2.6 伽利略对自由落体运动的研究
课前预习学案
一、预习目标
了解落体运动研究的史实，了解逻辑推理的特色，理解任何猜想和假说都须要有实验验证的重要性。
二、预习内容
对于落体运动，自古以来许多人都研究过。本节课介绍落体运动的研究历史，主要是介绍伽利略对自由落体运动的研究过程和他的科学思维方法。要通过自主学习，独立的思考、归纳和总结，提出自己的看法与体会。
三、提出疑惑
同学们，通过你的自主学习，你还有哪些疑惑，请把它填在下面的表格中
疑惑点
疑惑内容
课内探究学案
一、学习目标
通过重现重大发现的历史过程，亲临其境探究伽利略对自由落体运动研究的实验，学习其科学思维方法和巧妙的实验构思。
二、学习过程
（一）、绵延两千年的错误
亚里士多德的观点：物体越重，下落越快.
交流与讨论：为什么会有错误的认识呢？
（二）、逻辑的力量
伽利略是怎样论证亚里士多德观点是错误的？
（三）、猜想与假说
（四）、实验验证
阅读：伽利略斜面实验的情况
讨论与交流：感受伽利略的探究过程，体会其科学方法
设计实验：研究初速度为零的匀加速直线运动的位移和时间的关系，并设计表格记录实验数据.
（五）、伽利略的科学方法
三、反思总结
伽利略的科学方法。
①问题的提出。
②提出假设，逻辑推理。
③利用数学和逻辑进行推理，然后实验验证。
④对假说进行修正和推广。
四.当堂检测
1．某物体从某一较高处自由下落，第1s内的位移是_______m，第2s末的速度是______m/s，前3s 内的平均速度是_________m/s（g取10m/s2）。
2．小球做自由落体运动，它在前ns内通过的位移与前（n+1）s内通过的位移之比是_____________。3．一物体从高处A点自由下落，经B点到达C点，已知B点的速度是C点速度的3/4，BC间距离是7m，则AC间距离是__________m（g取10m/s2）。4．一物体从高H处自由下落，当其下落x时，物体的速度恰好是着地时速度的一半，由它下落的位移x=__________5．关于自由落体运动的加速度g,下列说法中正确的是( )
A．重的物体的g值大
B．同一地点,轻重物体的g值一样大
C．g值在地球上任何地方都一样大
D．g值在赤道处大于在北极处
6．一个铁钉与一个小棉花团同时从同一高处下落,总是铁钉先落地,这是因为( )
A．铁钉比棉花团重
B．铁钉比棉花团密度大
C．棉花团的加速度比重力加速度小得多
D．铁钉的重力加速度比棉花团的大
7．甲物体的重力是乙物体重力的3倍，它们从同一高度处同时自由下落，由下列说法正确的是（）
A．甲比乙先着地
B．甲比乙的加速度大
C．甲、乙同时着地
D．无法确定谁先着地
8．自由下落的物体，自起点开始依次下落相等高度所用的时间之比是（）
A．1/2 B．1/3 C．1/4 D．(+1):1
9．自由落体运动的v-t图象应是图2-4-4中的( )
10．一个物体从20m高的地方下落,到达地面时的速度是多大?落到地面用了多长时间? (取g=10m/s2)
课后练习与提高
1.气球以4m/s的速度匀速竖直上升,它上升到217m高处时,一重物由气球里掉落,则重物要经过多长时间才能落到地面?到达地面时的速度是多少? (不计空气阻力, g=10m/s2)。
2．如图2-4-5所示,把一直杆AB自然下垂地悬挂在天花板上,放开后直杆做自由落体运动,已知直杆通过A点下方3.2m处一点C历时0.5s,求直杆的长度是多少? (不计空气阻力, g=10m/s2).
