伽利略对自由落体运动的研究教学设计

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1、伽利略对自由落体运动的研究 教学设计教材依据高中物理必修（一）教学流程复习并引入新课（学生展示自己收集的素材）-提出问题（学生分组讨论）-展示课件及探究过程（协助学生归纳总结）-启发思考（学生谈探究过程 体会）-总结并布置作业教学目标一、知识与技能目标：了解伽利略的科学探究思想二、过程与方法目标：了解伽利略的推理过程，体会并学习伽利略所采用的科学的探究方法三、情感态度价值观目标：（1）经历伽利略的探究过程，感受伽利略不迷信权威，敢于提出问题，积极探索及实事的精神(2)通过探究过程中，培养学生良好的思考、分析、解决问题的思路和习 惯。教学重点了解伽利略对物体下落运动快慢问题的实验探究过程，认识伽

2、利略有关实验的科学思想和研究方法。教学难点在当时比较落后的环境中再现伽利略的研究过程与方法。教学媒体多媒体课件、模拟实验课件教学过程过程方式探究内容及过程学生活动多媒体课件引入课题习 问 复 提上一节学习了自由落体运动，那么什么是自由落体运 动，自由落体运动的规律有哪些？物体的下落快慢和 质量没有关系的结论在今天看来似乎并不难以接受。但这个结论却是历史上物理学家伽利略在经历长时间 的思考和实践后才得出的，今天我们就要一起来回顾学生 回忆 并回 答伽利略的探究过程。学生由学人们日常生活的经验告诉我们，重的物体下落总根据生展是比较快。比如：高处的一个石块和一片树叶同时从课本示搜树上同一咼度掉下来，

3、一疋是石块先洛地。所以在1提供索得6世纪以前，以亚里士多德为代表的学者认为物体下的内到的落的快慢由物体的重量决定，物体越重下落越快。由容和图片提冋于亚里士多德在各方面的突出成就，人们将他的观点学生事先和资奉为经典，当时的教科书上这样写，众多学者也认同。发表查阅料，虽然也有人表示怀疑，但由于教会利用他的结论，进结果的资教师行神化处理，所以大家都不敢对这一观点发出公开的同料分补充新同质疑。直到后来由伽利略通过推理的方法研究下落运组讨部分课时，动的规律并发表。之后伽利略也由于他的著作而受到教师论，资料教会的迫害，被判处终身监禁，著作也被列为禁书。补充小组和图总结那么伽利略是怎么推翻亚里士多德的结论并

4、建立推选片C启发自己的理论的呢？一位AI同学课件思考总结：发表演伽利略通过四个环节推翻了亚里士多德的结论并讨论示，建立自己的理论。结果模拟学生斜塔1 运用推理方法，使亚里士多德的结论陷入矛思实验盾中。考，CA在教I课用绳子把两块石头连在一起，由于总体重量大于师引件演任一石头，按亚里士多德的观点，其下落速度应大于导下示，任一石头单独下落的速度；另一方面，用绳子连在一回答模拟起的两块石头毕竟仍是分开运动的，大石头运动得快，不同小石头运动得慢，大石头必然会被小石头“向上拉”，倾角使总体的运动速度小于大石头单独运动的速度。的斜用同一观点分析同一问题却得到完全矛盾的两个面实结论，说明亚里士多德的观点是错

5、误的。验钱2 运用理想模型，猜想落体运动的规律首先定羽管义匀速运动，表明时间与通过的空间的比例关系。然（牛后再定义匀加速运动，用于表述时间与速度的关系。顿但在没有进行数学推导和实验研究之前，他对匀加速管）运动的认识十分模糊。一开始他的设想有两个，一个演示是速度的变化对时间来说是均匀的，即V与t成正比；实验另一种是速度的变化对位移来说是均匀的，即V与X成正比。后来发现，如果V与X成正比，将推导出荒谬的结论。所以伽利略的精力集中在V与t成正比的研究上。3 运用数学方法，推导自由洛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。在定义匀速运动的基础上，伽利略提出第一定理， 即平均速度定理：

6、一个从静止开始的匀加速运动的物 体经过任一空间所用时间等于这个物体以一个均匀速 率经过同一空间所需的时间。这个均匀速率值等于最 高速率和加速刚开始前的速率的平均值即V =( V 0 + v t )/2 以第一定理为基础，伽利略又推出定理二： 一个从静止开始的匀速运动下落的物体所经过的各段 空间的比，等于经过这些距离对应所用的各个时间间 隔的平方之比。伽利略又给出定理二的另一种表述： 在相等的时间间隔里速度按自然数增加，而在这些相 等的时间间隔里所经过的距离的增量之比则等于从1 开始的奇数之比。至此，伽利略便完成了自由落体定 律的数学表述。伽利略修正了早期对于自由落体运动 的一些错误提法，提出正

7、确的表述：在匀加速运动中， 落体的瞬时速度正比于下落的时间，经过的距离正比 于时间的平方。这样，并不需要测量瞬时速度，只要 测定t与对应的S就可以了。4运用实验方法，对自由落体运动定律进行实 验验证。伽利略亲自登上比萨斜塔，（当然伽得略是否亲自 登上比萨斜塔是有争论的）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

8、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9 0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，所以并不能真正的完 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

9、正用 实验证明在真空中，物体下落速度与物体重量无关。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: 为什么最终我们特别重视伽利略的结论呢？回答：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

10、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。布置作业根据课堂了解伽利略的事迹，以及课前查阅的伽利略的生平等资 料，整理

11、体会伽利略的研究过程及其对物理学的重大贡献。教学设计说明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。为了更好地突破 以上难点，落实新课标的精神，我在教学策略上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、不畏强权实事求是的探索精神和正确的解决 问题的思路，树立正确的科学观念。反思该教案是新课标教材中与旧教材相比更能体现培养学生综合素质，重视除知识技能外还培养了学生探究物理过程能力的一个课例。教学设计能较好的把握新 课标的精神，在课堂教学前发动学生收集资料， 培养学生收集和整理信息；在课 堂上能给予学生展现自己所收集资料的机会， 培养学生的表达和应变能力；课后 仍给与延续学习的机会，将使学生对这节课的学习留下极深的印象， 从而改变物 理学科枯燥的传统说法，使学习物理的过程充满乐趣，为以后物理学习打好心理 基础。