整體設計
本節(jié)內(nèi)容是讓學生了解并學習伽利略研究自由落體運動的科學思維方法和巧妙的實驗構思.教材編寫的脈絡清楚，邏輯推理嚴謹，文字表述生動、通俗易懂，因此，適合于學生自主學習.
本節(jié)是新教材注重過程與方法、情感態(tài)度和價值觀的一個標志性內(nèi)容.過去的過分注重對知識與技能的掌握，而忽略了對科學精神、科學研究方法的培養(yǎng).因此，能否通過這節(jié)課的學習讓學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家的高尚情操，就成為這節(jié)課最終的目標.為了更好地落實新課標的精神，該策略采用了先讓學生收集相關資料，在課堂上經(jīng)過討論和發(fā)表見解，充實和完善伽利略的研究過程與方法.引導學生一步步體會伽利略嚴謹?shù)目茖W態(tài)度、不畏強權的探索精神和正確地解決問題的思路，樹立正確的科學觀念.
教學重點
讓學生了解抽象思維、數(shù)學推導和科學實驗相結(jié)合的科學方法.
教學難點
使學生體會“觀察現(xiàn)象→實驗探索→提出問題→討論問題→解決問題”的科學探究方式.
課時安排
1課時
三維目標
知識與技能
1.明確伽利略對自由落體運動的研究方法.
2.領會伽利略的科學思想.
過程與方法
了解伽利略的實驗研究過程，認識伽利略有關實驗的科學思想和方法，培養(yǎng)學生探求知識的能力.
情感態(tài)度與價值觀
從科學研究過程中體驗探索自然規(guī) 律的艱辛和喜悅，培養(yǎng)敢于堅持真理，勇于創(chuàng)新的科學精神和實事求是的科學態(tài)度，逐步幫助學生樹立起辯證唯物主義的認識論.
課前準備
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、多媒體教學設備、自制課件
教學過程?
導入新課
故事導入
古希臘哲學家亞里士多德認為，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.其實古代時我國也出現(xiàn)過這種故事：傳說三國時期，周倉欲與關羽比力氣，關羽說你能把一根稻草丟過河嗎？周倉多次試丟未成，反問關羽.關羽隨手將一捆稻草輕易丟過了河，令周倉折服.這個故事真能說明關羽臂力過人嗎？為什么？
復習導入
上一節(jié)課學習了自由落體運動，什么是自由落體運動？自由落體運動有哪些規(guī)律？
學生回憶并回答.
物體的下落快慢和重力沒有關系的結(jié)論在今天看來似乎并不難以接受.但這個結(jié)論卻是伽利略在經(jīng)歷了長時間的思考和實踐后才得出的.今天我們就要一起來回顧伽利略的研究過程.
推進新課
一、綿延兩千年的錯誤
人們?nèi)粘Ｉ�活的�?jīng)驗告訴我們，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從樹上同一高度掉下來，一定是蘋果先落地.所以在16世紀以前，以亞里士多德為代表的學者認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，人們將他的觀點奉為經(jīng)典，當時的教科書上這樣寫，眾多學者也認同.雖然也有人表示懷疑，但由于教會利用他的結(jié)論，進行神化處理，所以大家都不敢對這一觀點發(fā)出公開的質(zhì)疑.直到文藝復興時期，才由伽利略通過推理的方法研究下落運動的規(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.
點評：通過講述以上內(nèi)容使學生明白科學發(fā)展的道路并不是一帆風順的，但科學終究要向前發(fā)展.培養(yǎng)學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)學生探求知識 的能力，體會伽利略有關實驗的科學思想和方法.
學生根據(jù)課本提供的內(nèi)容和事先查閱的資料分組討論，小組推選一位同學發(fā)表討論結(jié)果.
教師總結(jié)：伽利略通過四個環(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生得出結(jié)論，可運用多媒體進行以下操作：
展示圖片和資料.
課件模擬斜塔實驗.
課件模擬不同傾角的斜面實驗.
錢羽管（牛頓管）演示實驗.
二、邏輯的力量
學生閱讀：
16世紀末，意大利比薩大學的 青年學者伽利略（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，當我們把兩塊石頭捆在一起時，大石頭會被小石頭拖著而減慢，結(jié)果整個系統(tǒng)的下落速度應該小于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，伽利略認為只有一種可能性：重物 與輕物應該下落得同樣快.（傳說伽利略在比薩斜塔上做過落體實驗，但后來又被嚴謹?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，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，體驗伽利略佯謬.
三、猜 想與假說
伽利略運用理想模型，猜想運動的規(guī)律.
在有了認真觀察，仔細思考和較為嚴密的推理之后，對問題的認識就要有一個科學的猜想，或者叫假說，這是對事物認識的模型，是對事物認識的基礎，是建立概念描述規(guī)律的?前提.
