《伽利略对自由落体运动的研究》
教材分析
本节内容是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.教材编写的脉络清楚，逻辑推理严谨，文字表述生动、通俗易懂，因此，适合于学生自主学习.
本节是新教材注重过程与方法、情感态度和价值观的一个标志性内容.过去的教学过分注重对知识与技能的掌握，而忽略了对科学精神、科学研究方法的培养.因此，能否通过这节课的学习让学生体会到人类对自然世界的探究思想和方法，感受到一位伟大的科学家的高尚情操，就成为这节课最终的目标.为了更好地落实新课标的精神，该教学策略采用了先让学生收集相关资料，在课堂上经过讨论和发表见解，充实和完善伽利略的研究过程与方法.引导学生一步步体会伽利略严谨的科学态度、不畏强权的探索精神和正确地解决问题的思路，树立正确的科学观念.
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。
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。
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。
教学过程
（一）预习检查、总结疑惑
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。
（二）情景引入、展示目标
我们用手拿一个小球和一张纸片，放开后，小球和纸片从静止开始下落.我们可以看到，小球先落地，纸片后落地.
公元前4世纪，古希腊伟大的思想家、哲学家亚里士多德（Arestotle）根据与我们类似的观察，直接得出结论：重的物体比轻的物体下落得快.
亚里士多德的论断流传了近2
000年，直到16世纪，在意大利的比萨斜塔上，伽利略做了著名的两个球同时落地的实验.两个轻重不同的小球同时落地的声音，是那样的清脆美妙，又是那样的发聋振聩！它动摇了人们头脑中的旧观念，开创了实验和科学推理之先河，将近代物理学以至近代科学推上了历史的舞台.
今天这节课我们就一起来经历伽利略对自由落体运动的研究过程，领悟这位大师的科学精神、物理思想、研究方法，得其精髓，有所借鉴.
（三）合作探究、精讲点播
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.
公元前，人们对物体下落的研究很少，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～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.
交流与讨论：为什么会有错误的认识呢？
错误认识的根源在于不注意探索事物的本质，思考不求甚解.
二、逻辑的力量
学生阅读：
16世纪末，意大利比萨大学的青年学者伽利略（Galileo
Galilei，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而减慢，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，他们把这座古塔看作伽利略的纪念碑）
问题：伽利略是怎样论证亚里士多德观点是错误的？
猜想：既然物体下落过程中的运动情况与物体质量无关，那么为什么在现实生活中，不同物体的落体运动，下落快慢不同呢？我们能否猜想是由于空气阻力的作用造成的呢？如果没有空气阻力将会怎样呢？
学生讨论后回答.
三、猜想与假说
伽利略认为，自由落体是一种最简单的变速运动.他设想，最简单的变速运动的速度应该是均匀变化的.但是，速度的变化怎样才算均匀呢 他考虑了两种可能：一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
实验验证是检验理论正确与否的唯一标准.任何结论和猜想都必须经过实验验证，否则不成理论.猜想或假说只有通过验证才会成为理论.所谓实验验证就是任何人，在理论条件下去操作都能到得实验结果，它具有任意性，但不是无条件的，实验是在一定条件下的验证，而与实际有区别.
阅读：（课件投影）伽利略斜面实验的情况
伽利略在《两种新科学的对话》中说：
“用一块木料制成长约12库比特、宽半库比特、厚三指的板条，在它的上面划一条比一指略宽的槽，将这个槽做得很直，打磨得很光滑，在槽上裱一层羊皮纸（也要尽可能光滑）.取一个坚硬、光滑并且很圆的铜球，放在槽中滚动.将这个木槽的一端抬高一到二库比特，使槽倾斜.就像我要讲的那样把球放在槽顶沿槽滚下，记录下降的时间.实验要重复几次，以便使测得的时间准确到两次测定的结果相差不超过一次脉搏的十分之一，进行这样的操作，肯定了我们的观察是可靠的以后，将球滚下的距离改为槽长的四分之一，测定滚下的时间，我们发现它准确地等于前者的一半.下一步，我们用另一些距离进行试验，把全长用的时间与全长的二分之一、三分之二、四分之三，或者其他任何分数所用的时间相比较，像这样的实验，我们重复了整整一百次，结果总是经过的距离与时间的平方成比例，并且在各种不同坡度下进行实验，结果也都如此……”
讨论与交流：感受伽利略的探究过程，体会其科学方法
物体做自由落体运动的速度很快，在当时的实验条件下，是很难测量其位移和相应的时间，有什么方法可以使物体的速度可以慢一点又能研究匀变速直线运动的？
让小球在倾斜的轨道上滚下，倾角不要太大可以吗？
当时伽利略就是用这个方法.他设计一个斜面实验，使物体的运动速度变慢，解决了测量的难题.伽利略在一块木板上刻出一道直槽，槽内贴上羊皮纸使之平滑，用自制的水钟测量时间，探究一个光滑黄铜小球沿倾斜直槽滑下时的运动情况.我们也可以模拟这个四百多年前的实验，感受科学家的研究方法.
播放影片：
①用形铝型材，取长约1.6
ｍ的一段为导轨，以节拍器为计时器.将导轨一端垫高，呈斜面状，将小球开始运动处作出标记.
