伽利略对自由落体运动的研究
一、 教案背景
1，面向学生：□√中学 □小学 2，学科：物理
2，课时：1
3，学生课前准备：
一、预习新课，收集人类对自由落体运动认识的历史资料，亚里士多德和伽利略事迹资料。
二、了解伽利略对自由落体运动的研究过程，体会伽利略所采用的科学的研究方法。
二、 教学课题
在探究伽利略对自由落体这一物理运动过程科学研究中，使学生通过自主学习，独立的思考、归纳和总结，提出自己的看法与体会，让学生初步掌握科学探究的方法。
三、 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。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，教学中可采用灵活的方式，适合学生自主学习。
学生分析
学生前面已学习了加速度、匀变速直线运动、自由落体运动等知识，并且通过以上运动的研究，已初步体会物理学研究问题的一些基本方法。
教学重点：
1、 了解伽利略对物体下落运动快慢问题的实验研究过程
2、 明确实验及科学的思维方法在探究中的重要作用，学会伽利略有关实验的科学思想和方法
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
四、教学方法
探究、讲授、讨论、实验相结合
为了创设良好的物理情境，本节课主要采用“探究、讲授、讨论、实验相结合”的教学
方法。使学生学习的主动性、独立性和科学探究精神得到培养。
五、 教学过程
导入新课
【教师活动】教师演示实验1：两手分别拿一个小球和一张展开的纸片，放开后，使小球和纸片从同一高度由静止同时开始下落。
【学生活动】学生回答看到的实验现象：小球先落地，纸片后落地。
讲授新课
一、绵延两千年的错误
【教师活动】 教师：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：物体下落的快慢是由它们的重量决定。他的这一论断流传了近2 000年。
伽利略研究自由落体运动的推理方法
伽利略在研究自由落体运动时采用了实验和数学推理相结合的方法。他首先进行了一系列实验，观察了不同物体从斜面上滚落的情况，并记录下了它们的运动轨迹和所经过的时间。通过这些实验数据，他发现了一些规律，如物体下滑的加速度是恒定的。
根据实验观察，伽利略提出了一个假设：在没有空气阻力的情况下，自由落体运动的加速度是恒定的。为了验证这个假设，他进行了精细的实验，如使用斜面来调整物体下滑的加速度，以此来验证自由落体运动是否符合他的假设。
伽利略还运用了数学推理来解释自由落体运动的规律。他根据观察到的实验数据，通过数学建模和分析，提出了自由落体运动的数学公式和理论。他发现，自由落体运动的加速度是一个常数，并且与物体的质量无关，这被后来的科学家们称为“地球上自由落体加速度的普适性”。
通过实验和数学推理的相互验证，伽利略得出了令人信服的结论：自由落体运动的加速度是一个恒定值，并且与物体的质量无关。这个推理方法的成功为伽利略奠定了实验科学的基础，并对现代物理学的发展产生了重要影响。
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1 / 6 伽利略对自由落体运动的研究
本讲要点：
1、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；
2、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，同时了解猜想的必要性，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；
3、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
同步课堂：
一、伽利略对自由落体运动的研究
1. 伽利略思维
捆在一起的物体总重量要比任一部分的重量大，按照亚里士多德观点，下落速度应该比质量最大的一块更大，但从另一个角度看，重量大的物体和重量小的物体捆在一起下落，下落慢的轻物体必然要拖着下落快的重物体，使重物体下落得比原来慢，这一矛盾的根本原因就是“重物比轻物下落快〞这一前提，所以从逻辑上伽利略认为只有一种可能：重物与轻物应该下得同样快。
2. 猜想及实验验证
(1)数学推理：伽利略用数学推理证明，只要物体通过的位移与所用时间的平方成正比，物体就做初速度为零的匀变速直线运动。
(2)实验验证：因为物体实际下落太快，伽利略想办法把物体运动速度放慢，即先研究小球在斜面上的运动。
让小球从斜面上不同位置滚下，观测小球多次从不同点滚动的位移和所用时间的比值，是否保持不变，即是否能观测到：
x1/t12=x2/t22=x3/t32=……
如果不断加大斜面的倾角，小球对于每一个特定的倾角从不同角度滚下，其比值仍然保持不变，那么可以合理外推至倾角90°，即物体自由下落时，其比值也保持不变，由此，伽利略间接地验证了自由落体是匀变速运动。
二、伽利略的科学方法
(1)运用“归谬法〞否定了亚里士多德观点。
(2)提出自由落体是一种简单的变速运动假说。
(3)数学推导，斜面实验证明。
三、竖直上抛运动的规律与特征。
〔1〕竖直上抛运动的条件：有一个竖直向上的初速度υ0；运动过程中只受重力作用，加速度为竖直向下的重力加速度g。
第6节 伽利略对自由落体运动的研究
一、课前学生活动
请学生以小组形式网络收集亚里士多德和伽利略的生平资料并做成PPT，推选小组中一名同学作为讲解代表。
二、进行新课
1. 引入新课
上节课我们学习了自由落体运动，人们对落体运动的认识并不是一帆风顺的，而是经历了大约两千年的时间。最早研究落体运动问题的是古希腊学者亚里士多德，后来意大利比萨大学的青年学者伽利略对亚里士多德的论断表示了怀疑，今天这节课我们就要一起体验一下伽利略对自由落体运动的研究过程。
上周我给同学们布置了一个探究作业，让同学们上网收集亚里士多德的生平；或伽利略的生平，以及他对近代科学的贡献，这周呢同学们已经分小组把你们的作业交上来了，同学们做得都非常好，接下来，我们请几个组同学的代表来给大家展示一下自己的成果。
学生展示。
通过同学们的展示，我们更深入地了解到亚里士多德是古希腊的集大成者，他对各个领域都有所研究，虽然亚里士多德关于重物下落快的观点是错误的，但是我们也要知道人类对大自然的认识是逐步深入的，所以我们要客观、辨证的看待亚里士多德这个人。而伽利略作为近代物理学的奠基人，他的科学态度、科学方法更值得我们去了解和研究。那么伽利略对自由落体的研究经历了怎样的过程呢？ 一、逻辑的力量
伽利略在1638年出版的《两种新科学的对话》一书中，对亚里士多德重的物体下落的快的观点提出了质疑，展开了两人跨越时空的对话。
学生思考：从伽利略的论证，你得到什么启发？
学生回答：重的物体和轻的物体应该下落的一样快。
教师评论：同学回答的非常好，这个观点也被传说中的比萨斜塔实验证实了：物体下落快慢与轻重无关
二、猜想与假说
问题的提出：既然物体下落的快慢与轻重无关，那么这种自由落体运动应该具有什么规律的呢？伽利略用逻辑论证的方法否定了亚里士多德的说法后，就转向用实验来研究落体运动的性质了。
伽利略相信：自然界是简单的，一切运动都是以最简单的秩序进行的。所以他提出了大胆的猜想“伽利略认为：一块原来静止的石头从高处落下的速度连续增加时，为什么不应当相信速度的增加是以一种简单的、也是一种人们最容易理解的方式在进行呢？”