展示課件，提出問題：
1.伽利略研究落體運動首先應解決的問題是什么？
2.用什么量來描述物體“運動性質(zhì)”？
3.伽利略作了怎樣的猜想？
學生閱讀課文，思考問題，小組討論，選代表回答.
首先定義勻速運動，表明時間與通過的空間的比例關系.然后再定義勻加速運動，用于表述時間與速度的關系.但在沒有進行數(shù)學推導和實驗研究之前，他對勻加速運動的認識十分模糊.一開始他的設想有兩個，一個是速度的變化對時間來說是均勻的，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.
在定義勻速運動的基礎上，伽利略提出第一定理，即平均速度定理：一個從靜止開始的勻加速運動的物體經(jīng)過任一空間所用時間等于這個物體以一個均勻速率經(jīng)過同一空間所需的時間.這個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，伽利略又推出定理二：一個從靜止開始的勻速運動下落的物體所經(jīng)過的各段空間的比，等于經(jīng)過這些距離對應所用的各個時間間隔的平方之比.伽利略又給出定理二的另一種表述：在相等的時間間隔里速度按自然數(shù)增加，而在這些相等的時間間隔里所經(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)學表述.伽利略修正了早期對于自由落體運動的一些錯誤提法，提出正確的表述：在勻加速運動中，落體的瞬時速度正比于下落的時間，經(jīng)過的距離正比于時間的平方.
這樣，并不需要測量瞬時速度，只要測定t與對應的s就可以了.
四、伽利略猜想的實驗驗證
猜想畢竟是猜想，是否正確，是否具有指導意義，還需要驗證.
展示問題：伽利略遇到了什么困難？如何解決的？
（學生仔細閱讀后討論， 得出）
1.困難之一：無法測量瞬時速度.
解決方案：借助于數(shù)學推理得出從靜止開始做勻加速直線運動的物體，通過的位移與時間的平方成正比.
2.困難之二：沒有準確的計時工具，無法測定像自由落體這樣較短的時間.
解決方案：設計了著名的“沖淡重力”的斜面實驗.
點評：通過該問題的創(chuàng)設，培養(yǎng)學生自主探究的能力，體會伽利略所采用的方法的巧妙，鼓勵學生要敢于猜想，大膽發(fā)現(xiàn)，勇于創(chuàng)新.
多媒體 展示：傳說中（并無歷史事實記錄），伽利略親自登上比薩斜塔，讓兩個輕重不同的球同時從手中開始下落，結(jié)果兩球同時落地.因為塔并不高，而且物體在下落時速度又很快，所以這個實驗有其局限性，難以明確s是否真的與t的平方成正比.于是，伽利略又在設計另一實驗??斜面實驗.
由于伽利略時代的實驗儀器不能精確測量快速下落所需的時間，所以他設想通過斜面落體來“沖淡重力”，并通過延伸斜面和控制斜面傾角來控制物體運動的速度和所經(jīng)歷的時間.
經(jīng)過多次實驗發(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：小球經(jīng)過的距離的比值等于經(jīng)過這些距離對應所用時間間隔的平方之比.伽利略在這個基礎上進行合理外推，當傾角增大到90度時，實驗結(jié)論仍應成立，此即豎直落體運動.至此，伽利略就完成了對自由落體運動的研究.
雖然當時伽利略已經(jīng)意識到空氣的阻力將影響物體的下落，但是由于科學發(fā)展和儀器設備的限制，當時仍然沒有辦法用實驗手段得到真空，所以并不能真正地完成一個自由落體運動的實驗.伽利略的研究也只能停留在理論研究的部分，直到牛頓的時代， 發(fā)明了抽氣機，才由牛頓設計了錢羽管（又稱牛頓管），真正用實驗證明在真空中，物體下落速度與物體重力無關.于是，伽利略的理論終于從純理論研究進入實驗驗證，并通過實驗驗證了其正確性.
其實落體現(xiàn)象一直是引起物理學家們思考的現(xiàn)象，在伽利略之前，14世紀的艾伯特認為下落物體的速度與下落的距離成正比.另一位14世紀的學者，N.奧雷姆根據(jù)對各種運動的數(shù)學研究，提出下落物體的速率與下落的時間成正比，下落的距離與下落時間的平方成正比.15世紀，L.達芬奇提出在連續(xù)相等的時間間隔內(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？
學生思考，回答：伽利略通過四個環(huán)節(jié)推翻了亞里士多德的結(jié)論并建立自己的理論.
1.運用推理方法，使亞里士多德的結(jié)論陷入矛盾中.
2.運用理想模型，猜想落體運動的規(guī)律.
3.運用數(shù)學方法，推導自由落體運動的數(shù)學表達式以及可以直接測定的物理量之間的函數(shù)關系.
4.運用實驗方法，對自由落體運動定律進行實驗驗證.
