2014年秋高中物理 2.6 伽利略对自由落体运动的研究教案（新人教版必修1）

2.6：伽利略对自由落体运动的研究
教学设计:
再现亚里士多德和伽利略对自由落体运动的不 ( http: / / www.21cnjy.com )同认识，通过讨论、交流，让学生了解并学习伽利略研究自由落体运动的科学思维方法和巧妙的实验构思，从而体会“观察现象→实验探索→提出问题→讨论问题→解决问题”的科学探索方式。
在研究自由落体运动的过程中我们还要介绍归谬 ( http: / / www.21cnjy.com )法，也是理论推导的一种重要方法，导学中重要的是研究解决问题的方法而不是知识本身，知识的结论当然重要，但更重要的是如何获取知识，中学学习的一个非常重要的方面就是如何获取知识、处理知识．
三维目标：
知识与技能：
通过历史回顾,初步了解近代实验科学产生的背景,认识实验对物理学发展的推动作用。
过程与方法：
了解伽利略的实验研究过程，认识伽利略有关实验的科学思想和方法,培养学生探求知识的能力
情感态度与价值观：
从科学研究过程中体验探索自然规律的艰辛和喜 ( http: / / www.21cnjy.com )悦，培养敢于坚持真理，勇于创新的科学精神和实事求是的科学态度，逐步帮助学生树立起辩证唯物主义的认识论。
教学重点及其教学策略：
重点：让学生了解抽象思维、数学推导和科学实验相结合的科学方法。
教学重点
了解探索过程，明确探索的步骤，同时了解实验及科学的思维方法在探究中的重要作用，从中提炼自己的学习方法．
教学难点
“观念一思考一推理一猜想一验证”是本节的重点思路，也是培养良好思维习惯的重要参考．
教学方法：
学、交、导、练、悟
教学过程
一、绵延两千年的错误
亚里士多智的观点：物体越重，下落越快．
公元前，人们对物体下落的研 ( http: / / www.21cnjy.com )究很少，凭着观察认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384一前322)经过了观察和总结认为“物体下落的速度与重力成正比”．这一观点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提出的论断，人们深信不疑．从那以后，人们判断物体下落的快慢．甚至给孩子们上课时一直坚持这一观点，这一观点一直延续了2 000多年，从没有人对它提出异议．
二，逻辑的力量
16世纪末，意大利比萨大学的青年学者佃 ( http: / / www.21cnjy.com )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，一书中对此作出了评论．
根据亚里士多德的论断，一块大石头的 ( http: / / www.21cnjy.com )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面减慢，结果整个系统的下落速度应该小于8：但两块石头捆在一起，总的重力比大石头还要重，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”的前提推断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，伽利略认为只有一种可能性，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．尽管如此，来自世界各地的人们都要前往参观，他们把这庄古塔看作伽利略的纪念碑)
板书设计:
§2.5利略对自由落体运动的研究
一、绵延两千年的错误
(课件展示)亚里士多智的观点：物体越重，下落越快．
二，逻辑的力量
三．猜想与假说
自由落体是一种最简单的变速运动，一 ( http: / / www.21cnjy.com )种是速度的变化对时间来说是均匀的，即经过相等的时间，速度的变化相等，另一种是速度的变化对位移来说是均匀的，即经过相等的位移，速度的变化相等．伽利略假设第一种方式最简单，并把这种运动叫做匀变速运动．
四．实验验证
伽利略根据斜面结果出发，认为，在初速度为零的 ( http: / / www.21cnjy.com )匀加速直线运动中，经过的距离正比于时间的平方，即号；恒量，恒量的数值随着斜面倾角增大而增大．当斜面倾角增大到90°，即斜面与地面垂直时，小球将自由下落，成为自由落体，x∝t2的关系仍然成立，此时x/t2的比值为最大，这时小球仍然会保持匀变速直线运动的性质．