②调整时，启动节拍器，随节拍声数数“3，2，
1，0，1，2，3”，将小球在听到节拍声“0”时从原点释放.一边随节拍声数数，一边用手顺序指出当节拍器响时，小球大致的位置.
③不改变小球下落的初始位置，只要释放小球的时刻准确，在随后的各节拍声响时，在小球经过的大体位置上作出标记；
④从标尺上读出各标记到起始位置的间隔距离，并填入表格中；
⑤改变斜槽的倾斜角，重复实验多次；
伽利略在当时有限的实验条件研究出初速度为零的匀加速直线运动中位移和时间的关系.现在我们可以用什么仪器比较精确的方法来记录时间和位移进行研究呢？
桌面上有打点计时器、小车、木板，每两位同学为一组，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.
学生活动：讨论并设计实验方案，5分钟后进行交流.
参考方案：
时间（s）位移（cm）倾角
0.02
0.04
0.06
0.08
……
30°
45°
60°
……
1.把小车轨道的一端垫高，呈斜面状，把打点计时器固定在斜面最高点上，纸带穿过打点计时器的限位孔连在小车的尾部.
2.打开打点计时器开关，然后把小车从某一位置由静止开始释放，打出一条纸带.
3.从纸带第一点开始，测量从开始到每一个点的时间和位移，并填入表格中.
4.改变木板的倾角，把小车从同一位置从静止开始释放，并对从打出的纸带反映的数据填入表格中.
我们已经确定了实验方案，下面进行实验并对实验数据进行处理.
学生活动：两人为一组进行实验，并对实验数据进行处理.
从得到的实验数据，我们得到什么结论？
1、同一倾角时，在误差允许的范围内，
＝==常数
即x∝t2.
2、倾角越大，常数越大.
我们得到的结论，与四百年前伽利略使用简单仪器得到的结论完全一致.
伽利略根据斜面结果出发，认为：在初速度为零的匀加速直线运动中，经过的距离正比于时间的平方，即=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，自由落体运动是一种特殊的匀变速直线运动.
伽利略将实验与逻辑思维相联系进行科学研究的思想，开辟了一条科学研究之路.
五、伽利略的科学方法
对现象一般观察—提出猜想—运用逻辑推理—实验对推理验证－对猜想进行修证（补充）—推广应用.
伽利略的科学思想方法的核心是把实验和逻辑推理（包括数学推理）和谐地结合起来，从而有力地推进了人类科学认识的发展.
（四）、反思总结、当堂检测
教师组织学生反思总结本节课的主要内容，并进行当堂检测
（五）、发导学案、布置作业
这节课着重分析科学家是如何设计实验，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。
课堂小结
本节课主要由两部分组成：对科学家的了解；对伽利略科学方法的学习．这两个方面主
要是由学生通过查资料、预习，在老师的引导下，以学生为主体，进行学习的。
知识讲授的同时，给学生介绍物理学家、讲授物理学史．不仅让他们了解物理学家的工作，物理科学的发展过程，更重要的是通过了解科学发展的曲折性，以此撼动学生的心，让他们从中获得启迪。在后面的教学过程中争取设计的更科学，更有利于学生的学习，也希望大家提出宝贵意见，共同完善，共同进步!《伽利略对自由落体运动的研究》
教材分析
本节内容是介绍伽利略研究自由落体运动的科学方法和巧妙的实验构思。过去把这个内容做阅读材料处理，这次把它单例一节。这样也是出于对过程与方法、情感态度与价值观这两个方面教育目标的重视。教科书编写得脉络清楚，逻辑推理严谨，文字表述生动和通俗易懂，教学可以采取灵活的方式。
这节课最终的目标.为了更好地落实新课标的精神，该教学策略采用了先让学生收集相关资料，在课堂上经过讨论和发表见解，充实和完善伽利略的研究过程与方法.引导学生一步步体会伽利略严谨的科学态度、不畏强权的探索精神和正确地解决问题的思路，树立正确的科学观念。
教材目标
知识技能
1．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。
2．明确伽利略对自由落体运动的研究方法，领会伽利略的科学思想。
3．理解任何猜想和假说都必须要有实验验证的重要性。
过程与方法
1．学会自己查找资料学习物理学史的方法。
2．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
1．从科学研究过程中体验探索自然规律的艰辛，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，并能自觉地将学习心得体现在自己的学习实践中。
2．通过对伽利略的科学思维方法以及他对物理学贡献的介绍使学生体会到科学探索方法在人类进步上的重大意义。
教学重点
1．了解探索过程，明确探索的步骤。
2．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
使学生体会“观察现象→实验探索→提出问题→讨论问题→解决问题”的科学探究方式。
教学方法
自主学习法、合作探究法、讲授法
教学课时：1课时
教学过程设计
一、跨越时空的对话
【思考1】关于物体做落体运动时，下落快慢的影响因素，亚里士多德、伽利略分别提出了哪些观点？
