高中物理《伽利略對自由落體運動的研究》學案（新人教版必修1）

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111 2.6 伽利略對自由落體運動的研究 班級________姓名________學號_____ 教學目標: ★知識與技能 1.了解物理學史。 2.知道伽利略對自由落體運動的研究方法。 ★ 過程與方法 1.學習伽利略的科學方法。 2.培養(yǎng)學生自己查找資料學習物理學史。 ★ 情感態(tài)度與價值觀 1． 學習科學家們對知識敢于質(zhì)疑的勇氣。 2． 學習科學家們科學研究的執(zhí)著精神。 3． 通過學生自己查找資料，提高學生對物理學的興趣。 4．通過對亞里士多德和伽利略的了解，認識到科學的探索是一個漫長的過 程，需要幾代人的不懈努力。 學習重點與難點: 1． 伽利略對落體問題的邏輯推理。 2． 伽利略的驗證性實驗的設計。 3． 伽利略的理想外推。 教學準備：讓學生預習，搜集關于伽利略和亞里士多德的有關資料。 教學設計： 一、認識兩位科學家 老師提出：哪位同學樂意給大家講一講自己所查到的關于伽利略和亞里士多德的資料，先說說伽利略吧。 學生可能的回答：①伽利略全名伽利略伽利萊，他是文藝復興后期近代實驗科學的創(chuàng)始人。1564年伽利略生于意大利的比薩城，1611年，伽利略應邀來到羅馬，在羅馬期間，伽利略為了確立新的自然研究法—實驗法的地位，又同教會的唯心論世界觀進行了激烈的斗爭，這就更加激怒了教會。1632年，他的名著《關于兩大世界體系的對話》出版，但立即被教會列為禁書。1633年6月22日，伽利略受到宗教法庭審判，并被判終身軟禁，成了“宗教裁判判所”的囚徒。1638年，伽利略在荷蘭出版了《關于兩門新學科與數(shù)學證明的談話》一書，對自己多年來在力學方面的研究進行了總結(jié)。 ②他的父親是一位才華出眾的音樂家和教育家。他在科學上的創(chuàng)造才能，在青年時代就顯示出來了。當他還是比薩大學醫(yī)科學生時，就發(fā)明了能測量脈搏速率的擺式計時裝置。后來他的興趣轉(zhuǎn)向了數(shù)學和物理學。 ③1581年，17歲的伽利略對古希臘的物理學及亞里士多德、埃夫克利德和阿基米德的著作著迷。伽利略在數(shù)學、天文學，特別是力學方面有了很深的造詣，學術(shù)上成果累累。他通過大量的觀察和實驗總結(jié)出了慣性定律、自由落體運動規(guī)律和相對性原理；發(fā)現(xiàn)了單擺振動的等時性原理；用自制的33倍望遠鏡觀察天象，發(fā)現(xiàn)了一系列令人震驚的天文現(xiàn)象。伽利略將觀察到的天文現(xiàn)象寫成《星際使者》一書，于1610年發(fā)表。書中介紹了月球上的環(huán)狀山脈，無數(shù)星體構(gòu)成的銀河系，金星的盈虧，木星的四顆衛(wèi)星，太陽黑斑等等，從而對哥白尼的“天體運行”論提供了有力的支持，同時也動搖了亞里士多德—托勒密的地心說。 教師對學生的回答給予肯定：關于伽利略的資料收集非常細致，下面再說說亞里士多德吧。 學生可能的回答：①作為一位偉大的、百科全書式的科學家，亞里士多德對世界的貢獻之大，令人震驚。他至少撰寫了170種著作，其中流傳下來的有47種。他的科學著作，在那個年代簡直就是一本百科全書。但他的成就遠不止于此。他還是一位真正哲學家，對哲學每個學科幾乎都做出了貢獻。亞里士多德集中古代知識于一身，在他死后幾百年中，沒有一個人像他那樣對知識有過系統(tǒng)考察和全面掌握。他的著作是古代的百科全書。恩格斯稱他是“最博學的人”。 ②亞里士多德最大的貢獻在于創(chuàng)立了形式邏輯這一重要分支學科。邏輯思維是亞里士 多德在眾多領域建樹卓越的支柱。 亞里士多德的思想對西方文化根本傾向以至內(nèi)容產(chǎn)生了深刻的影響。在上古及中古時期，他的著作被譯成拉丁文、敘利亞文、阿拉伯文、意大利文、希伯來文、德語和英語。隨著亞里士多德作品的不斷被發(fā)現(xiàn)，中世紀出現(xiàn)了一個研究亞里士多德主義的新時代，學者們以此作為求得各方面真知識的基礎。 