《伽利略對自由落體運(yùn)動(dòng)的研究》教學(xué)設(shè)計(jì)

伽利略對自由落體運(yùn)動(dòng)的研究 教學(xué)設(shè) 計(jì) 教材依據(jù) 高中物理必修 一 教學(xué)流程 復(fù)習(xí)并引入新課 學(xué)生展示自己收集的素材 提出問題 學(xué)生分組討論 展示課件及探究過程 協(xié)助學(xué)生歸納總結(jié) 啟發(fā)思考 學(xué)生談探究過 程體會(huì) 總結(jié)并布置作業(yè) 教學(xué)目標(biāo) 一 知識(shí)與技能目標(biāo) 了解伽利略的科學(xué)探究思想 二 過程與方法目標(biāo) 了解伽利略的推理過程 體會(huì)并學(xué)習(xí)伽利略所采用的科學(xué)的探究方法 三 情感態(tài)度價(jià)值觀目標(biāo) 經(jīng)歷伽利略的探究過程 感受伽利略不迷信權(quán)威 敢于提出問題 積極探索及實(shí)事的精神 通過探究過程中 培養(yǎng)學(xué)生良好的思考 分析 解決問題的思路和 習(xí)慣 教學(xué)重點(diǎn) 了解伽利略對物體下落運(yùn)動(dòng)快慢問題的實(shí)驗(yàn)探究過程 認(rèn)識(shí)伽利略有關(guān)實(shí) 驗(yàn)的科學(xué)思想和研究方法 教學(xué)難點(diǎn) 在當(dāng)時(shí)比較落后的環(huán)境中再現(xiàn)伽利略的研究過程與方法 教學(xué)媒體 多媒體課件 模擬實(shí)驗(yàn)課件 教學(xué)過程 過 程 方式 探究內(nèi)容及過程 學(xué)生 活動(dòng) 多媒 體課 件 引 入 課 題 復(fù)習(xí) 提問 上一節(jié)學(xué)習(xí)了自由落體運(yùn)動(dòng) 那么什么是自由落體運(yùn) 動(dòng) 自由落體運(yùn)動(dòng)的規(guī)律有哪些 物體的下落快慢和 質(zhì)量沒有關(guān)系的結(jié)論在今天看來似乎并不難以接受 但這個(gè)結(jié)論卻是歷史上物理學(xué)家伽利略在經(jīng)歷長時(shí)間 的思考和實(shí)踐后才得出的 今天我們就要一起來回顧 伽利略的探究過程 學(xué)生 回憶 并回 答 新 課 提問 學(xué)生 發(fā)表 結(jié)果 同時(shí) 教師 補(bǔ)充 總結(jié) 啟發(fā) 思考 人們?nèi)粘Ｉ畹慕?jīng)驗(yàn)告訴我們 重的物體下落總 是比較快 比如 高處的一個(gè)石塊和一片樹葉同時(shí)從 樹上同一高度掉下來 一定是石塊先落地 所以在 世紀(jì)以前 以亞里士多德為代表的學(xué)者認(rèn)為物體 下落的快慢由物體的重量決定 物體越重下落越快 由于亞里士多德在各方面的突出成就 人們將他的觀 點(diǎn)奉為經(jīng)典 當(dāng)時(shí)的教科書上這樣寫 眾多學(xué)者也認(rèn) 同 雖然也有人表示懷疑 但由于教會(huì)利用他的結(jié)論 進(jìn)行神化處理 所以大家都不敢對這一觀點(diǎn)發(fā)出公開 的質(zhì)疑 直到后來由伽利略通過推理的方法研究下落 運(yùn)動(dòng)的規(guī)律并發(fā)表 之后伽利略也由于他的著作而受 到教會(huì)的迫害 被判處終身監(jiān)禁 著作也被列為禁書 那么伽利略是怎么推翻亞里士多德的結(jié)論并建立 自己的理論的呢 總結(jié) 伽利略通過四個(gè)環(huán)節(jié)推翻了亞里士多德的結(jié)論并 建立自己的理論 運(yùn)用推理方法 使亞里士多德的結(jié)論陷入矛 盾中 用繩子把兩塊石頭連在一起 由于總體重量大于 任一石頭 按亞里士多德的觀點(diǎn) 其下落速度應(yīng)大于 任一石頭單獨(dú)下落的速度 