伽利略對自由落體運動的研究教案2篇

從容說課

落體運動是一種自然界中廣泛存在的典型運動，自古以來許多人都研究過，伽利略對自由落體運動的研究意義巨大.本節(jié)從生活經(jīng)驗和亞里士多德的觀點出發(fā)進行巧妙推理，使亞里士多德的理論陷入自相矛盾的境地，進而引起學生探究的興趣.本節(jié)課介紹落體運動的研究歷史，主要是介紹伽利略對自由落體運動的研究過程和他的科學思維方法，以及他的巧妙的實驗構思.使學生對自由落體運動的認識上升到更高的層次.本節(jié)教材編寫的脈絡清楚，邏輯推理嚴謹、文字表述生動和通俗易懂，因此，適合于學生自主學習.學生除閱讀教材外，還可閱讀一些課外參考書，從網(wǎng)上查閱一些資料，通過自己獨立的思考，歸納、總結(jié)并提出自己的看法、體會等.

三維目標

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.讓學生初步體會抽象思維、提出假說、科學實驗是進行科學研究的重要思路和方法.

2.通過史實了解伽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，感受探究規(guī)律的幾個必要過程和科學方法的重要性，了解體會一些科學的方法.

情感態(tài)度與價值觀

1.滲透研究自然規(guī)律的科學方法.

2.通過了解史實能培養(yǎng)同學們的意志和科學的方法觀，避免盲目和急功近利思想，提高自己的認識觀.

3.經(jīng)歷伽利略對自由落體運動的研究過程，體驗數(shù)學在研究物理問題中的重要性.體會人類對客觀世界發(fā)現(xiàn)之旅的樂趣.

教學重點

了解探索過程，明確探索的步驟，同時了解實驗及科學的思維方法在探究中的重要作用，從中提煉自己的學習方法.

教學難點

“觀念—思考—推理—猜想—驗證”是本節(jié)的重點思路，也是培養(yǎng)良好思維習慣的重要參考.

教具準備

錄像資料、多媒體課件

課時安排

1課時

教學過程

［新課導入］

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，古希臘偉大的思想家、哲學家亞里士多德（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2 000年，直到16世紀，在意大利的比薩斜塔上，伽利略做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)了實驗和科學推理之先河，將近代物理學以至近代科學推上了歷史的舞臺.

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，領悟這位大師的科學精神、物理思想、研究方法，得其精髓，有所借鑒.

［新課教學］

一、綿延兩千年的錯誤

（課件展示）亞里士多德的觀點：物體越重，下落越快.

公元前，人們對物體下落的研究很少，憑著觀察認為重的物體比輕的物體下落得快.當時，著名的思想家亞里士多德（Aristotle，前384～前322）經(jīng)過了觀察和總結(jié)認為“物體下落的速度與重力成正比”.這一觀點正好應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2 000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識呢？

學生思考問題，交流體會.

生：錯誤認識的根源在于不注意探索事物的本質(zhì)，思考不求甚解.

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】

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.

圖2－5－1

三、猜想與假說

伽利略認為，自由落體是一種最簡單的變速運動.他設想，最簡單的變速運動的速度應該是均勻變化的.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準.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、光滑并且很圓的銅球，放在槽中滾動.將這個木槽的一端抬高一到二庫比特，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.實驗要重復幾次，以便使測得的時間準確到兩次測定的結(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，測定滾下的時間，我們發(fā)現(xiàn)它準確地等于前者的一半.下一步，我們用另一些距離進行試驗，把全長用的時間與全長的二分之一、三分之二、四分之三，或者其他任何分數(shù)所用的時間相比較，像這樣的實驗，我們重復了整整一百次，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，體會其科學方法

師：物體做自由落體運動的速度很快，在當時的實驗條件下，是很難測量其位移和相應的時間，有什么方法可以使物體的速度可以慢一點又能研究勻變速直線運動的？

生：讓小球在傾斜的軌道上滾下，傾角不要太大.

師：當時伽利略就是用這個方法.他設計一個斜面實驗，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，感受科學家的研究方法.

播放影片：

①用形鋁型材，取長約1.6 ｍ的一段為導軌，以節(jié)拍器為計時器.將導軌一端墊高，呈斜面狀，將小球開始運動處作出標記.