亞里士多德學識淵博，著述頗豐．他對于當時尚未分類的科學部門如政治、邏輯、倫理、歷史、物理(自然學科)、心理學、美學、教育學等均有研究并有獨到見解，被馬克思譽為“古代最偉大的思想家”。 ③亞里士多德是古希臘又一位偉大的教育思想家，建立了包括自然學科在內(nèi)的百科全書式的課程體系，提出了注重實踐的良好措施，為后人留下了一筆包羅宏富的教育遺產(chǎn)。亞里士多德顯示了希臘科學的一個轉(zhuǎn)折點。在他以前，科學家和哲學家都力求提出一個完整的世界體系，來解釋自然現(xiàn)象．他是最后一個提出完整世界體系的人。在他以后，許多科學家放棄提出完整體系的企圖，轉(zhuǎn)入研究具體問題。 教師指出：物理教科書上，亞里士多德給同學們的形象不妙、他老是出錯，老是作出一些輕率的結(jié)論。同學們覺得亞里士多德實在太不高明而伽利略則比他偉大于百倍。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，有幾乎無所不及的思想成。我們應該正確的、全面的去認識一位科學家。伽利略創(chuàng)造了一套對近代科學的發(fā)展極為有益的科學方法，從而糾正了亞里士多德在物理上犯的一些錯誤。 二、伽利略的科學方法 (教師結(jié)合伽利略對自由落體的研究，通過教師提問學生回答的方式學習伽利略的科學方法) 問題的提出 教師提問：亞里士多德依據(jù)平常觀察的事實，是怎樣確定物體下落的快慢什么因素決定的？ 亞里士多德通過觀察，在日常生活中，重的物體下落快，輕的物體下落慢。得出結(jié)論：物體下落的快慢是由它們的重量決定的。 教師提出：那么物體下落的快慢與它們的重量有關系嗎? 提出假設，邏輯推理。 教師提出：伽利略是怎樣提出假設，運用邏輯推理的? 學生可能的回答：他假設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，大石頭會被小石頭拖的慢下來。但兩塊石頭捆在一起，重量增大，整個系統(tǒng)下 落的速度應該比8大。這樣就出現(xiàn)了矛盾。 教師提問：伽利略提出了什么樣的假設? 學生可能的回答：假設大小石頭下落的一樣快。 教師補充：猜想落體是一種簡單的變速運動，速度可能跟時間成正比，也可能跟位移成 正比利用數(shù)學和邏輯進行推理，然后實驗驗證。 教師提問：伽利略經(jīng)過數(shù)學推導得出速度與時間成正比，然后通過實驗進行驗證，他是 如何進行實驗驗證的? ①學生可能的回答：通過小球的下落運動，測出小球的下落速度和時間。 ②他讓小球沿斜面滾下，減小加速度，延長運動時間，便于觀測。 ③他進行的是坡度比較小的斜面實驗，后來他就將實驗進行了合理的外推，當傾角增大 到90，小球的運動就是自由落體運動。 對假說進行修正和推廣。 教師提出：經(jīng)過幾位同學的回答，問題比較全面了。伽利略完成了實驗驗證后，沒有就此 而止，而是進一步思考為什么日常生活中，輕的物體下落得比較慢，重的物體下落得比較快。 學生共同回答：因為空氣阻力． 教師指出：這就是伽利略為我們創(chuàng)造的一套對近代科學的發(fā)展極其有益的科學方法。后 面的學習中我們還要經(jīng)常用到。 三、作業(yè)設計 認真閱讀課本緒言“走進物理課堂之前”，分析“孩子們”是如何運用伽利略的科學方法 進行探索的。 ●教學設計說明 本節(jié)課，主要由兩部分組成：對科學家的了解；對伽利略科學方法的學習．這兩個方面主 要是由學生通過查資料、預習，在老師的引導下，以學生為主體，進行學習的。 知識講授的同時，給學生介紹物理學家、講授物理學史．不僅讓他們了解物理學家的工 作，物理科學的發(fā)展過程，更重要的是通過了解科學發(fā)展的曲折性，以此撼動學生的心，讓他 們從中獲得啟迪。 ●板書設計 △認識兩位科學家。 　△ 伽利略的科學方法。 ①問題的提出。 ②提出假設，邏輯推理。 ③利用數(shù)學和邏輯進行推理，然后實驗驗證。 ④對假說進行修正和推廣。 111