
教學(xué)目標(biāo):
知識(shí)與技能
1.了解落體運(yùn)動(dòng)研究的史實(shí),了解邏輯推理的特色.
2.理解任何猜想和假說都須要有實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證的重要性.
過程與方法
1.讓學(xué)生初步體會(huì)抽象思維、提出假說、科學(xué)實(shí)驗(yàn)是進(jìn)行科學(xué)研究的重要思路和方法.
2.通過史實(shí)了解佃利略研究自由落體規(guī)律的過程,體會(huì)其推理方法的奧妙,同時(shí)了解猜想
的必要性,感曼探究規(guī)律的幾個(gè)必要過程和科學(xué)方法的重要性,了解體會(huì)一些科學(xué)的方法.
情感態(tài)度與價(jià)值觀
1.滲透研究自然規(guī)律的科學(xué)方法.
2.通過了解史實(shí)能培養(yǎng)同學(xué)們的意志和科學(xué)的方法觀,避免盲目和急功近利思想,提高自己的認(rèn)識(shí)觀.
3.經(jīng)歷伽利略對(duì)自由落體運(yùn)動(dòng)的研究過程,體驗(yàn)數(shù)學(xué)在研究物理間題中的重要性.體會(huì)人類對(duì)客觀世界發(fā)現(xiàn)之旅的樂趣.
教學(xué)重點(diǎn)、難點(diǎn):
教學(xué)重點(diǎn)
了解探索過程,明確探索的步驟,同時(shí)了解實(shí)驗(yàn)及科學(xué)的思維方法在探究中的重要作用,從中提煉自己的學(xué)習(xí)方法.
教學(xué)難點(diǎn)
“觀念一思考一推理一猜想一驗(yàn)證”是本節(jié)的重點(diǎn)思路,也是培養(yǎng)良好思維習(xí)慣的重要參考.
教學(xué)方法:
探究、講授、討論、練習(xí)
教學(xué)手段:
教具準(zhǔn)備
錄像資料,多媒體課件。
課時(shí)安排:
新授課(1課時(shí))
教學(xué)過程:
[新課導(dǎo)入]
師:我們用手拿一個(gè)小球和一張紙片,放開后,小球和紙片從靜止開始下落.我們可以看到,小球先落地,紙片后落地.
公元前4世紀(jì),古希臘偉大的思想家、哲學(xué)家亞里士多德(Aresttle)根據(jù)與我們類似的觀察,直接得出結(jié)論:重的物體比輕的物體下落得快.
亞里士多德的論斷流傳了近2 000年,直到16世紀(jì),在意大利的比薩斜塔上,伽利略微了著名的兩個(gè)球同時(shí)落地的實(shí)驗(yàn).兩個(gè)輕重不同的小球同時(shí)落地的聲音,是那樣的清脆美妙,又是那樣的發(fā)聾振聵!它動(dòng)搖了人們頭腦中的舊觀念,開創(chuàng)了實(shí)驗(yàn)和科學(xué)推理之先河,將近代物理學(xué)以至近代科學(xué)推上了歷史的舞臺(tái).
今天這節(jié)課我們就一起來經(jīng)歷伽利略對(duì)自由落體運(yùn)動(dòng)的研究過程,領(lǐng)悟這位大師的科學(xué)精神,物理思想、研究方法,得其精髓,有所借鑒。
[新課教學(xué)]
一、綿延兩千年的錯(cuò)誤
(課件展示)亞里士多智的觀點(diǎn):物體越重,下落越快.
公元前,人們對(duì)物體下落的研究很少,憑著觀察認(rèn)為重的物體比輕的物體下落得快.當(dāng)時(shí),著名的思想家亞里士多德(Aristtle,前384一前322)經(jīng)過了觀察和總結(jié)認(rèn)為“物體下落的速度與重力成正比”.這一觀點(diǎn)正好應(yīng)和了人們潛意識(shí)里的想法,同時(shí),它又是偉大的亞里士多德提出的論斷,人們深信不疑.從那以后,人們判斷物體下落的快慢.甚至給孩子們上課時(shí)一直堅(jiān)持這一觀點(diǎn),這一觀點(diǎn)一直延續(xù)了2 000多年,從沒有人對(duì)它提出異議.
