人教版高中物理必修1教案：《伽利略对自由落体运动的研究》

《伽利略对自由落体运动人教版高中物理必修1教案：
的研究》
课本剖析
本传授设计选自人教版新课标高中物理课本第二章第六节《伽利略对自由落体运动的研究》，本节先容亚里士多德，伽利略的看法，让学生感受科学的进步和不断的成长。

并对伽利略的实验举行详细的探究，使学生越发深刻的理解和理解科学探究思想和要领。

传授目标
知识与技术
1．明白落体运动研究的史实，明白逻辑推理的特色；
2．理离任何猜测和假说都须要有实验验证的重要性。

历程与要领
1．让学生初步领会抽象思维、发起假说、科学实验是举行科学研究的重要思路和要领；
2．议决史实明白伽利略研究自由落体纪律的历程，领会其推理要领的玄妙，同时明白猜测的必要性，感受探究纪律的几个必要历程和科学要领的重要性，明白领会一些科学的要领。

情绪态度与代价观
1．渗透研究自然纪律的科学要领；
2．议决明白史实能培育同砚们的意志和科学的要领观，避免盲目和急功近利思想，进步自己的明白观；
3．履历伽利略对自由落体运动的研究历程，体验数学在研究物理标题中的重要性。

领会人类对客观世界发觉之旅的乐趣。

传授重难点
重点：
明白探索历程，明确探索的步骤，同时明白实验及科学的思维要领在探究中的重要作用，从中提炼自己的学习要领。

难点：
“看法—思考—推理—猜测—验证”是本节的重点思路，也是培育优良思维
习惯的重要参考。

传授准备
1、多媒体课件；
2、学生完成相应预习内容；
3、学生课前查阅相关背景资料，搜集有关资料。

传授历程
【新课导入】
我们用手拿一个小球和一张纸片，放开后，小球和纸片从稳定开始下落.我们可以看到，小球先落地，纸片后落地。

公元前4世纪，古希腊伟大的思想家、哲学家亚里士多德（Arestotle）根据与我们类似的查看，直接得出结论：重的物体比轻的物体下落得快。

亚里士多德的论断流传了近2 000年，直到16世纪，在意大利的比萨斜塔上，伽利略做了著名的两个球同时落地的实验，两个轻重不同的小球同时落地的声音，是那样的响亮美妙，又是那样的发聋振聩！它动摇了人们头脑中的旧看法，开创了实验和科学推理之先河，将近代物理学以至近代科学推上了汗青的舞台。

本日这节课我们就一起来履历伽利略对自由落体运动的研究历程，明白这位大家的科学物质、物理思想、研究要领，得其精华，有所鉴戒。

【设计意图】从生活现象出发，让同砚们感受到物理知识遍布生活各处，激发学生的学习热情。

【新课传授】
一、绵延两千年的错误
落体的运动是司空见惯的，但人类对它的明白却履历了
差不多两千年的时间。

爱因斯坦曾经颇为感慨地说：“有一
个基本标题，几千年来都因为它太纷乱而含糊不清，这便是
运动的标题。

”最早研究运动标题的，大概要算古希腊学者
亚里士多德了。

是什么因素决定一个下落物体的快慢呢？通常查看到
的事实是，一块石头比一片树叶落得快些……公元前，人们对物体下落的研究很少，凭着查看以为重的物体比轻的物体下落得快。

当时，著名的思想家亚里士多
德（Aristotle，前384～前322）议决了查看和总结以为“物体下落的速度与重力成正比”，这一看法正好应和了人们潜意识里的想法；同时，它又是伟大的亚里士多德发起的论断，人们深信不疑。