【学生回答】亚里士多德：物体下落的快慢是由它们的重量决定的，重的下落快；
伽利略：重物与轻物应该下落一样快。
【思考2】亚里士多德为什么会有错误的认识呢？
【学生回答】观察---归纳，无法通过实验证明。
【思考3】为什么这个错误被延续了两千多年？
【学生回答】人们受主观臆想和定势思维的结果,更主要是因为这个是亚里士多德的观点,亚里士多德是古希腊伟大的物理学家,人们都对他深信不移。
【思考4】伽利略是怎样论证亚里士多德的观点是错误的？
【学生回答】逻辑---推理
二、逻辑的力量
让学生阅读教材P46页的相关内容：16世纪末，意大利比萨大学的青年学者伽利略（Galileo
Galilei,1564—1642）对亚里士多德的论断表示了怀疑．后，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而减慢，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，但后又被严谨的考证否定了．尽管如此，自世界各地的人们都要前往参观，他们把这座古塔看做伽利略的纪念碑）
三、猜想与假设
【思考1】伽利略在研究落体运动过程中首先遇到了什么困难？
【学生回答】没有描述运动的概念等
【思考2】伽利略作出了大胆的科学猜想，猜想的内容是什么？
【学生回答】1、v∝t；2、v∝x（最后否定了）。
四、实验验证
让学生阅读教材的相关内容，阅读后讨论以下问题：
【困难一】速度无法直接测量
突破：间接验证，借助于数学推理得出从静止开始做匀加速直线运动的物体，通过的位移与时间的平方成正比．
若v0＝0,且v∝t
必有x∝t2
【困难二】落体运动时间太短，无法准确测量
突破：设计了著名的“冲淡重力”的斜面实验，“冲淡”重力，使其加速度减小。
由于伽利略时代的实验仪器不能精确测量快速下落所需的时间，所以他设想通过斜面落体“冲淡重力”，并通过延伸斜面和控制斜面倾角控制物体运动的速度和所经历的时间．经过多次实验发现，虽然不断改变斜面的倾斜度，但得到的结果有共同点：小球经过的距离的比值等于经过这些距离对应所用时间间隔的平方之比．伽利略在这个基础上进行合理外推，当倾角增大到90度时，实验结论仍应成立，此即竖直落体运动．至此，伽利略就完成了对自由落体运动的研究．
虽然当时伽利略已经意识到空气的阻力将影响物体的下落，但是由于科学发展和仪器设备的限制，当时仍然没有办法用实验手段得到真空，所以并不能真正地完成一个自由落体运动的实验．伽利略的研究也只能停留在理论研究的部分，直到牛顿的时代，发明了抽气机，才由牛顿设计了钱羽管（又称牛顿管），真正用实验证明在真空中，物体下落速度与物体重力无关．于是，伽利略的理论终于从纯理论研究进入实验验证，并通过实验验证了其正确性．
教学反思《伽利略对自由落体运动的研究》
一、设计思路：
1、课标要求分析：了解亚里士多德关于运动的主要观点和研究方法，了解伽利略的实验研究工作，认识伽利略有关实验的科学思想和方法。了解伽利略研究自由落体运动所用的实验和推理方法。
2、教材文本分析：教材介绍了伽利略研究自由落体运动所用的科学方法和巧妙的实验构思，以及伽利略对自由落体运动的探究历史，方法的教学贯穿课程文本始终。目的是让学生体会伽利略发现问题、分析问题、解决问题的历史过程以及面对困难时采取的方法，增加学生对处理物理问题的方法论的初步认识。
3、学生学情分析：学生已经学习了自由落体运动的定义和规律，但不十分了解伽利略发现自由落体规律的具体过程和历史。所以教材单独列出这节课，让学生了解伽利略对落体问题的研究过程和突破困难采用的方法，培养学生勇于探索、坚持真理的高尚情操。
4、教学总体安排：本课时采用了课前学生自己预习、课上学生分组讨论问题和教师适当引导的方式，重点关注伽利略在研究过程中所采用的科学方法以及意义。
二、教学目标：
（一）知识与技能
1、了解伽利略对自由落体运动的研究方法。
2、知道逻辑推理(包括数学知识)和实验验证对解决物理课题的重要性。
（二）过程与方法
1、经历伽利略对自由落体运动的研究过程，体验伽利略的科学研究方法。
（三）情感、态度与价值观
1．通过了解史实，培养渗透坚持真理、不迷信权威、勇于探索的科学精神。
2．通过经历伽利略对自由落体运动的研究过程，进一步提升对方法论的认识。
三、教学重点与难点：
教学重点：伽利略对自由落体运动研究的过程、方法。
教学难点：伽利略否前人错误结论的逻辑推理、斜面实验结论的合理外推。
四、教学方式：
教学方法：自主讨论法、归纳法、实验演示法
五、教学用具：
小铁球、斜槽、多媒体辅助设备。
六、教学流程
七、板书设计
教学过程
教学环节
教师活动
学生活动
教学目的
复习提问
1、什么是自由落体运动？2、自由落体运动的加速度有什么特点？
回答问题
复习巩固
新课引入
自由落体运动是一种比较简单的运动，但是对这种简单运动现象的研究并非一蹴而就。一起来学习：《2.6伽利略对自由落体运动的研究》
思考
引入新课
新课教学新课教学
一、介绍亚里士多德的观点及其成因
考察观点的错误之处
引导学生进入当时的环境