[交流與討論]
提出問題:為什么會(huì)有錯(cuò)誤的認(rèn)識(shí)呢?
學(xué)生思考問題,交流體會(huì).
生:錯(cuò)誤認(rèn)識(shí)的根源在于不注童探索事物的本質(zhì),思考不求甚解.
二,邏輯的力量
學(xué)生閱讀;
16世紀(jì)末,意大利比薩大學(xué)的青年學(xué)者佃利略(GalileGalilei,1564—1642)對(duì)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(xué)的對(duì)話,一書中對(duì)此作出了評(píng)論.
根據(jù)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(dāng)我們把兩塊石頭捆在一起時(shí),大石頭會(huì)被小石頭拖著面減慢,結(jié)果整個(gè)系統(tǒng)的下落速度應(yīng)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(gè)系統(tǒng)下落的速度要比8還大.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(jié)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(rèn)為只有一種可能性,重物與輕物應(yīng)該下落得同樣快.(傳說伽利略在比薩斜塔上做過落體實(shí)驗(yàn),但后來又被嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目甲C否定了.盡管如此,來自世界各地的人們都要前往參觀,他們把這莊古塔看作伽利略的紀(jì)念碑)
問題,伽利略是怎樣論證亞里士多德觀點(diǎn)是錯(cuò)誤的?
猜想,既然物體下落過程中的運(yùn)動(dòng)情況與物體質(zhì)量無關(guān),那么為什么在現(xiàn)實(shí)生活中,不同物體的落體運(yùn)動(dòng),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(huì)怎樣呢?
學(xué)生討論后回答.
[做一做]
請(qǐng)你用一枝鉛筆和較厚的一本書如圖2—5—1所示,體驗(yàn)伽利略佯謬.
三.猜想與假說
伽利略認(rèn)為,自由落體是一種最簡單的變速運(yùn)動(dòng).他設(shè)想,最簡單的變速運(yùn)動(dòng)的速度應(yīng)該是均勻變化的.但是.速度的變化怎樣才算均勻呢?他考慮了兩種可能:一種是速度的變化對(duì)時(shí)間來說是均勻的,即經(jīng)過相等的時(shí)間,速度的變化相等,另一種是速度的變化對(duì)位移來說是均勻的,即經(jīng)過相等的位移,速度的變化相等.伽利略假設(shè)第一種方式最簡單,并把這種運(yùn)動(dòng)叫做勻變速運(yùn)動(dòng).
四.實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證
師:實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證是檢驗(yàn)理論正確與否的唯一標(biāo)準(zhǔn).任何結(jié)論和猜想都必須經(jīng)過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,否則不成理論.猜想或假說只有通過驗(yàn)證才會(huì)成為理論.所謂實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證就是任何人,在理論條件下去操作都能到得實(shí)驗(yàn)結(jié)果,它具有任意性,但不是無條件的,實(shí)驗(yàn)是在一定條件下的驗(yàn)證,而與實(shí)際有區(qū)別.
(閱讀)
(課件投影)伽利略斜面實(shí)驗(yàn)的情況
伽利略在《兩種新科學(xué)的對(duì)話》中說:“用一塊木料制成長約12庫比特、寬半庫比特,厚三指的板條,在它的上面劃一條比一指略寬的槽.將這個(gè)槽做得很直,打磨得很光滑,在槽上裱一層羊皮紙(也要盡可能光滑).取一個(gè)堅(jiān)硬、光滑并且很圓的鋼球,放在槽中滾動(dòng).將這個(gè)木槽的一增抬高一到二庫比特,使槽傾斜.就像我要講的那樣把球放在槽頂沿槽滾下,記錄下降的時(shí)間.實(shí)驗(yàn)要重復(fù)幾次,以便使測得的時(shí)間準(zhǔn)確到兩次測定的結(jié)果相差不超過一次脈搏的十分之一,進(jìn)行這樣的操作.肯定了我們的觀察是可靠的以后.將球滾下的距離改為槽長的四分之一,測定攘下的時(shí)間,我們發(fā)現(xiàn)它準(zhǔn)確地等于前者的一半.下一步,我們用另一些距離進(jìn)行試驗(yàn),把全長用的時(shí)間與全長的二分之一、三分之二,四分之三,或者其他任何分?jǐn)?shù)所用的時(shí)間相比較,像這樣的實(shí)驗(yàn),我們重復(fù)了整整一百次,結(jié)果總是經(jīng)過的距離與時(shí)間的平方成比例,并且在各種不同坡度下進(jìn)行實(shí)驗(yàn),結(jié)果也都如此……”
[討論與交流]
感受伽利略的探究過程,體會(huì)其科學(xué)方法
師:物體做自由落體運(yùn)動(dòng)的速度很快,在當(dāng)時(shí)的實(shí)驗(yàn)條件下,是很難測量其位移和相應(yīng)的時(shí)間,有什么方法可以使物體的速度可以慢一點(diǎn)又能研究勻變建直線運(yùn)動(dòng)的?