五、伽利略的科學方法
伽利略對運動的研究，不僅確立了許多用于描述運動的基本概念，而且創(chuàng)造了一套對近代科學的發(fā)展極為有益的方法.請同學們總結(jié)本節(jié)內(nèi)容，歸納這種科學方法.
同學討論歸納：對現(xiàn)象的一般觀察→提出假設→運用邏輯得出推論→實驗進行檢驗→對假設進行修正和推廣→……
教師點評：
1.伽利略的偉大之處就在于他首先采用了實驗檢驗猜想的科學方法.
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：）因為伽利略對問題的研究比較全面，先是通過觀察現(xiàn)象，提出假設，運用邏輯和數(shù)學推理得出推論，再通過實驗對推論進行檢驗（這是其他物理家在研究同一問題上缺少的關鍵環(huán)節(jié)），并對假說進行修正和推廣.
他最先研究了慣性運動和落體運動的規(guī)律，為牛頓第一定律和第二定律的研究鋪平了道路.他倡導實驗和理論計算相結(jié)合，用實驗檢驗理論的推導.這種研究方法對以后的科學研究工作具有重大的指導意義.
而且伽利略不迷信權威，對待問題勤于思考，敢于提出問題、挑戰(zhàn)權威，不畏強權的精神也是我們應為之喝彩并學習的.
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，350年前宗教裁判所對伽利略的審判是錯誤的.
點評：通過解決此問題體驗探索自然規(guī)律的艱辛和喜悅，培養(yǎng)敢于堅持真理，勇于創(chuàng)新的科學精神和實事求是的科學態(tài)度，幫助學生樹立起辯證唯物主義的認識論.
課堂訓練
1.小鵬搖動蘋果樹，從同一高度一個蘋果和一片樹葉同時從靜止下落，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.蘋果的運動可以看作自由落體運動，樹葉的運動則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
2.伽利略用巧妙的推理推翻了亞里士多德的錯誤觀點，從而提出了：“自由落體是一種最簡單的變速運動，速度應該是均勻變化的”觀點.這種方法在科學研究中叫（ ）[來源:學科網(wǎng)ZXXK]
A.數(shù)學推演 B.實驗驗證 C.猜想與假設 D.邏輯推理
3.為了測量一高樓的高度，某人設計了如下實驗：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間差Δt，即可根據(jù)l、Δt、g得出樓的高度.（不計空氣阻力）
（1）從原理上講，這個方案是否正確？
（2）從實際測量來看，你估計最大困難是什么？
（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，因此蘋果的運動可視為自由落體運動；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 自由落體運動.
答案：CD
2.解析：提出理論，然后由實驗支持、驗證的方法叫假設.
答案：C
3.解答：（1）這個方案正確
設樓高為H
對下邊的球H-l= g?t2
對上邊的球H= g（t+Δt）2
消去時間t可求得樓的高度.
（2）計時誤差會太大.
（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.通過伽利略科學方法的學習，培養(yǎng)正確解決問題的思路，樹立正確的科學觀念.
布置作業(yè)
1.如何證明v∝x的猜想是錯誤的？
2.寫一篇短文，談談自己的認識、體會和受到啟發(fā)而想到的問題.
板書設計
6 伽利略對自由落體運動的研究
一、對自由落體的兩種觀點
1.亞里士多德的錯誤觀點
2.伽利略的觀點
二、伽利略的猜想和假說
1.伽利略研究落體運動首先應解決的問題：描述運動所需的概念
2.用來描述物體運動性質(zhì)的物理量：時間、位移、瞬時速度、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、伽利略猜想的實驗驗證
1.伽利略遇到的困難和解決方案：
困難之一：無法測量瞬時速度
解決方案：改測位移與時間的關系（從靜止開始做勻加速直線運動的物體s∝t2）
困難之二：沒有準確的計時工具
解決方案：“沖淡重力”的斜面實驗
2.合理的外推
四、伽利略的科學方法
對現(xiàn)象的一般觀察→提出假設→運用邏輯得出推論→實驗進行檢驗→對假設進行修正和推廣
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.細心地調(diào)整水 龍頭的閥門，使第一個水滴碰到盤子聽到響聲的瞬間，注視到第二個水滴正好從水龍頭滴水處開始下落.
2.聽到某個響聲時開始計時，并數(shù)“0”，以后每聽到一次響聲，順次加1，直到數(shù)到“100”，停止計時，表上時間的讀數(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)以上的實驗及其得到的數(shù)據(jù)，計算出重力加速度的值.
數(shù)據(jù)處理：每滴水由釋放到落 到盤子所需時間
t= s=0.4 s ①
t時間內(nèi)水滴下落高度為78.56 cm，設當?shù)刂亓�加速度為g，則h= gt2 ②
把h=78.56 cm=0.785 6 m代入，解得g=9.82 m/s2.
設計點評

本文來自：逍遙右腦記憶 http://www.portlandfoamroofing.com/gaoer/76672.html

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