另一方面 用繩子連在一 起的兩塊石頭畢竟仍是分開運(yùn)動(dòng)的 大石頭運(yùn)動(dòng)得快 小石頭運(yùn)動(dòng)得慢 大石頭必然會(huì)被小石頭 向上拉 使總體的運(yùn)動(dòng)速度小于大石頭單獨(dú)運(yùn)動(dòng)的速度 學(xué)生 根據(jù) 課本 提供 的內(nèi) 容和 事先 查閱 的資 料分 組討 論 小組 推選 一位 同學(xué) 發(fā)表 討論 結(jié)果 學(xué)生 思考 在教 師引 導(dǎo)下 回答 由學(xué) 生展 示搜 索得 到的 圖片 和資 料 教師 補(bǔ)充 部分 資料 和圖 片 課 件演 示 模擬 斜塔 實(shí)驗(yàn) 課 件演 示 模擬 不同 傾角 的斜 面實(shí) 驗(yàn)錢 用同一觀點(diǎn)分析同一問題卻得到完全矛盾的兩個(gè) 結(jié)論 說明亞里士多德的觀點(diǎn)是錯(cuò)誤的 運(yùn)用理想模型 猜想落體運(yùn)動(dòng)的規(guī)律首先定 義勻速運(yùn)動(dòng) 表明時(shí)間與通過的空間的比例關(guān)系 然 后再定義勻加速運(yùn)動(dòng) 用于表述時(shí)間與速度的關(guān)系 但在沒有進(jìn)行數(shù)學(xué)推導(dǎo)和實(shí)驗(yàn)研究之前 他對勻加速 運(yùn)動(dòng)的認(rèn)識(shí)十分模糊 一開始他的設(shè)想有兩個(gè) 一個(gè) 是速度的變化對時(shí)間來說是均勻的 即 與 成正比 另一種是速度的變化對位移來說是均勻的 即 與 成正比 后來發(fā)現(xiàn) 如果 與 成正比 將推導(dǎo)出荒 謬的結(jié)論 所以伽利略的精力集中在 與 成正比的 研究上 運(yùn)用數(shù)學(xué)方法 推導(dǎo)自由落體運(yùn)動(dòng)的數(shù)學(xué)表 達(dá)式以及可以直接測定的物理量之間的函數(shù)關(guān)系 在定義勻速運(yùn)動(dòng)的基礎(chǔ)上 伽利略提出第一定理 即平均速度定理 一個(gè)從靜止開始的勻加速運(yùn)動(dòng)的物 體經(jīng)過任一空間所用時(shí)間等于這個(gè)物體以一個(gè)均勻速 率經(jīng)過同一空間所需的時(shí)間 這個(gè)均勻速率值等于最 高速率和加速剛開始前的速率的平均值 即 以第一定理為基礎(chǔ) 伽利略又推 出定理二 一個(gè)從靜止開始的勻速運(yùn)動(dòng)下落的物體所 經(jīng)過的各段空間的比 等于經(jīng)過這些距離對應(yīng)所用的 各個(gè)時(shí)間間隔的平方之比 伽利略又給出定理二的另 一種表述 在相等的時(shí)間間隔里速度按自然數(shù)增加 而在這些相等的時(shí)間間隔里所經(jīng)過的距離的增量之比 則等于從 開始的奇數(shù)之比 至此 伽利略便完成了 自由落體定律的數(shù)學(xué)表述 伽利略修正了早期對于自 由落體運(yùn)動(dòng)的一些錯(cuò)誤提法 提出正確的表述 在勻 加速運(yùn)動(dòng)中 落體的瞬時(shí)速度正比于下落的時(shí)間 經(jīng) 過的距離正比于時(shí)間的平方 這樣 并不需要測量瞬 時(shí)速度 只要測定 與對應(yīng)的 就可以了 運(yùn)用實(shí)驗(yàn)方法 對自由落體運(yùn)動(dòng)定律進(jìn)行實(shí) 驗(yàn)驗(yàn)證 伽利略親自登上比薩斜塔 當(dāng)然伽得略是否親 自登上比薩斜塔是有爭論的 讓兩個(gè)輕重不同的球同 時(shí)從手中開始下落 結(jié)果兩球同時(shí)落地 因?yàn)樗⒉?