生:讓小球在傾斜的軌道上滾下.傾角不要太大.
師:當(dāng)時(shí)伽利略就是用這個(gè)方法.他設(shè)計(jì)一個(gè)斜面實(shí)驗(yàn),使物體的運(yùn)動(dòng)速度變慢,解決了測量的難題.伽利略在一塊木板上刻出一道直槽,槽內(nèi)貼上羊皮紙使之平滑,用自制的水鐘測量時(shí)間,探究一個(gè)光滑黃銅小球沿傾斜直槽滑下時(shí)的運(yùn)動(dòng)情況.我們也可以模擬這個(gè)四百多年前的實(shí)驗(yàn),感受科學(xué)家的研究方法.
播故影片:
①用U型材,取長約1.6m的一段為導(dǎo)軌,以節(jié)拍器為計(jì)時(shí)器.將導(dǎo)軌一端墊高,呈斜面狀,將小球開始運(yùn)動(dòng)處作出標(biāo)記.
②調(diào)整時(shí),啟動(dòng)節(jié)拍器,隨節(jié)拍聲數(shù)敷“3,2,1,0,1.2,3”,將小球在聽到節(jié)拍聲“0”時(shí)從原點(diǎn)釋放.一邊隨節(jié)拍聲數(shù)數(shù),一邊用手順序指出當(dāng)節(jié)拍器響時(shí),小球大致的位置.
③不改變小球下落的初始位置,只要釋放小球的時(shí)刻準(zhǔn)確,在隨后的各節(jié)拍聲響時(shí),在小球經(jīng)過的大體位置上作出標(biāo)記:
④從標(biāo)尺上讀出各標(biāo)記到起始位置的間隔距離,并填入表格中:
⑤改變斜槽的傾斜角,重復(fù)實(shí)驗(yàn)多次:
師:伽利略在當(dāng)時(shí)有限的實(shí)驗(yàn)條件研究出初速度為零的勻加速直線運(yùn)動(dòng)中位移和時(shí)間的關(guān)系.現(xiàn)在我們可以用什么儀器比較精確的方法來記錄時(shí)間和位移進(jìn)行研究呢?
生1:秒表、刻皮尺.
生2:打點(diǎn)計(jì)時(shí)器.
生3:頻閃照相機(jī).
師:桌面上就有打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、小車、木板.每兩位同學(xué)為一組.設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn),研究初速度為零的勻加速直線運(yùn)動(dòng)的位移和時(shí)間的關(guān)系,并設(shè)計(jì)表格記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù).
學(xué)生活動(dòng):討論并設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案,5分鐘后進(jìn)行交流。
參考方案;
1.把小車軌道的一端墊高,呈斜面狀,把打點(diǎn)計(jì)時(shí)器固定在斜面最高點(diǎn)上.紙帶穿過打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的限位孔連在小車的尾部.
2.打開打點(diǎn)計(jì)時(shí)器開關(guān),然后把小車從某一位置由靜止開始釋放,打出一條紙帶.
3.從紙帶第一點(diǎn)開始,測量從開始到每一個(gè)點(diǎn)的時(shí)間和位移,并填入表格中.
4.改變木板的傾角,把小車從同一位置從靜止開始釋放,并對(duì)從打出的紙帶反映的數(shù)據(jù)填入表格中.
師:我們已經(jīng)確定了實(shí)驗(yàn)方案,下面進(jìn)行實(shí)驗(yàn)并對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理.