二、伽利略的研究过程：1、伽利略是如何反驳亚里士多德的观点？2、伽利略反驳完了，这个问题是不是就结束了？伽利略在考虑什么问题？3、伽利略对落体运动的最初认识是怎样的？4、伽利略是怎样大胆猜测：下落物体的速度是随时间均匀增加的，即
v∝t
？介绍伽利略研究过程中遇到的困难：给学生时间思考与体悟困难一、瞬时速度不易测量，伽利略通过数学推导，间接证明位移与时间的平方成正比就可以。困难二、当时没有准确的计时工具，很难测定物体自由下落的时间。伽利略采用“冲淡重力”的办法再现伽利略当年的实验过程，得到初步结论7、伽利略将结论合理外推，得到落体运动的规律；讨论伽利略将结论外推的逻辑的合理性伽利略的勇气9、整体展现伽利略的研究过程与方法10、伽利略科学方法的深远影响
思考并给出反驳意见思考回答：研究落体现象的规律阅读合作推理讨论,回答.学习、体会伽利略对待处理困难的精妙设计以及逻辑的合理性学生辅助完成操作学习体会伽利略的推理逻辑记忆感悟阅读感悟
引导逻辑方法的合理运用引导对物理现象的深入研究了解伽利略的哲学信仰培养获取认识的严谨性：科学猜想不是乱猜体会研究物理问题的观察法和猜想法,以及逻辑思维在研究过程中的作用。经历伽利略的实验验证过程体会逻辑的作用体会伽利略大胆的思辨填补经验材料的不足整体认知伽利略研究方法体会科学方法的方法论意义以及生命力所在
课堂小结
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。伽利略的科学思想方法的核心是把实验和逻辑推理(包括数学推理)和谐地结合起来，从而发展了人类科学思维方式和科学研究方法。
学生自行交流、梳理、记忆
强化方法的理解和记忆
作业设计
如果利用现有的实验仪器，你如何再行设计伽利略的实验方案，再现伽利略斜面实验探究过程？
巩固知识
教学反思
成功之处：本节教材注重过程与方法、情感态度和价值观的一个标志性内容。为了使学生领略从“观察现象→实验探索→提出问题→讨论问题→解决问题”的科学探究方式。本教学设计以“伽利略是怎样推翻亚里士多德的结论并建立自己的理论”为主线索展开，学生通过体验伽利略的科学研究方法，能够进一步养成良好的思维习惯，发展科学探索兴趣；能够体会到研究物理问题所使用的方法和手段，提高对生活和物理问题的深入思考，也有助于提高逻辑推理能力和科学想象能力。伽利略克服困难的态度和方法激励了学生的学习兴趣。但这节课逻辑推理和合理外推学生并不能真正理解，而后面的学习学生又很少有机会应有，因而对于难点的突破教学就要进行细致的考虑。对于落体运动的规律，当时流行的认识是“速度与距离成正比”；这在当时的人们看来是很自然的事情。伽利略对两种思想进行了思考和论证，这个证明的过程课本处理的很简略，就需要课堂教学细化，否则学生不可能真正体会“认为速度和距离成正比会导致非常复杂的结论”的真正含义。另一处是在合理外推的环节：教材文本没有详细描述伽利略外推的过程，甚至没有提及他是如何完成外推的。这容易给学生造成误解：外推是一件很容易的事情，不需要逻辑的严谨。所以这里也需要恰当的补充。教学中再现伽利略的实验过程，对于引导学生体验伽利略研究方法必不可少。因此感觉这个演示实验，不是可有可无的。实验获得的数据，用Excel表格处理之后，和伽利略手稿中的数据呈现的规律相对比，容易让学生感到信服伽利略的结论的获得的合理性。测出不同倾斜角时位移与时间的比值，学生就会发现比值越来越大，这样就比较容易理解伽利略的合理外推的可靠性和一种自然而然的倾向性。本节课的教学基本能够完成预设的教学目标。不足之处：1、教学问题的设置上，还可以有改进的空间，还是要考虑怎样能更好的激发学生的思考，引领学生的探究学习过程。2、由于没有专门的实验仪器，演示实验的器材是我自行设计组合的，精度上还有很大差距，所以实验数据的误差相对比较大。原来考虑用一组可伸缩弹簧片对小球的位置进行精确测量的想法，因为技术原因，没法实现，也是比较遗憾。3、尽管之前阅读过一些关于伽利略的传记以及与本课节相关的一些内容，但是对于物理美学以及物理科学方法论储备很少，驾驭起来有些捉襟见肘，这都是以后需要我在教学中不断学习的地方。
伽利略对自由落体运动的研究（导学案）
班级
姓名
复习回顾：1．自由落体运动：定义：自由落体运动是物体只在________作用下由________开始下落的运动．2．自由落体运动的加速度：在同一地点，一切物体在自由落体运动中的加速度都________（相同或不同），这个加速度叫自由落体的加速度，又叫________________，通常用g来表示，计算中g一般取______，．重力加速度的方向是_______________的．新课学习：一、亚里士多德绵延两千年的错误：1、公元前4世纪，古希腊伟大的思想家、哲学家亚里士多德根据与我们类似的观察，直接得出结论：物体下落的快慢是由它们的
决定。他的这一论断流传了近2
000年。二、伽利略对自由落体运动的研究：[交流与讨论]：伽利略是怎么证明亚里士多德的认识是错误的？伽利略的结论是怎样的呢？伽利略没有满足于否定了亚里士多德的错误认识，他进一步考虑什么问题呢？伽利略认为自由落体运动是一种怎样的运动呢？伽利略是怎样大胆猜测：下落物体的速度是随时间均匀增加的，即
v∝t
？6、伽利略研究过程中遇到的两个困难，他是采用什么方法怎样克服的？困难一、瞬时速度不易测量，伽利略通过数学推导，间接证明：