五．伽利略的科学方法
观察一提出猜想一运用逻辑推理一实验对推理验证一对猜想进行修证(补充)一推广应用．
教师题库
1．在物理学的发展历程中， ( http: / / www.21cnjy.com )下面的哪位科学家首先建立了平均速度、瞬时速度和加速度等概念用来描述物体的运动．并首先采用了实验检验猜想和假设的科学方法，把实验和逻辑推理和谐地结合起来，从而有力地推进了人类科学的发展…………( )
A．亚里士多穗 B.伽利略 C.牛顿 D．爱因斯坦
【答案】B
2．红孩同学摇动苹果树，从同一高度一个苹果和一片树叶同时从静止直接落向地面，苹果：先着地，下面说法中正确的是…………………( )
A.苹果和树叶做的都是自由落体运动
B.苹果和树叶的运动都不能看成自由落体运动
C.苹果的运动可看成自由落体运动，树叶的运动不能看成自由落体运动
D．假如地球上没有空气，则苹果和树叶会同时落地
【答案】CD
3．甲同学看到乙同学从1 ( http: / / www.21cnjy.com )0层楼的楼顶同时由静止释放两个看上去完全相同的铁球，结果甲同学看到两球不是同时落地的．他分析了两球未能同时落地的原因．你认为他的下列分析哪些是正确的……………( )
A.两球在下落过程中受到的空气阻力不同，先落地的受空气阻力小
B.两球在下落过程中受到的空气阻力不同，先落地的受空气阻力大
C.两球下落过程中受到的空气阻力相同，先落地的是实心球，重力远大于阻力
D.两球下落过程中受到的空气阻力相同，先落地的是空心球，阻力与重力比．差别较小
【答案】C
4．从高处释放一粒小石子甲，经过1 s从同一地点释放另一粒小石子乙(认为两小石子做自由落体运动)，在落地之前，两粒石子的距离(　　)
A．保持不变 B．不断增大
C．不断减小 D．有时增大，有时减小
【解析】　设乙石子运动时间为t，则甲石子运动时间为(t＋1) s
由s＝gt2得s甲＝g(t＋1)2，s乙＝gt2
Δs＝s甲－s乙＝g(t＋1)2－gt2＝gt＋g
故B项正确．【答案】　B
5．物体从某一高度自由下落，第1 s内就通过了全程的四分之一，则物体最后1 s内通过的距离为(　　)
A．5 m B．10 m C．15 m D．20 m
【解析】　1 s内下落高度h1＝gt＝×10×12 m＝5 m，即h＝20 m
t2＝＝ s＝2 s
故Δh＝h＝15 m.
【答案】　C
6．从高为20 m的屋檐下每隔0.2 ( http: / / www.21cnjy.com )s落下一个小水滴，把这些小水滴的运动都看成是自由落体运动，则当第一个水滴恰好落地时，第3滴水和第4滴水之间相距为(取g＝10 m/s2)(　　)
A．6 m B．5 m C．4 m D．3 m
【解析】　设水滴自离开屋檐到落在地面上 ( http: / / www.21cnjy.com )用时为t，则h＝gt2，t＝＝ s＝2 s.故第3和第4滴水之间的距离Δs＝h3－h4＝gt－gt＝×10×[(2－0.4)2－(2－0.6)2] m＝3 m
故D项正确，A、B、C错误．【答案】　D
7．一个小石子从离地某一高度处由静 ( http: / / www.21cnjy.com )止自由落下，某摄影爱好者用照相机恰好拍到了它下落的一段径迹AB.该爱好者用直尺量出径迹的长度，如图所示．已知照相机的曝光时间为 s，则小石子出发点离A点约为(　　)
A．6.5 m B．10 m C．20 m D．45 m
【解析】　石子划下AB痕迹的时间极短，在这段时间内的平均速度可近似看成A点的瞬时速度，则vA＝＝ m/s＝20 m/s
则小石子出发点距A点的高度h＝eq \f(v,2g)＝ m＝20 m，C项正确．
【答案】　C
8．一个物体从某一高度做自由落体运动，已 ( http: / / www.21cnjy.com )知它最后1 s内的位移恰为它第2 s内位移的3倍(已知物体运动的时间大于2 s，g取10 m/s2)，则它开始下落时距地面的高度为(　　)
A．115 m B．120 m C．125 m D．130 m
【解析】　物体做自由落体运动第1 s ( http: / / www.21cnjy.com )内的位移为h1＝gt＝×10×12 m＝5 m，前2 s内的位移为h2＝gt＝×10×22 m＝20 m，故第2 s内位移为Δh＝h2－h1＝(20－5) m＝15 m．设物体做自由落体运动的总时间为t，则物体下落的总位移为h＝gt2，(t－1) s内物体的位移为h′＝g(t－1)2，则最后1 s内的位移为Δh′＝h－h′＝gt2－g(t－1)2＝3Δh，解得t＝5 s，故物体开始下落时距地面的高度为h＝gt2＝×10×52 m＝125 m，C项正确．【答案】　C
