，解得g=9.82 m/s2.
設(shè)計(jì)點(diǎn)評
本文來自：逍遙右腦記憶 http://m.bianbian123.com/gaoer/76672.html
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