困难二、当时没有准确的计时工具，很难测定物体自由下落的时间。伽利略采用
的办法。观察伽利略当年的实验过程模拟；实验数据支持的直接结论是什么
伽利略将结论合理外推，得到落体运动的规律是怎样的？
9、感受伽利略的探究过程，体会其科学方法：伽利略的研究过程与方法的基本环节是什么？
课堂小结：交流自己的学习心得：我的学习收获是什么？
课后作业：如果利用现有的实验仪器，你如何再行设计伽利略的实验方案，再现伽利略斜面实验探究过程？
2.6伽利略对自由落体运动的研究（导学案）
班级
姓名
复习回顾：1．自由落体运动：定义：自由落体运动是物体只在________作用下由________开始下落的运动．2．自由落体运动的加速度：在同一地点，一切物体在自由落体运动中的加速度都________（相同或不同），这个加速度叫自由落体的加速度，又叫________________，通常用g来表示，计算中g一般取______，．重力加速度的方向是_______________的．新课学习：一、亚里士多德绵延两千年的错误：1、公元前4世纪，古希腊伟大的思想家、哲学家亚里士多德根据与我们类似的观察，直接得出结论：物体下落的快慢是由它们的
决定。他的这一论断流传了近2
000年。二、伽利略对自由落体运动的研究：[交流与讨论]：伽利略是怎么证明亚里士多德的认识是错误的？伽利略的结论是怎样的呢？伽利略没有满足于否定了亚里士多德的错误认识，他进一步考虑什么问题呢？伽利略认为自由落体运动是一种怎样的运动呢？伽利略是怎样大胆猜测：下落物体的速度是随时间均匀增加的，即
v∝t
？6、伽利略研究过程中遇到的两个困难，他是采用什么方法怎样克服的？困难一、瞬时速度不易测量，伽利略通过数学推导，间接证明：
困难二、当时没有准确的计时工具，很难测定物体自由下落的时间。伽利略采用
的办法。观察伽利略当年的实验过程模拟；实验数据支持的直接结论是什么
伽利略将结论合理外推，得到落体运动的规律是怎样的？
9、感受伽利略的探究过程，体会其科学方法：伽利略的研究过程与方法的基本环节是什么？
课堂小结：交流自己的学习心得：我的学习收获是什么？
课后作业：如果利用现有的实验仪器，你如何再行设计伽利略的实验方案，再现伽利略斜面实验探究过程？
引入生活中的落体运动现象
亚里士多德的观点
伽利略的思考：反驳的逻辑与艺术
后人的研究：重走巨人之路
伽利略的实验验证
伽利略的思考：猜想与假设
伽利略科学研究方法的归纳总结
伽利略实验结论的合理外推
2.6
伽利略对自由落体运动的研究
亚里士多德的结论：
伽利略对落体运动的研究：
1、观察发现
2、猜想假设
3、逻辑推理
4、实验验证
5、修正推广
三、伽利略科学方法的意义：《伽利略对自由落体运动的研究》
备课资源
古希腊权威思想家亚里士多德（公元前384—322年）曾经断言：物体从高空落下的快慢同物体的重量成正比，重者下落快，轻者下落慢。比如说，10磅重的物体落下时要比1磅重的物体落下快10倍。1800多年来，人们都把这个错误论断当作真理而信守不移。直到16世纪，伽利略（公元1564—1642年）才发现了这一理论在逻辑上的矛盾。伽利略说，假如一块大石头以某种速度下降，那么，按照亚里士多德的论断，一块小些的石头就会以相应慢些的速度下降。要是我们把这两块石头捆在一起，那这块重量等于两块石头重量之和的新石头，将以何种速度下降呢？如果仍按亚里士多德的论断，势必得出截然相反的两个结论。一方面，新石头的下降速度应小于第一块大石头的下降速度，因为加上了一块以较慢速度下降的石头，会使第一块大石头下降的速度减缓；另一方面，新石头的下降速度又应大于第一块大石头的下降速度，因为把两块石头捆在一起，它的重量大于第一块大石头。这两个互相矛盾的结论不能同时成立，可见亚里士多德的论断是不合逻辑的。伽利略进而假定，物体下降速度与它的重量无关。如果两个物体受到的空气阻力相同，或将空气阻力略去不计，那么，两个重量不同的物体将以同样的速度下落，同时到达地面。
为了证明这一观点，1589年的一天，比萨大学青年数学讲师，年方25岁的伽利略，同他的辩论对手及许多人一道来到比萨斜塔。伽利略登上塔顶，将一个重100磅和一个重1磅的铁球同时抛下。在众目睽睽之下，两个铁球出人意料地差不多是平行地一齐落到地上。面对这个无情的实验，在场观看的人个个目瞪口呆，不知所措。
这个被科学界誉为“比萨斜塔实验”的美谈佳话，用事实证明，轻重不同的物体，从同一高度坠落，加速度一样，它们将同时着地，从而推翻了亚里士多德的错误论断。这就是被伽利略所证明的，现在已为人们所认识的自由落体定律。“比萨斜塔实验”作为自然科学实例，为实践是检验真理的唯一标准提供了一个生动的例证。
教学目标
一、知识与技能
1.了解伽利略对自由落体运动的研究思路和方法。
2.理解任何猜想和假说都需要有实验验证。
二、过程与方法
1.通过史实了解伽利略研究自由落体规律的过程，体会其推理方法的奥妙。
2.了解猜想的必要性，感受探究规律的几个必要过程和科学方法的重要性，了解体会一些科学的方法。
三、情感、态度与价值观
1.通过了解史实培养学生的意志品格和科学的方法观，避免在学习和科学研究中的盲目和急功近利思想。