②調(diào)整時，啟動節(jié)拍器，隨節(jié)拍聲數(shù)數(shù)“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記；

④從標尺上讀出各標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，重復實驗多次；

師：伽利略在當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行研究呢？

生1：秒表、刻度尺.

生2：打點計時器.

生3：頻閃照相機.

師：桌面上就有打點計時器、小車、木板，每兩位同學為一組，設計實驗，研究初速度為零的勻加速直線運動的位移和時間的關系，并設計表格記錄實驗數(shù)據(jù).

學生活動：討論并設計實驗方案，5分鐘后進行交流.

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，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，下面進行實驗并對實驗數(shù)據(jù)進行處理.

學生活動：兩人為一組進行實驗，并對實驗數(shù)據(jù)進行處理.

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)，＝==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，與四百年前伽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=恒量，恒量的數(shù)值隨著斜面傾角增大而增大.當斜面傾角增大到90，即斜面與地面垂直時，小球?qū)⒆杂上侣?，成為自由落體，x∝t2的關系仍然成立，此時的比值為最大，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)系進行科學研究的思想，開辟了一條科學研究之路.

【讀一讀】

物理學家于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備，得出最根本、最單純的科學結(jié)論.其實，科學美蘊藏于各門科學的實驗之中，有待于我們在學習過程中不斷感悟和發(fā)現(xiàn).

五、伽利略的科學方法

對現(xiàn)象一般觀察—提出猜想—運用邏輯推理—實驗對推理驗證－對猜想進行修證（補充）—推廣應用.

伽利略的科學思想方法的核心是把實驗和邏輯推理（包括數(shù)學推理）和諧地結(jié)合起來，從而有力地推進了人類科學認識的發(fā)展.

【課堂訓練】

1.在物理學的發(fā)展歷程中，下面的哪位科學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的科學方法，把實驗和邏輯推理和諧地結(jié)合起來，從而有力地推進了人類科學的發(fā)展

A.亞里士多德 B.伽利略C.牛頓D.愛因斯坦

2.紅孩同學搖動蘋果樹，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.甲同學看到乙同學從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：B

2.答案：CD

3.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（差別很小），下落快慢不同的原因是重力不同.

［小結(jié)］

通過這節(jié)課的學習，我們從伽利略對落體的研究上，學習他的觀察思考等科學方法，為我們下一步（以后）的探究打下基礎，不能盲目，也不能懼怕困難，要用科學的方法指導我們.

［布置作業(yè)］

請仔細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?

參考答案：如下表所示.

在一般物理問題的研究中，并不需要完整地經(jīng)歷這些步驟.

［課外訓練］

1.在學習物理知識的同時，還應當十分注意學習物理學研究問題的思想和方法，從一定意義上說，后一點甚至更重要.偉大的物理學家伽利略的研究方法對于后來的科學研究具有重大的啟蒙作用，至今仍然具有重要意義.請你回顧伽利略探究物體下落規(guī)律的過程，判定下列哪個過程是伽利略的探究過程

A.猜想—問題—數(shù)學推理—實驗驗證—合理外推—得出結(jié)論

B.問題—猜想—實驗驗證—數(shù)學推理—合理外推—得出結(jié)論

C.問題—猜想—數(shù)學推理—實驗驗證—合理外推—得出結(jié)論

D.猜想—問題—實驗驗證—數(shù)學推理—合理外推—得出結(jié)論

2.在伽利略的時代，技術不發(fā)達，無法直接測量自由落體的瞬時速度，伽利略采用了一個巧妙的方法，用來“沖淡”重力.伽利略讓銅球沿阻力很小的斜面滾下（如圖2－5－2所示），得出結(jié)論：銅球在斜面上做____________運動，進一步科學推理得出結(jié)論：自由落體運動是一種_______________運動，并且所有落體在自由下落時的加速度都________（填“相同”或“不同”）.

圖2－5－2

3.伽利略用實驗驗證v∝t的最大困難是

A.不能很準確地測定下落的距離B.不能測出下落物體的瞬時速度

C.當時沒有測量時間的儀器D.當時沒有記錄落體運動的數(shù)碼相機

參考答案

1.答案：C

解析：伽利略探究物體下落規(guī)律的過程是：先對亞里士多德對落體運動的觀察得出的結(jié)論提出質(zhì)疑——大小石塊捆在一起下落得出矛盾的結(jié)論，猜想——下落的運動是最簡單的運動，速度與時間成正比；數(shù)學推理——如果v∝t，則有h∝t2；實驗驗證——設計出斜面實驗并進行研究，得出光滑斜面上滑下的物體的規(guī)律h∝t2；合理外推——將光滑斜面上滑下的物體的規(guī)律h∝t2推廣到落體運動.從探究的過程看，答案應是C.