9．如图所示，小球从竖直砖墙某位置由静 ( http: / / www.21cnjy.com )止释放，用频闪照相机在同一底片上多次曝光，得到了图中1、2、3、4、5…所示小球运动过程中每次曝光的位置．连续两次曝光的时间间隔均为T，每块砖的厚度为d.根据图中的信息，下列判断错误的是(　　)
A．位置“1”是小球释放的初始位置
B．小球做匀加速直线运动
C．小球下落的加速度为
D．小球在位置“3”的速度为
【解析】　由题知小球运动过程中 ( http: / / www.21cnjy.com )，相邻相等时间间隔内的位移差为Δs＝gT2＝d，故小球做匀加速直线运动，加速度为g＝＝，B、C两项正确．若位置“1”是小球释放的初始位置，由于小球做匀加速直线运动，则应有s12∶s23∶s34∶s45＝1∶3∶5∶7，由题知s12∶s23∶s34∶s45＝2∶3∶4∶5，故位置“1”不是小球释放的初始位置，A项错．小球在位置“3”时的速度v3＝＝，D项正确．
【答案】　A
10．用下列方法可以测定重力加速度：
(1)如图所示，让从水龙头流出的水滴 ( http: / / www.21cnjy.com )落到其下方的盘子上，可以清晰地听到水滴碰盘子的声音，细心地调整水龙头阀门，使第一个水滴碰到盘子的瞬间，第二个水滴正好从龙头处开始下落；
(2)听到某滴水落到盘子上的响声时开始计 ( http: / / www.21cnjy.com )时，并数“0”，以后每听到一次响声，顺次加1，直至数到“100”滴，停止计时，秒表上时间的读数为40 s；
(3)用米尺量出水龙头滴水处到盘子的间距为78.56 cm.
试根据以上的实验数据求重力加速度．
【解析】　每滴水在空中的运动时间相等，设为T，由位移公式s＝gt2，g＝＝ m/s2＝9.82 m/s2.
【答案】　9.82 m/s2
8．据报道：南海舰队某部在南 ( http: / / www.21cnjy.com )海某海域进行了一场登岛作战演练，某一空降兵在敌方的上空实施空降，在飞机悬停空中后，空降兵从机舱中一跃而下，把空降兵空降假定为如下过程：空降兵出舱后先做自由落体运动，下落2 s后，打开伞包匀速运动4 s，接着做匀减速直线运动6 s到达敌方的地面，此时空降兵的速度恰好为零，g取10 m/s2.求：
(1)空降兵做自由落体运动下落的距离；
(2)空降兵匀速运动时的速度是多少？
【解析】　(1)由s＝gt2得s＝×10×22 m＝20 m
(2)v＝gt得v＝10×2 m/s＝20 m/s
【答案】　(1)20 m　(2)20 m/s
11．雨后，屋檐还在不断滴着水滴，如图 ( http: / / www.21cnjy.com )所示．小红认真观察后发现，这些水滴都是在质量积累到足够大时才由静止开始下落．她测得，屋檐到该窗台的距离h1＝3.2 m，窗户的高度为h2＝1.4 m．如果g取10 m/s2，试计算：
(1)水滴下落到达窗台时的速度大小；
(2)水滴经过窗户的时间．
【解析】　(1)水滴下落至窗台通过的距离为h1＝3.2 m，
由v2＝2gh1得：v＝＝＝8 m/s.
(2)由h＝gt2可知：水滴下落至窗户上边缘的时间为
t1＝＝ s＝0.6 s，
水滴下落至窗台的时间为t2＝＝ ＝0.8 s，
水滴经过窗户的时间为Δt＝t2－t1＝0.8 s－0.6 s＝0.2 s.
【答案】　(1)8 m/s　(2)0.2 s
板书设计
伽利略对自由落体运动的研究
对自由落体的两种观点：
1、亚里士多德的错误观点
2、伽利略的观点
伽利略的猜想和假说：
1、伽利略研究落体运动首先应解决的问题：描述运动所需的概念。
2、用来描述物体运动性质的物理量：时间、位移、瞬时速度、平均速度、加速度。
3、伽利略的猜想：v∝x（最后否定掉了）v∝t
三、伽利略猜想的实验验证：
1、伽利略遇到的困难和解决方案：
困难之一：无法测量瞬时速度。
解决方案：改测位移与时间的关系（静止开始作匀加速直线运动的物体s∝t2）
困难之二：没有准确的计时工具。
解决方案：“冲淡重力”的斜面实验
2、合理的外推
四、伽利略的科学方法：对现象的一般观察
→提出假设
→运用逻辑得出推论
→实验进行检验
→对假设进行修正和推广
观察实验：纸片和小石子自由下落
学生讨论得出结论，组织学生分析
学习伽利略的逻辑分析和实验方法
体会、归纳对待事物的科学思想方法