教案-全国-2010_高中物理 第二章第6节伽利略对自由落体运动的研究教案 新人教版必修1.rar

伽利略对自由落体运动的研究教材依据人民教育出版社高中物理必修①第二章第6节教学流程图教学目标一、知识与技能目标：了解伽利略的科学研究思想二、过程与方法目标：了解伽利略的推理过程，体会伽利略所采用的科学的研究方法三、情感态度价值观目标：（１）经历伽利略的研究过程，感受伽利略不迷信权威，敢于提出问题，积极探索的精神。（２）在经历研究过程中，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研究工作，认识伽利略有关实验的科学思想和方法教学难点再现伽利略的研究过程与方法教学媒体相关的图片挂图和资料幻灯片、模拟斜塔实验的ＣＡＩ课件教学过程环节方式教学内容学生活动多媒体应用引入复习提问上一节课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？物体的下落快慢和重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伽利略的研究过程。学生回忆并回答新课提问学生发表结果同时，师补充总结启发思考教师介绍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：树上的一颗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量决定，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。那么伽利略是怎么推翻亚里士多德的结论并建立自己的理论的呢？总结：伽利略通过四个环节推翻了亚里士多德的结论并建立自己的理论。１．运用推理方法，使亚里士多德的结论陷入矛盾中。用绳子把两块石头连在一起，由于总体重量大于任一石头，按亚里士多德的观点，其下落速度应大于任一石头单独下落的速度；另一方面，用绳子连在一起的两块石头毕竟仍是分开运动的，大石头运动得快，小石头运动得慢，大石头必然会被小石头“拖后腿”，使总体的运动速度小于大石头单独运动的速度。用同一观点分析同一问题却得到完全矛盾的两个结论，说明亚里士多德的观点是错误的。２．运用理想模型，猜想落体运动的规律首先定义匀速运动，表明时间与通过的空间的比例关系。然后再定义匀加速运动，用于表述时间与速度的关系。但在没有进行数学推导和实验研究之前，他对匀加速运动的认识十分模糊。一开始他的设想有两个，一个是速度的变化对时间来说是均匀的，即ｖ与ｔ成正比；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。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：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＝ｖ０＋ｖｔ２）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。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。