2.激发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。
3.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。
教学重点、难点：
教学重点
1.伽利略对落体问题的逻辑推理。
2.伽利略的验证性实验的设计。
教学难点
伽利略的理想外推。
教学过程：
一、导入新课
我们已经学习了自由落体运动，知道了物体下落的快慢与物体的质量无关。这一正确认识却经历了曲折而又漫长的历史过程。这节课我们沿着科学家的足迹，看看伽利略是怎样研究自由落体运动的。
板书：第六节
伽利略对自由落体运动的研究
二、进行新课
（一）绵延两千年的错误
教师活动：引导学生阅读教材第一段，提出问题：
1.亚里士多德怎样得到自由落体运动结论，他的观点是什么？
学生回答：亚里士多德通过观察，在日常生活中，重的物体下落快，轻的物体下落慢。得出结论：物体下落的快慢是由它们的重量决定的。
教师课件展示：亚里士多德认为物体下落的快慢由它们的重量决定的。
2.亚里士多德为什么会有这种错误的认识呢？
学生活动：思考问题，交流体会。
师生讨论共同得出结论：没有注意探索事物的本质，思考不求甚解。
（二）伽利略对自由落体运动的研究
1.
逻辑的力量
教师活动：引导学生阅读教材第三、四段，提出问题：伽利略是怎样论证亚里士多德观点是错误的？
学生活动：带着问题阅读教材，阐述自己的观点。
教师课件投影展示伽利略论证亚里士多德的观点错误的方法：
根据亚里士多德的论断，一块大石头的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而减慢，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。
2.
猜想与假说
教师活动：引导学生阅读教材“猜想与假说”部分，提出问题：伽利略在研究落体运动过程中遇到了哪些困难？面对这些困难，伽利略是怎样做的？他作出了大胆的科学
猜想，猜想的内容是什么？
学生活动：带着问题阅读教材，阐述自己的观点。
课件投影：伽利略的猜想：
伽利略认为，自由落体是一种最简单的变速运动。他设想，最简单的变速运动的速度应该是均匀变化的。但是，速度的变化怎样才算均匀的呢？他考虑了两种可能：一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。
教师点评：科学的猜想，或者叫假说，这是对事物认识的基础，是建立概念描述规律的前提。
3.
实验验证
教师活动：（陈述）实验验证是检验理论正确与否的唯一标准。任何结论和猜想都必须经过实验验证，否则不成理论。猜想或假说只有通过验证才会成为理论。所谓实验验证就是任何人在理论条件下去操作都能到得实验结果，它具有任意性，但不是无条件的，实验是在一定条件下的验证，而与实际有区别的。
引导学生阅读教材“实验验证”部分，提出问题：伽利略在实验过程中遇到了怎样的困难，他又是怎样克服的？
学生活动：带着问题阅读教材，阐述自己的观点。
指导学生阅读：（课件投影）伽利略斜面实验的情况：
伽利略在《两种新科学的对话》中说：“用一块木料制成长约12库比特、宽半库比特、厚三指的板条，在它的上面划一条比一指略宽的槽，将这个槽做得很直，打磨得很光滑，在槽上裱一层羊皮纸（也要尽可能光滑）。取一个坚硬、光滑并且很圆的铜球，放在槽中滚动，将这个木槽的一端抬高一到二库比特，使槽倾斜。就像我要讲的那样把球放在槽顶沿槽滚下，记录下降的时间。实验要重复几次，以便使测得的时间准确到两次测定的结果相差不超过一次脉搏的十分之一，进行这样的操作，肯定了我们的观察是可靠的以后，将球滚下的距离改为槽长的四分之一，测定滚下的时间，我们发现它准确地等于前者的一半。下一步，我们用另一些距离进行试验，把全长用的时间与全长的二分之一、三分之二、四分之三，或者其他任何分数所用的时间相比较，像这样的实验，我们重复了整整一百次，结果总是经过的距离与时间的平方成比例，并且在各种不同坡度下进行实验，结果也都如此……”
4.合理外推
教师活动：引导学生阅读教材“实验验证”部分，提出问题：为什么说，伽利略把他的结论外推到90°需要很大勇气？
教师课件展示：伽利略的外推：
伽利略根据斜面结果出发，认为：在初速度为零的匀加速直线运动中，经过的距离正比于时间的平方，即
QUOTE
，k为恒量，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
QUOTE
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，自由落体运动是一种特殊的匀变速直线运动。
（三）科学的方法
教师讲解：物理学的研究很注重方法，科学探究方法包括以下几点：
对现象一般观察—提出猜想—运用逻辑推理—实验对推理验证—对猜想进行修证（补充）—推广应用。
伽利略的科学思想方法的核心是把实验和逻辑推理（包括数学推理）和谐地结合起来，从而有力地推进了人类科学认识的发展。
学生活动：阅读教材STS《从伽利略的一生看科学与社会》短文，对自己进行科学人生观教育。
（四）实例探究（备课参考）
竖直上抛运动的实例分析