2.初速度為零的勻加速直線 初速度為零、加速度為g的勻加速直線 相同

3.答案：B

解析：雖然伽利略時代也沒有精確測量時間的儀器，但對驗證v∝t的關系而言，無法測出下落物體的瞬時速度是最大的困難（實際上，當時對瞬時速度的含義也是不清楚的）.

板書設計

5 伽利略對自由落體運動的研究

活動與探究

亞里士多德是古代偉大的思想家、哲學家，但他在物理學方面的結(jié)論：如物體的運動需要力來維持，重的物體比輕的物體落得快等，卻是錯誤的.這是為什么呢？英國哲學家培根（F.Bacon）有一句名言：“讀史使人明智.”請帶著這個問題去圖書館或上網(wǎng)查找亞里士多德和伽利略的有關資料，寫一篇關于這兩位偉大學者的科學觀念、方法、態(tài)度等的調(diào)研報告.

伽利略對自由落體運動的研究教案二

一、 教材分析

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.過去的教學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，該教學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.

二、 教學目標

（一）教學目標：

1、了解伽利略對自由落體運動的研究思路和方法；

2、能夠合理設計實驗，并將實驗數(shù)據(jù)用圖線法處理。

（二）過程和方法：

1、經(jīng)歷伽利略對自由落體運動的研究方法，感悟科學探究的方法；

2、分組進行科學探究活動，完成實驗操作；

3、培養(yǎng)學生進行數(shù)學推理和圖象處理數(shù)據(jù)的能力。

（三）情感目標：

1、激發(fā)了學生學習伽利略敢于向權威挑戰(zhàn)，善于觀察思考，知難而進的優(yōu)秀品質(zhì)；

2、培養(yǎng)學生耐心細致的意志品質(zhì)，創(chuàng)新思想和互相協(xié)作的精神。

三、 教學重點

通過重現(xiàn)重大發(fā)現(xiàn)的歷史過程，讓學生親臨其境探究伽利略對自由落體運動研究的實驗，學習其科學思維方法和巧妙的實驗構思。

四、 教學難點

（1）當無法驗證自由落體運動是初速度為零的勻加速直線運動時，如何引導學生巧妙設計斜面實驗間接驗證；

（2）引導學生在實驗過程中怎樣進行合理猜想、數(shù)學推理、合理外推等重要方法。

五、 教學過程

（一）預習檢查、總結(jié)疑惑

1、教師提問：我們在上一節(jié)課已經(jīng)學習了自由落體運動知道：

（1）定義？（物體只在重力作用下從靜止開始下落的運動）

（2）實質(zhì)？（初速度為0的勻加速直線運動）

2、教師指出：紙張比石頭下落得慢是由于空氣阻力的影響，但使人誤以為“重物比輕物下落得快”。這正是統(tǒng)治了兩千多年的亞里士多德的觀點。

（二）情景引入、展示目標

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，古希臘偉大的思想家、哲學家亞里士多德（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2 000年，直到16世紀，在意大利的比薩斜塔上，伽利略做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)了實驗和科學推理之先河，將近代物理學以至近代科學推上了歷史的舞臺.

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，領悟這位大師的科學精神、物理思想、研究方法，得其精髓，有所借鑒.

（三）合作探究、精講點播

一、綿延兩千年的錯誤

亞里士多德的觀點：物體越重，下落越快.

公元前，人們對物體下落的研究很少，憑著觀察認為重的物體比輕的物體下落得快.當時，著名的思想家亞里士多德（Aristotle，前384～前322）經(jīng)過了觀察和總結(jié)認為“物體下落的速度與重力成正比”.這一觀點正好應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2 000多年，從沒有人對它提出異議.

交流與討論：為什么會有錯誤的認識呢？

錯誤認識的根源在于不注意探索事物的本質(zhì)，思考不求甚解.

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.

三、猜想與假說

伽利略認為，自由落體是一種最簡單的變速運動.他設想，最簡單的變速運動的速度應該是均勻變化的.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.伽利略假設第一種方式最簡單，并把這種運動叫做勻變速運動.