學(xué)生活動(dòng),兩人為一組進(jìn)行實(shí)驗(yàn),并對(duì)實(shí)驗(yàn)敷據(jù)進(jìn)行處理.
師:從得到的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),我們得到什么結(jié)論?
生1:同一傾角時(shí),在誤差允許的范圍內(nèi),x1/t12=x2/t22=x3/t32=x4/t42=x5/t52常數(shù)即x∝t2.
生2:傾角越大,常數(shù)越大.
師:我們得到的結(jié)論,與四百年苗佃利略使用簡單儀器得到的結(jié)論完全一致.
伽利略根據(jù)斜面結(jié)果出發(fā),認(rèn)為,在初速度為零的勻加速直線運(yùn)動(dòng)中,經(jīng)過的距離正比于時(shí)間的平方,即號(hào);恒量,恒量的數(shù)值隨著斜面傾角增大而增大.當(dāng)斜面傾角增大到90°,即斜面與地面垂直時(shí),小球?qū)⒆杂上侣?,成為自由落體,x∝t2的關(guān)系仍然成立,此時(shí)x/t2的比值為最大,這時(shí)小球仍然會(huì)保持勻變速直線運(yùn)動(dòng)的性質(zhì).自由落體運(yùn)動(dòng)是一種特殊的勻變速直線運(yùn)動(dòng).伽利略將實(shí)驗(yàn)與邏輯思維相聯(lián)系進(jìn)行科學(xué)研究的思想,開辟了一條科學(xué)研究之路.
[讀一讀]
物理學(xué)家于2003年評(píng)出十個(gè)最美的物理實(shí)驗(yàn).伽利略的自由落體實(shí)驗(yàn)和加速度實(shí)驗(yàn)均被選為最美的實(shí)驗(yàn).這種“美”是一種經(jīng)典概念,即用最簡單的儀器和設(shè)備,得出最根本、最單純的科學(xué)結(jié)論.其實(shí),科學(xué)美蘊(yùn)藏于各門科學(xué)的實(shí)驗(yàn)之中,有待于我們?cè)趯W(xué)習(xí)過程中不斷感悟和發(fā)現(xiàn).
五.伽利略的科學(xué)方法
對(duì)現(xiàn)象一般觀察一提出猜想一運(yùn)用邏輯推理一實(shí)驗(yàn)對(duì)推理驗(yàn)證一對(duì)猜想進(jìn)行修證(補(bǔ)充)一推廣應(yīng)用.
伽利略的科學(xué)思想方法的枝心是把實(shí)驗(yàn)和邏輯推理(包括數(shù)學(xué)推理)和諧地結(jié)合起來.從面有力地推進(jìn)了人類科學(xué)認(rèn)識(shí)的發(fā)展.
[課堂調(diào)練]
1.在物理學(xué)的發(fā)展歷程中,下面的哪位科學(xué)家首先建立了平均速度、瞬時(shí)速度和加速度等概念用來描述物體的運(yùn)動(dòng).并首先采用了實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)猜想和假設(shè)的科學(xué)方法,把實(shí)驗(yàn)和邏輯推理和諧地結(jié)合起來,從而有力地推進(jìn)了人類科學(xué)的發(fā)展……………………………………( )
A.亞里士多穗 B.伽利略
C.牛頓 D.愛因斯坦
2.紅孩同學(xué)搖動(dòng)蘋果樹,從同一高度一個(gè)蘋果和一片樹葉同時(shí)從靜止直接落向地面,蘋果:先著地,下面說法中正確的是………………………………………( )
A.蘋果和樹葉做的都是自由落體運(yùn)動(dòng)
B.蘋果和樹葉的運(yùn)動(dòng)都不能看成自由落體運(yùn)動(dòng)
C.蘋果的運(yùn)動(dòng)可看成自由落體運(yùn)動(dòng),樹葉的運(yùn)動(dòng)不能看成自由落體運(yùn)動(dòng)
D.假如地球上沒有空氣,則蘋果和樹葉會(huì)同時(shí)落地
3.甲同學(xué)看到乙同學(xué)從10層樓的樓頂同時(shí)由靜止釋放兩個(gè)看上去完全相同的鐵球,結(jié)果甲同學(xué)看到兩球不是同時(shí)落地的.他分析了兩球未能同時(shí)落地的原因.你認(rèn)為他的下列分析哪些是正確的……………………………………………………( )
A.兩球在下落過程中受到的空氣阻力不同,先落地的受空氣阻力小
B.兩球在下落過程中受到的空氣阻力不同,先落地的受空氣阻力大
C.兩球下落過程中受到的空氣阻力相同,先落地的是實(shí)心球,重力遠(yuǎn)大于阻力
D.兩球下落過程中受到的空氣阻力相同,先落地的是空心球,阻力與重力比.差別較小
參考答案:
1.答案:B 2.答案:CD 3.答案:C
解析:兩球形狀完全相同,在下落過程中所受空氣阻力相同(差別很小),下落快慢不同的原因是重力不同.