参考答案
当堂检测
1.5 20 15 2.n2/(n+1)2 3.16 4.H/4
5.B 6.C 7.C 8.D 9.B
10.20m/s,2s
课后练习与提高
1.7.0s,66m/s
2.2.75m
《伽利略对自由落体运动的研究》教案
一、课标要求：
1、教学重点：
通过重现重大发现的历史过程，让学生亲临其境探究伽利略对自由落体运动研究的实验，学习其科学思维方法和巧妙的实验构思。
2、教学难点：
（1）当无法验证自由落体运动是初速度为零的匀加速直线运动时，如何引导学生巧妙设计斜面实验间接验证；
（2）引导学生在实验过程中怎样进行合理猜想、数学推理、合理外推等重要方法。
3、课时安排：1课时
二、教材分析：
本节内容属于《普通高中物理课程标准》中共同必须模块Ⅰ的内容，是以往教材所没有的。学生在学习本节课内容之前，已经学习了自由落体运动的定义和利用打点计时器打出的纸带来验证“自由落体运动是初速度为0的匀加速直线运动”。新教材专辟这一节，并无重复之嫌。目的是让学生深刻体会到在当时实验设备不精确的条件下伽利略如何提出问题，遇到什么问题，如何突破困难，使学生身临其境，领悟其科学精神，物理思想和研究方法，对提高学生的科学素养具有重要的意义。
三、设计思路：
本节课内容通俗易懂，课前可由学生自主学习。上课时使学生融入伽利略的角色，如何指出亚里士多德的逻辑错误，如何提出自己猜想再利用斜面实验间接验证加以外推。教师以平等地位参与讨论，发表意见。由于当斜面的倾角超过50时便很难计时，此时可用磁控电子秒表代替。分别读出相应的s、t，建立s-t2坐标系描出图象，得知斜面倾角一定，加速度一定。通过这节课的探究，培养学生创新能力，提高其科学素养。
四、教学目标：
（一）教学目标：
1、了解伽利略对自由落体运动的研究思路和方法；
2、能够合理设计实验，并将实验数据用图线法处理。
（二）过程和方法：
1、经历伽利略对自由落体运动的研究方法，感悟科学探究的方法；
2、分组进行科学探究活动，完成实验操作；
3、培养学生进行数学推理和图象处理数据的能力。
（三）情感目标：
1、激发了学生学习伽利略敢于向权威挑战，善于观察思考，知难而进的优秀品质；
2、培养学生耐心细致的意志品质，创新思想和互相协作的精神。
五、教学过程：
（一）复习旧知，引出新课
1、教师提问：我们在上一节课已经学习了自由落体运动知道：
（1）定义？（物体只在重力作用下从静止开始下落的运动）
（2）实质？（初速度为0的匀加速直线运动）
2、教师指出：纸张比石头下落得慢是由于空气阻力的影响，但使人误以为“重物比轻物下落得快”。这正是统治了两千多年的亚里士多德的观点。
教师：大家回忆一下，初中有篇课文《两个铁球同时着地》，有谁能描述故事的主要内容？运用上节课知识如何解释同时着地？
学生描述并解释。（由H=gt2 t=,H相同，t相同）
教师:但是,当时还不知自由落体运动是初速度为0的匀加速直线运动,所以不能用此公式。那伽利略是如何指出亚里士多德的错误,建立自己的观点呢？
(二)逻辑推理，提出猜想:
先假设亚里士多德的观点是对的。则设大石头下落的速度为8，小石头下落的速度为4，捆在一起，大石头被小石头拖着会变慢，系统速度应小于8；但总重量比大石头还重，故系统速度应小于8，自相矛盾。因为只有一种可能：重物和轻物应该下落得一样快，自由运动应该是最简单的运动。猜想v∝x和v∝t两种可能性，但经过推理只有v∝t。如果能够用实验证明，则自由落体运动是初速度为0的匀加速直线运动。
（三）设计方案，实验验证：
1、设计方案：
教师：根据上述的猜想，请各小组分析讨论，应该怎样验证上述猜想。
学生活动：各小组展开设计和讨论，进行指导。
教师提问：在当时的实验条件下，能否设计实验直接验证v∝t呢？
学生回答：当时v还未定义，更无法测v的大小了。
教师：对！当我们无法直接验证时，我们怎样想法子呢？
学生讨论得：实际我们验证v∝t无非是来证明自由落体运动是初速度为0的匀加速直线运动，转化为验证s∝t2问题便解决了。
教师又问：t的测量当时用“滴水计时“，落体运动速度快，这样测量误差大，怎样解决这个问题？
学生讨论得：先研究物体在斜面运动，此时物体运动速度变慢。让小车多次从同一起点滚动到斜面不同终点的位移和所用时间平方的比值s/t2是否保持不变，如下图：
即能否观察到：s1/t12=s2/t22=s3/t32=………如果不断增大倾角，其比值仍不变,再合理外推到900，此时便成自由落体运动了。
2、实验验证：
教师巡视。并将全班分成四个小组，每个小组的倾斜角不同，会发现用秒表计时太难，换用磁控电子秒表，并介绍其用法。借此说明伽利略做此实验的仔细程度，对学生适当进行思想教育。最终实验图如下图：
小车上固定一个磁铁。第一个磁控开关置于小车起始运动的位置，第二个磁控开关置于平板中央。小车一开始运动就作用于第一个磁控开关，使秒表开始计时，经过第二个磁控开关，秒表停止计时，并显示小车从静止运动到第二个磁控开关的时间t1,量出两磁控开关之间的距离s1。改变第二个磁控开关的位置，重复上述实验（注意保持小车开始运动的位置和第一磁控开关位置始终不变），得出相应的t2s2t3s3……。并将记如下面表格比较s/t2是否相等；或建立s-t2坐标系如下：
1
2
3
4
5
S(cm)
t(s)
t2(s2)
S/t2
3、巩固练习：
概括伽利略对落体运动的研究思路：
提出问题 合理猜想 数学推理 实验验证
合理外推 得出结论
六、完成教学，布置作业：
这节课给你最大的启发是什么？我们应该学习伽利略哪些优秀品质？课外讨论，并写成一篇小作文。
七、教学流程图：