例题：某人在高层楼房的阳台外侧以20
m/s的速度竖直向上抛出一个石块，石块运动到离抛出点15m处时，所经历的时间为多少？（不计空气阻力，取g
=10m/s2）
分析：石块运动到离抛出点15m处时，石块的位置是在抛出点上方还是在抛出点下方？如果是在抛出点上方的话，是处于上升阶段还是处于下降阶段？
从题意来看，石块抛出后能够上升的最大高度为m>15m。
这样石块运动到离抛出点15
m处的位置必定有两个，如图2-6-1所示，因而所经历的时间必为三个。
分段法：
石块上升到最高点所用的时间为：
s。
2
s前石块第一次通过“离抛出点15
m处”；2
s时石块到达最高点，速度变为零，随后石块开始做自由落体运动，会第二次经过“离抛出点15
m处”；当石块落到抛出点下方时，会第三
次经过“离抛出点15m处”。这样此题应有三解。
当石块在抛出点上方距抛出点15m处时取向上为正方向，则位移x
=
+15m，a=
-g
=
-10
m/s2，代入公式得：，
解得t1=1
s；t2=3
s。
t1=1
s对应着石块上升时到达“离抛出点15
m处”时所用的时间，而t2=3
s则对应着从最高点往回落时第二次经过“离抛出点15
m处”时所用的时间。
由于石块上升的最大高度H=20m，所以，石块落到抛出点下方“离抛出点15m处”时，自由下落的总高度为HOB=20m+15m=35m，下落此段距离所用的时间
s。
石块从抛出到第三次经过“离抛出点15m处”时所用的时间为：t3=2
s+s=（2+）s。
三、课堂小结
通过这节课的学习，我们从伽利略对落体的研究上，学习他的观察思考等科学方法，为我们下一步（以后）的探究打下基础，不能盲目，也不能怕困难，要用科学的方法指导我们。
四、布置作业
完成课后做一做。
五、板书设计
2.6
伽利略对自由落体运动的研究
一、绵延两千年的错误
二、伽利略对落体运动的研究
发现问题
提出假设
逻辑推理
实验验证
合理外推
六、课堂作业
1.自由落体运动
（1）定义：
（2）实质：
2.纸张比石头下落得慢是由于_______的影响。
3.两千多年前的_______认为越重的物体下落得越快。
4.伽利略给出了科学研究过程的基本要素，这些要素包含对现象的一般观察、
、_______、______、对假说进行修正和推广等，伽利略科学思想方法的核心是把_______和_______和谐地结合起来。
5.A物体重量是B物体重量的两倍，A从H，B从2H高度同时开始自由下落（不计空气阻力，下落时间大于1s
（
）。
A.落地前同一时刻B比A的速度大
B.1s末A、B速度相等
C.两物体落地时速度相同
D.下落1m所需的时间相同
6.物体做竖直上抛运动后又落回到原出发点的过程中，下列说法正确的是（
）。
A.上升过程中，加速度方向向上，速度方向向上
B.下落过程中，加速度方向向下，速度方向向下
C.在最高点，加速度大小为零，速度大小为零
D.到最高点后，加速度方向不变，速度方向改变
参考答案：
1.（1）物体只在重力作用下从静止开始下落的运动。
（2）初速度为0的匀加速直线运动。
2.
空气阻力
3.
亚里士多德
4.提出假设
逻辑推理
实验验证
逻辑推理
实验探究
5.BD
6.BD
教育格言
教育上的水是什么？就是情，就是爱。教育没有了情爱，就成了无水的池，任你四方形也罢、圆形也罢，总逃不出一个空虚。班主任广博的爱心就是流淌在班级之池中的水，时刻滋润着学生的心田。
图2-6-1《伽利略对自由落体运动的研究》
教学目标
一、知识与技能
1.通过历史回顾，初步了解近代实验科学产生的背景。
2.认识实验对物理学发展的推动作用。
3.能够合理设计实验，并将实验数据用图线法处理。
二、过程与方法
1.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。
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、态度与价值观
1.从科学研究过程中体验探索自然规律的艰辛和喜悦，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。
2.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。
3.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。
教学重点、难点
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。
教学准备
1．实验器材：小石子若干、形状相同的纸片若干、羽毛、小金属片若干、牛顿管、抽气机。
2．多媒体教学设备一套：可供实物投影、放像、课件播放等。
教学过程
一、导入新课
拿出一本书、一张展开的纸，从同一高度自由释放。
提问：1.它们谁先着地？（请学生列举生活中物体下落快慢比较的例子）2.到底怎样的物体落得快？3.对这个问题历史上不同时期有不同的认识。
二、进行新课
（一）对自由落体的两种观点
让学生阅读教材P46内容。
提问1：伽利略推翻亚里士多德的观点，采用的是什么推理方法？你以前是否用到该法？
请你们设计实验来推翻亚里士多德的观点的。