从那以后，人们鉴别物体下落的快慢，甚至给孩子们上课时一直坚定这一看法，这一看法一直延续了2019多年，从没有人对它发起异议，大众都奉为经典。

亚里士多德的看法：物体越重，下落越快。

【交流与讨论】
发起标题：为什么会有错误的明白呢？
学生思考标题，交流领会。

生：错误明白的根源在于不注意探索事物的本质，思考不
求甚解。

【设计意图】从亚里士多德的看法入手，引导学生剖析其错误
的原因。

二、逻辑的力量
16世纪末，意大利比萨大学的青年学者伽利略（GalileoGalilei，1564－1642）对亚里士多德的论断表示了怀疑。

后来，他在1638年出版的《两种新科学的对话》一书中对此做出了议论。

根据亚里士多德的论断，一块大石头的下落速度要比一块小石头的下落速度大。

假定大石头的下落速度为8，小石头的下落速度为4，当我们把两块石头捆在一起时，大石头会被小石头拖着而减慢，终于整个系统的下落速度应该小于8；但两块石头捆在一起，总的重量比大石头还要重，因此整个系统下落的速度要比8还大。

这样，就从“重物比轻物落得快”的条件推测出了互相矛盾的结论，这使亚里士多德的理论陷入了困境。

为了摆脱这种困境，伽利略以为只有一种可能性：重物与轻物应该下落得同样快。

（传说伽利略在比萨斜塔上做过落体实验，但后来又被严谨的考证否定了。

纵然云云，来自世界各地的人们都要前往观光，他们把这座古塔看作伽利略的怀念碑）。

标题：伽利略是怎样论证亚里士多德看法是错误的？
猜测：既然物体下落历程中的运动环境与物体质量无关，那么为什么在现实生活中，不同物体的落体运动，下落快慢不同呢？我们能否猜测是由于空气阻力的作用造成的呢？要是没有空气阻力将会怎样呢？
学生讨论后回答。

【设计意图】引导学生一起剖析物理下落快慢的影响因素。

三、猜测与假说
伽利略并没有就此止步，他要进一步议决实验研究自由落体运动的纪律。

【困难一：概念】伽利略首先面临的困难是概念上的，因为那时人们连速度的明确定义都没有。

因此，对伽利略来说，必须首先建立描述运动所需的概念。

此前我们所学的概念，诸如均匀速度、瞬时速度以及加快度等，便是伽利略首先建立起来的。

爱因斯坦有一句很著名的话：“发起一个标题往往比办理一个标题更重要，因为办理一个标题有时只是是一个数学上或实验上的技能，而发起新的标题、新的可能性，从新的角度去看旧的标题，却需要创造性的想像力，而且标志着科学上的真正进步。

”
伽利略相信，自然界是简略的，自然界的纪律也是简略的。

他从这个信念出发，猜测落体也一定是一种最简略的变速运动，而最简略的变速运动，它的速度应该是均匀变化的。

但是，速度的变化怎样才算“均匀”呢？他思虑了两种可能：一种是速度的变化对时间来说是均匀的，即v与t成正比，比方，每过1s，速度的变化量都是2m/s；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，比方，每下落1m，速度的变化量都是2m/s。

【设计意图】发起猜测和假设，引发学生深入思考。

四、实验验证
后来发觉，要是v与x成正比，将会推导出荒谬的结论。

所以，伽利略开始以实验来查验v与t成正比的猜测是否是真实的。

【困难二：瞬时速度不便于丈量】在伽利略的时代，技能不敷发达，无法直接测定瞬时速度，所以也就不能直接得到速度的变化纪律。

但是，伽利略议决数学运算得出结论：要是物体的初速
度为0，而且速度随时间的变化是均
匀的，即v∝t，它议决的位移就与
所用时间的二次方成正比，即x∝t2
（学过火线的几节，我们也能举行这样的数学推算了）。

