《伽利略對自由落體運動的研究》教學設計

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伽利略對自由落體運動的研究 教學設 計 教材依據(jù) 高中物理必修 一 教學流程 復習并引入新課 學生展示自己收集的素材 提出問題 學生分組討論 展示課件及探究過程 協(xié)助學生歸納總結(jié) 啟發(fā)思考 學生談探究過 程體會 總結(jié)并布置作業(yè) 教學目標 一 知識與技能目標 了解伽利略的科學探究思想 二 過程與方法目標 了解伽利略的推理過程 體會并學習伽利略所采用的科學的探究方法 三 情感態(tài)度價值觀目標 經(jīng)歷伽利略的探究過程 感受伽利略不迷信權(quán)威 敢于提出問題 積極探索及實事的精神 通過探究過程中 培養(yǎng)學生良好的思考 分析 解決問題的思路和 習慣 教學重點 了解伽利略對物體下落運動快慢問題的實驗探究過程 認識伽利略有關實 驗的科學思想和研究方法 教學難點 在當時比較落后的環(huán)境中再現(xiàn)伽利略的研究過程與方法 教學媒體 多媒體課件 模擬實驗課件 教學過程 過 程 方式 探究內(nèi)容及過程 學生 活動 多媒 體課 件 引 入 課 題 復習 提問 上一節(jié)學習了自由落體運動 那么什么是自由落體運 動 自由落體運動的規(guī)律有哪些 物體的下落快慢和 質(zhì)量沒有關系的結(jié)論在今天看來似乎并不難以接受 但這個結(jié)論卻是歷史上物理學家伽利略在經(jīng)歷長時間 的思考和實踐后才得出的 今天我們就要一起來回顧 伽利略的探究過程 學生 回憶 并回 答 新 課 提問 學生 發(fā)表 結(jié)果 同時 教師 補充 總結(jié) 啟發(fā) 思考 人們?nèi)粘Ｉ畹慕?jīng)驗告訴我們 重的物體下落總 是比較快 比如 高處的一個石塊和一片樹葉同時從 樹上同一高度掉下來 一定是石塊先落地 所以在 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量決定 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 直到后來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 那么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 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 運用推理方法 使亞里士多德的結(jié)論陷入矛 盾中 用繩子把兩塊石頭連在一起 由于總體重量大于 任一石頭 按亞里士多德的觀點 其下落速度應大于 任一石頭單獨下落的速度 另一方面 用繩子連在一 起的兩塊石頭畢竟仍是分開運動的 大石頭運動得快 小石頭運動得慢 大石頭必然會被小石頭 向上拉 使總體的運動速度小于大石頭單獨運動的速度 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 學生 思考 在教 師引 導下 回答 由學 生展 示搜 索得 到的 圖片 和資 料 教師 補充 部分 資料 和圖 片 課 件演 示 模擬 斜塔 實驗 課 件演 示 模擬 不同 傾角 的斜 面實 驗錢 用同一觀點分析同一問題卻得到完全矛盾的兩個 結(jié)論 說明亞里士多德的觀點是錯誤的 運用理想模型 猜想落體運動的規(guī)律首先定 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 與 成正比 另一種是速度的變化對位移來說是均勻的 即 與 成正比 后來發(fā)現(xiàn) 如果 與 成正比 將推導出荒 謬的結(jié)論 所以伽利略的精力集中在 與 成正比的 研究上 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 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 即 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 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 與對應的 就可以了 運用實驗方法 對自由落體運動定律進行實 驗驗證 伽利略親自登上比薩斜塔 當然伽得略是否親 自登上比薩斜塔是有爭論的 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 是否真的與 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 羽管 牛 頓 管 演示 實驗 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 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 正的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量 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 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 世紀的學者 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 世紀 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 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(quán)威 對待問題勤于思考 敢于提 出問題 挑戰(zhàn)權(quán)威 不畏強權(quán)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 布 置 作 業(yè) 根據(jù)課堂了解伽利略的事跡 以及課前查閱的伽利略的生平等 資料 整理體會伽利略的研究過程及其對物理學的重大貢獻 教學設計說明 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 突破以上難點 落實新課標的精神 我在教學策略上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(quán)實事求是的探索精神和 正確的解決問題的思路 樹立正確的科學觀念 反思 該教案是新課標教材中與舊教材相比更能體現(xiàn)培養(yǎng)學生綜合素質(zhì) 重視除 知識技能外還培養(yǎng)了學生探究物理過程能力的一個課例 教學設計能較好的把 握新課標的精神 在課堂教學前發(fā)動學生收集資料 培養(yǎng)學生收集和整理信息 在課堂上能給予學生展現(xiàn)自己所收集資料的機會 培養(yǎng)學生的表達和應變能力 課后仍給與延續(xù)學習的機會 將使學生對這節(jié)課的學習留下極深的印象 從而 改變物理學科枯燥的傳統(tǒng)說法 使學習物理的過程充滿樂趣 為以后物理學習 打好心理基礎