[小結(jié)]
通過這節(jié)課的學(xué)習(xí),我們從伽利略對(duì)落體的研究上,學(xué)習(xí)他的觀察思考等科學(xué)方法,為我們下一步(以后)的探究打下基礎(chǔ),不能盲目,也不能懼怕困難,要用科學(xué)的方法指導(dǎo)我們.
作業(yè):
請(qǐng)仔細(xì)回顧伽利略研究落體運(yùn)動(dòng)的全過程,把他的每一個(gè)步驟列出來,并說明哪一步驟是提出問題,哪一步驟是數(shù)學(xué)推理,哪一步驟是實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證等等.再討論一下,在一般物理問題的研究過程中,是否都需要經(jīng)歷這些步驟?
板書設(shè)計(jì):
§2.5利略對(duì)自由落體運(yùn)動(dòng)的研究
一、綿延兩千年的錯(cuò)誤
(課件展示)亞里士多智的觀點(diǎn):物體越重,下落越快.
二,邏輯的力量
三.猜想與假說
自由落體是一種最簡單的變速運(yùn)動(dòng),一種是速度的變化對(duì)時(shí)間來說是均勻的,即經(jīng)過相等的時(shí)間,速度的變化相等,另一種是速度的變化對(duì)位移來說是均勻的,即經(jīng)過相等的位移,速度的變化相等.伽利略假設(shè)第一種方式最簡單,并把這種運(yùn)動(dòng)叫做勻變速運(yùn)動(dòng).
四.實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證
伽利略根據(jù)斜面結(jié)果出發(fā),認(rèn)為,在初速度為零的勻加速直線運(yùn)動(dòng)中,經(jīng)過的距離正比于時(shí)間的平方,即號(hào);恒量,恒量的數(shù)值隨著斜面傾角增大而增大.當(dāng)斜面傾角增大到90°,即斜面與地面垂直時(shí),小球?qū)⒆杂上侣?,成為自由落體,x∝t2的關(guān)系仍然成立,此時(shí)x/t2的比值為最大,這時(shí)小球仍然會(huì)保持勻變速直線運(yùn)動(dòng)的性質(zhì).
五.伽利略的科學(xué)方法
觀察一提出猜想一運(yùn)用邏輯推理一實(shí)驗(yàn)對(duì)推理驗(yàn)證一對(duì)猜想進(jìn)行修證(補(bǔ)充)一推廣應(yīng)用.
教學(xué)后記:
這是一份高中物理6 伽利略對(duì)自由落體運(yùn)動(dòng)的研究教案,共8頁。教案主要包含了綿延兩千年的錯(cuò)誤,邏輯的力量,猜想與假說,伽利略猜想的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,伽利略的科學(xué)方法等內(nèi)容,歡迎下載使用。
這是一份人教版 (新課標(biāo))必修16 伽利略對(duì)自由落體運(yùn)動(dòng)的研究教學(xué)設(shè)計(jì),共5頁。教案主要包含了教學(xué)目標(biāo),教學(xué)重點(diǎn),設(shè)計(jì)思路,教學(xué)資源,教學(xué)設(shè)計(jì)等內(nèi)容,歡迎下載使用。
這是一份物理必修16 伽利略對(duì)自由落體運(yùn)動(dòng)的研究教案設(shè)計(jì),共3頁。教案主要包含了四段,提出問題等內(nèi)容,歡迎下載使用。
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