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：（）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。（）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，认识伽利
2、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 入课题复习提问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伽利略的探究过程。学生回忆并回答 新课提问学生发表结果同时，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：高处的一个石块和一片树叶同时从树上同一高度掉下来，一定是石块
3、先落地。所以在世纪以前，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，人们将他的观点奉学生根据课本提供的内容和事先查阅的资由学生展示搜索得到的图片和资料，教师补充总结启发思考 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。直到后来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
4、个环节推翻了亚里士多德的结论并建立自己的理论。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“向上拉”，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料分组讨论，小组推选一位同学发表讨论结果学生思考，在教师引导下回答教师补充部分资料和图片课件演示，模拟斜塔实验课件演示，模拟不同倾角的斜面实验钱羽管（牛顿管）演示实验结论，说明亚里士多德的观
5、点是错误的。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，即与成正比；另一种是速度的变化对位移来说是均匀的，即与成正比。后来发现，如果与成正比，将推导出荒谬的结论 。所以伽利略的精力集中在与成正比的研究上。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
6、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 =( )/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。
7、这样，并不需要测量瞬时速度，只要 测定与对应的就可以了。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 以明确是否真的与的平方成正比。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：
8、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
9、现象一直是引起物理学家们思考的现象，在伽利略之前，世纪的艾伯特认为下落物体的速度与下落的距离成正比。另一位世纪的学者，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。世纪，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：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 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
10、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
11、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。