这样，只要测出物体议决不同位移所用的时间，就可以验证这个物体的速度是否随时间均匀变化。

伽利略比他的古人更伟大，就在于他首先采取了以实验查验猜测和假设的科学要领。

在他之前，学者们总是议决思辨性的论战来决定谁是谁非。

【困难三：对应位移的时间不便于丈量】但是，落体下落得很快，而当时只能靠滴水计时，这样的计时工具还是不能丈量自由落体运动所用的时间。

伽利略采取了一个奇妙的要领，用来“冲淡”重力。

他让铜球沿阻力很小的斜面滚下（图2.6－2），而小球在斜面上运动的加快度要比它竖直下落的加快度小得多，所用时间长得多，所以简略丈量。

伽利略做了上百次实验，终于表明，小球沿斜面滚下的运动确是匀加快直线运动，换用不同质量的小球，从不同高度开始转动，只要斜面的倾角一定，小球的加快度都是相同的。

不断增大斜面的倾角，重复上述实
验，得知小球的加快度随斜面倾角的增
大而变大。

【困难四：合理外推】小球沿斜面
向下的运动并不是落体运动。

但是，伽
利略将上述终于做了合理的外推：当斜面倾角很大时，小球的运动不是跟落体运动差不多了吗？要是斜面的倾角增大到90º，这时小球不便是自由落体运动了吗（图2.6－3）？伽利略以为，这时小球仍然会保持匀加快运动的性质，而且所有物体下落时的加快度都是一样的！
后人在用伽利略的工具重复他的实验时发觉：铜球沿斜面滚下，要是斜面倾角超过5º就很难准确计时。

伽利略把他的结论外推至90°是需要很大勇气的。

后来，他的外推被实验证实了。

伽利略的逻辑和实验自然使人佩服，但是人们又疑惑地问道：为什么平常生活中常会见到，较重的物体下落得比较快呢？伽利略把原因归之于空气阻力对不同物体的不同影响。

他写道：“要是完全消除空气的阻力，那么，所有物体将下落得同样快。

”这时，落体运动也就真正成为自由落体运动了。

为此，伽利略特殊指出，在科学研究中，明白忽略什么，有时与明白重视什么划一重要。

【设计意图】议决对伽利略实验的剖析研究，让学生领会科学探究要领。

五、伽利略的科学要领
伽利略对运动的研究，不仅建立了许多用于描述运动的基本概念，而且创造
了一套对近代科学的成长极为有益的科学要领，或者说给出了科学研究历程的基本要素。

这些要素包含以下几点：
对现象一般查看→发起猜测→运用逻辑（包括数学）得出结论→议决实验对推论举行查验→对假说举行修正和推广→……。

伽利略的科学思想要领的核心是把实验和逻辑推理（包括数学推理）和谐地连合起来，从而有力地推进了人类科学明白的成长.
伽利略科学思想要领的核心是把实验和逻辑推理（包括数学推演）和谐地连合起来，从而有力地推进了人类科学明白的成长。

伽利略之前的科学踯躅于泥途荒滩，因而千年倘佯。

从伽利略开始，大家辈出，经典如云，近代科学的大门从此打开了。

实验验证是查验理论正确与否的唯一标准。

任何结论和猜测都必须议决实验验证，不然不成理论，猜测或假说只有议决验证才会成为理论。

所谓实验验证便是任何人，在理论条件下去操纵都能到得实验终于，它具有恣意性，但不是无条件的，实验是在一定条件下的验证，而与实际有区别。

【设计意图】总结伽利略科学实验，让学生感受科学探究物质和要领。

六．超越伽利略
采取现代化的仪器设备可以对落体运动准确地“计时”、“定位”，直接研究落体运动的性质。

1 、“自由落体频闪照片”
2 、用办理计时器研究落体运动的纸带
3、别的要领（测速计等）
【设计意图】从现代科技入手，引导学生能更好的理解和完成伽利略实验看法。

传授反思
本节课注意理论和实际相连合，激发学习兴趣理论关联实际是激发学生学习兴趣，启示学习动机，活跃讲堂氛围的一种重要要领。

在平常生活中有许多物理现象是兴趣性习题的好素材。