1、6伽利略對自由落體運動的研究整體設計教材分析本節內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.本節是新教材注重過程與方法、情感態度和價值觀的一個標志性內容.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.因此，能否通過這節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，在課堂上經過討論和發表見解，充實和完善伽利略的研究過程

2、與方法.引導學生一步步體會伽利略嚴謹的科學態度、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、數學推導和科學實驗相結合的科學方法.教學難點使學生體會“觀察現象7實驗探索7提出問題7討論問題7解決問題”的科學探究方 式.課時安排1課時三維目標1 .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.2. 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，培養學生探求知識的能力.3. 情感、態度與價值觀從科學研究過程中體驗探索自然規律的艱辛和喜悅，培養敢于堅持真理，勇于創新的科學精神和實事求是的科學

3、態度，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律？學生回憶并回答.物體的下落快慢

4、和重力沒有關系的結論在今天看來似乎并不難以接受.但這個結論卻是伽利略在經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、綿延兩千年的錯誤比如：樹上的一個蘋果和一16世紀以前，以亞里士多人們日常生活的經驗告訴我們，重的物體下落總是比較快.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論，進行神化處理，所以大家都不敢對這一觀點發出公開的質疑. 直到

5、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 律并發表.之后伽利略也由于他的著作而受到教會的迫害，被判處終身監禁，著作也被列為禁書.但科學終究要點評：通過講述以上內容使學生明白科學發展的道路并不是一帆風順的， 向前發展.培養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論并建立自己的理論的呢？通過探究該問題，培養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.學生根據課本提供的內容和事先查閱的資料分組討論，小組推選一位同學發表討論結果.教師總結：伽利略通過四個環節推翻了亞里士多德的結論并建立自己的理論.在提出問題后教師幫助學生得出結論，可運用多媒體進行以

6、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,15641642）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，結果整個系統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，因此整個系統下落的速度要比 8還大.

7、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，但后來又被嚴謹的考證否定了.盡管如此，來自世界各地的人們都要前往參觀，他們把這座古塔看做伽利略的紀念碑）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量無關，那么為什么在現實生活中，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】請你用一支鉛筆和較厚的一本書如圖所示，

8、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是建立概念描述規律的前想，或者叫假說，這是對事物認識的模型，是對事物認識的基礎，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”？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.然后再定義勻加速運動，用于 他對勻加速運動的認識十即v與t成正比;首先定義勻速運動， 表明時間與通過的空間的比例關系. 表述時間與速度的關系. 但在沒有進行數學推導和實驗研究之前，分模糊.一開

9、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， 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.后來發現，如果v與x成正比，將推導出荒謬的結論.所以伽利略的精力集中在 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過任一空間所用時間等于這個物體以一個均勻速率經過同一空間所需 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 過的各段空間的比，等于經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

10、述： 在相等的時間間隔里速度按自然數增加，而在這些相等的時間間隔里所經過的距離的增量之比則等于從1開始的奇數之比.至此，伽利略便完成了自由落體定律的數學表述.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.通過的位移與時解決方案：借助于數學推理得出從靜止開始做勻加

11、速直線運動的物體， 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：通過該問題的創設，培養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，大膽發現，勇于創新.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

12、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歷的時 間.經過多次實驗發現，雖然不斷改變斜面的傾斜度，但得到的結果有共同點：小球經過的 距離的比值等于經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意識到空氣的阻力將影響物體的下落，但是由于科學發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，發明了抽氣機，

13、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.其實落體現象一直是引起物理學家們思考的現象，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.奧雷姆根據對各種運動的數學研究，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.達芬奇提出在連續相等的時間間隔內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：伽利略通過四個環節推翻了亞里士多德的結論并建立

14、自己的理論.1. 運用推理方法，使亞里士多德的結論陷入矛盾中.2. 運用理想模型，猜想落體運動的規律.3. 運用數學方法，推導自由落體運動的數學表達式以及可以直接測定的物理量之間的 函數關系.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，而且創造了一套對近代科學的發展極為有益的方法.請同學們總結本節內容，歸納這種科學方法.同學討論歸納：對現象的一般觀察7提出假設7運用邏輯得出推論7實驗進行檢驗7對 假設進行修正和推廣7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

15、正確結論有很大的幫助.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，先是通過觀察現象，提出假設，運用邏輯和數學推理得出推論，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 關鍵環節），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

16、.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律的艱辛和喜悅，培養敢于堅持真理，勇于創新的科學精神和實事求是的科學態度，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，發現蘋果先落地，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. 蘋果的運動可以看成自由落體運動，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：“

17、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（.實驗驗證邏輯推理某人設計了如下實驗：在一根長為I的繩兩端各拴一重球, 另一人在樓下測量兩球落地的時間A.數學推演BC.猜想與假設D3. 為了測量一高樓的高度，一人站在樓頂上，手執繩上端無初速釋放使其自由落下， 差即可根據I、 t、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I = 10 m, t = 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

18、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：CD2. 解析: 答案：C3. 解答：設樓高為提出理論，然后由實驗支持、驗證的方法叫假設.(1)這個方案正確H對下邊的球對上邊的球消去時間t1 2H l =-g t21 2H= 2g (t + 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據可求得樓高36.45 m.課堂小結通過伽利略本節課重點講述了伽利略怎樣推翻亞里士多德的結論并建立自己的理論的.科學方法的學習，培養正確解決問題的思路，樹立正確的科學觀念.布置作業1如何證明VXX的猜想是錯誤的？2寫一篇