学生分组讨论得出：反证法是一种常用的推理方法。
方案不一定同，学生的实验方案可能有：将纸片团成纸团、小石子同时释放；将纸片团成纸团、纸片同时释放；小石子、纸片呈竖直同时释放等等，并说明实验现象，得出结论：重的物体不一定下落得快。
提问2：什么原因造成不同物体下落有快有慢？
讨论得出：空气阻力。
提问3：在没有空气阻力的情况下，轻重不同物体的下落快慢会怎样呢？
演示牛顿管中的物体下落：将抽过气的牛顿管内的金属片与轻鸡毛从静止一起下落，观察结果，两者几乎同时落到牛顿管的下端（强调：管内空气已被抽得很稀薄，空气阻力的影响非常小）；将牛顿管内放入空气再做实验，情况截然不同了，金属片比鸡毛落得快。
得出结论：在没有空气阻力的情况下，物体下落的快慢与重力的大小无关。
（二）伽利略的猜想和假说
伽利略在否定了亚里士多德的观点后，并没有就此止步，他要进一步研究自由落体运动的规律。
请同学阅读教材P46—47第三部分。
提出问题：
1.伽利略研究落体运动首先应解决什么问题？
2.用什么量来描述物体“运动性质”？
3.伽利略作了怎样的猜想？
小组讨论后回答：
1.描述运动所需的概念。
2.描述物体运动快慢的物理量有瞬时速度、平均速度；描述速度变化快慢的物理量是加速度。
3.v∝x（最后否定了）及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
猜想还毕竟是猜想，是否正确，是否具有指导意义，还需要验证。请同学阅读教材P49—50第四部分。
问题：伽利略遇到了什么困难？如何解决的？
学生仔细阅读后讨论得出：
困难之一：无法测量瞬时速度。
解决方案：借助于数学推理得出从静止开始做匀加速直线运动的物体，通过的位移与时间的平方成正比。
困难之二：没有准确的计时工具，无法测定象自由落体这样较短的时间。
解决方案：设计了著名的“冲淡重力”的斜面实验。
2.合理的外推
多媒体展示：伽利略研究物体沿不同角度的斜面运动的情况。
他进行了上百次的定量研究，发现从斜面上滚下的小球都做匀加速运动。由此他推想，当斜面倾角增大到90°，小球做自由落体运动时，仍然会做匀加速运动。
3.伽利略的科学方法
伽利略对运动的研究，不仅确立了许多用于描述运动的基本概念，而且创造了一套对近代科学的发展极为有益的方法。请同学们总结本节内容，归纳这种科学方法。
同学讨论归纳：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→……
（四）堂内检测
1.自由落体运动
（1）定义：
。
（2）实质：
。
2.纸张比石头下落得慢是由于
的影响。
3.两千多年前的_______认为越重的物体下落得越快。
4.伽利略给出了科学研究过程的基本要素，这些要素包含对现象的一般观察、
、
、
、假说进行修正和推广等，伽利略科学思想方法的核心是把
和
和谐地结合起来。
5.A物体重量是B物体重量的两倍，A从H，B从2H高度同时开始自由下落（不计空气阻力，下落时间大于1s（
）。
A.落地前同一时刻B比A的速度大
B.1s末A、B速度相等
C.两物体落地时速度相同
D.下落1m所需的时间相同
6.球A和球B先后由同一位置自由下落，B比A迟0.5s下落，取g=10m/s2，当A、B均在下落时，以下判断正确的是（
）。
A.A相对B做v=5m/s向下的自由落体运动
B.B相对A做v=5m/s向上的匀速直线运动
C.B相对A做v=5m/s向下的匀速直线运动
D.A相对B做v=5m/s向下的匀速直线运动
7.从竖直上升的气球上掉下的石块与同一高度自由下落的铁球相比，相等的量是（
）。
A.落地的时间
B.落地时的速度
C.加速度
D.落地过程中的位移
8.物体做竖直上抛运动后又落回到原出发点的过程中，下列说法正确的是（
）。
A.上升过程中，加速度方向向上，速度方向向上
B.下落过程中，加速度方向向下，速度方向向下
C.在最高点，加速度大小为零，速度大小为零
D.到最高点后，加速度方向不变，速度方向改变
9.如图2-6-2所示是小球自由落下的频闪照片图，两次闪光的时间间隔是1/30s，如果测得x5=6.60cm，x6=7.68cm，x7=8.75cm.请你用x7和x5计算重力加速度的值。（保留三位有效数字）
图2-6-2
10.一个做竖直上抛运动的物体，当它经过抛出点上方0.4m处时，速度是3m/s，当它经过抛出点下方0.4m时，速度应为多少？（g取10m/s2，不计空气阻力）
参考答案：
1.（1）物体只在重力作用下从静止开始下落的运动。（2）初速度为0的匀加速直线运动。
2.
空气阻力
3.
亚里士多德
4.（略）
5.BD
6.BD
7.BCD
8.BD
9.
9.68m/s2
10.
5m/s
三、课堂小结
知识就是力量，而能力与方法比知识更有力量。我们每个人都应该可以象伽利略那样去思索，重要的是学会认识世界的方法和具备进行科学研究的能力。如若我们能从亚里士多德和伽利略以及其他各位伟大学者的失败与成功中寻求启发和借鉴，我们也将会拥有一颗杰出的闪烁出智慧之光的大脑，去面对已知的与未知的物理世界。
四、布置作业
1.如何证明v∝x的猜想是错误的？
2.写一篇短文，谈谈自己的认识、体会和受到启发而想到的问题。