19、短文，談談自己的認識、體會和受到啟發而想到的問題.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：VXt (最后否定掉了)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XXt2)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象的一般

20、觀察7提出假設7運用邏輯得出推論7實驗進行檢驗7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的聲音.細心地調整水龍頭的閥門， 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.1，直到數到2聽到某個響聲時開始計時，并數“ 0”，以后每聽到一次響聲，順次加 “ 100”，停止計時，表上時間的讀數是40 s .3用米尺量出水龍頭滴水處到盤子的距離為78.56 cm試根據以上的實驗及其得到的數據，計算出重力加速度的值.數據處理：每滴水由釋放到落到盤子所需時間40t =而 S = 0.4

21、 S1t時間內水滴下落高度為78.56 cm，設當地重力加速度為g,則h=2gt22把 h = 78.56 cm = 0.785 6 m 代入，解得 g = 9.82 m/s .設計點評為了使學生領略 本教學設計 先讓學生帶著問題本節是新教材注重過程與方法、情感態度和價值觀的一個標志性內容. 從“觀察現象7實驗探索7提出問題7討論問題7解決問題”的科學探究方式. 以“伽利略是怎樣推翻亞里士多德的結論并建立自己的理論”問題展開， 自主探究，再由教師引導，共同歸納、總結.這樣可提高學生自主學習能力、歸納總結的能 力.通過體驗伽利略的科學研究方法，使學生養成良好的思維習慣，發展科學探索興趣.領 略堅

22、持真理、勇于創新、實事求是的科學態度與科學精神.備課資料1. 近代科學之父一一伽利略伽利略(1564 1642)是偉大的意大利物理學家和天文學家，科學革命的先驅.歷史上他首先在科學實驗的基礎上融會貫通了數學、物理學和天文學三門知識，擴大、加深并改變了人類對物質運動和宇宙的認識.伽利略對科學思想的發展有巨大的影響.物理學作為一門科學就是從他這里開始的. 兩條力學原理的發現應當歸功于伽利略.兩條原理不僅對于力學，而且對整個物理學的發展都起了巨大的作用，這就是著名的關于勻變速直線運動的伽利略相對性原理和重力加速度恒定的原理.根據伽利略勻速直線運動相對性原理，牛頓得出了牛頓定律.而愛因斯坦把伽利略的力

23、學的相對性原理推廣到一切物理過程，并由此得出關于空間和時間本性的結果，導致愛因斯坦提出廣義相對論.伽利略還在其他方面有非常多的發明、研究.1609年，伽利略制造出自己的第一臺望遠鏡，可以說這是望遠鏡的第二次誕生伽利略還發明了測溫器(最早的溫度計)，研制出比重計.在直線運動中，伽利略對自由落體運動有獨到的研究，生活在公元前4世紀的希臘哲學家亞里士多德最早闡述了物體下落的快慢由它們的重力大小決定的理論，物體越重，下落得越快.這種看法在其后兩千多年的時間里一直占統治地位.但是這種從表面上的觀察得出的結論實際上是錯誤的.偉大的物理學家伽利略用簡單明了的科學推理，巧妙地提示了亞里士多德的理論內部包含的矛

24、盾他在1638年寫的兩種新科學的對話一書中指出：根據亞里士多德的論斷，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，當我們把兩塊石頭拴在一起時，下落快的會被下落慢的 拖著而減慢，下落慢的會被下落快的拖著而加快，結果整個系統的下落速度應該小于8.但是兩塊石頭拴在一起， 加起來比大石頭還要重， 因此重物體比輕物體的下落速度要小.這樣,就從重物體比輕物體下落得快的假設，推出了重物體比輕物體下落得慢的結論.亞里士多德的理論陷入了自相矛盾的境地.為了證實和傳播哥白尼的日心說，伽利略獻出了畢生精力. 由此，他晚年受到教會迫害，并被終身監禁.1979年，梵

25、蒂岡教皇保羅二世代表羅馬教廷為伽利略公開平反昭雪，認為 教廷在300多年前迫害他是嚴重的錯誤.這表明教廷最終承認了伽利略的主張一一宗教不應 該干預科學.2. 亞里士多德與伽利略給我們的啟示物理教科書上，亞里士多德給同學們的印象不佳，他老是出錯，老是作出一些輕率的結論.同學們覺得亞氏實在太不高明而伽利略則比他偉大百倍.事實上，亞里士多德是古代一位偉大的學者，一位百科全書式的大學問家，他有著成就事業的理性方法，又有幾乎無所不 及的理想成果，他在哲學、邏輯學方面的成就至今還被應用著，不過他在物理學中卻的確是錯誤百出并且謬種流傳， 整整貽誤物理學二十個世紀. 亞里士多德的悲哀不在于頭腦也不全 在于時代，而在于研究方法不當.亞里士多德的物理研究方法有什么特點呢？或許可以用“觀察加直覺”來概括，亞里士多德觀察了眾多的自然現象：火焰向上竄，石頭往下落、馬車要 馬拉著跑、尖厲的聲音傳得遠于是便依賴于直覺推理得出一系列直覺結論.固然，觀察與直覺對物理研究是至關重要的，詳實的觀察與良好的直覺往往導致偉大的發現，觀察使人腦累積事物的形象，形成一種潛知，直覺的想象