高 而且物體在下落時(shí)速度又很快 所以這個(gè)實(shí)驗(yàn)有 其局限性 難以明確 是否真的與 的平方成正比 于是 伽利略又在設(shè)計(jì)另一實(shí)驗(yàn) 斜面實(shí)驗(yàn) 由 于伽利略時(shí)代的實(shí)驗(yàn)儀器不能精確測量快速下落所需 羽管 牛 頓 管 演示 實(shí)驗(yàn) 的時(shí)間 所以他設(shè)想通過斜面落體來 沖淡重力 并通過延伸斜面和控制斜面傾角來控制物體運(yùn)動(dòng)的速 度和所經(jīng)歷的時(shí)間 經(jīng)過多次實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn) 雖然不斷改 變斜面的傾斜度 但得到的結(jié)果有共同點(diǎn) 小球經(jīng)過 的距離的比值等于經(jīng)過這些距離對應(yīng)所用時(shí)間間隔的 平方之比 伽利略在這個(gè)基礎(chǔ)上進(jìn)行合理外推 當(dāng)傾 角增大到 度時(shí) 實(shí)驗(yàn)結(jié)論仍應(yīng)成立 此即豎直落 體運(yùn)動(dòng) 至此 伽利略就完成了對自由落體運(yùn)動(dòng)的研 究 雖然當(dāng)時(shí)伽利略已經(jīng)意識(shí)到空氣的阻力將影響物 體的下落 但是由于科學(xué)發(fā)展和儀器設(shè)備的限制 當(dāng) 時(shí)仍然沒有辦法用實(shí)驗(yàn)手段得到真空 所以并不能真 正的完成一個(gè)自由落體運(yùn)動(dòng)的實(shí)驗(yàn) 伽利略的研究也 只能停留在理論研究的部分 直到牛頓的時(shí)代 發(fā)明 了抽氣機(jī) 才由牛頓設(shè)計(jì)了錢羽管 又稱牛頓管 真正用實(shí)驗(yàn)證明在真空中 物體下落速度與物體重量 無關(guān) 于是 伽利略的理論終于從純理論研究進(jìn)入實(shí) 驗(yàn)驗(yàn)證 并通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了其正確性 其實(shí)落體現(xiàn)象一直是引起物理學(xué)家們思考的現(xiàn)象 在伽利略之前 世紀(jì)的艾伯特認(rèn)為下落物體的速 度與下落的距離成正比 另一位 世紀(jì)的學(xué)者 奧雷姆根據(jù)對各種運(yùn)動(dòng)的數(shù)學(xué)研究 提出下落物 體的速率與下落的時(shí)間成正比 下落的距離與下落時(shí) 間的平方成正比 世紀(jì) 達(dá)芬奇提出在連續(xù) 相等的時(shí)間間隔內(nèi)下落物體的距離比為 為什么最終我們特別重視伽利略的結(jié)論呢 回答 因?yàn)橘だ詫栴}的研究比較全面 先是 通過觀察現(xiàn)象 提出假設(shè) 運(yùn)用邏輯和數(shù)學(xué)推理得出 推論 再通過實(shí)驗(yàn)對推論進(jìn)行檢驗(yàn) 這是其他物理家 在研究同一問題上缺少的關(guān)鍵環(huán)節(jié) 并對假說進(jìn)行 修正和推廣 他最先研究了慣性運(yùn)動(dòng)和落體運(yùn)動(dòng)的規(guī)律 為牛 頓第一定律和第二定律的研究鋪平了道路 他倡導(dǎo)實(shí) 驗(yàn)和理論計(jì)算相結(jié)合 用實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)理論的推導(dǎo) 這種 研究方法對以后的科學(xué)研究工作具有重大的指導(dǎo)意義 而且伽利略不迷信權(quán)威 對待問題勤于思考 敢于提 出問題 挑戰(zhàn)權(quán)威 不畏強(qiáng)權(quán)的精神也是我們應(yīng)為之 喝彩并學(xué)習(xí)的 1642 年 伽利略在貧病交加中逝世 享年 78 歲 直到 1983 年 羅馬教廷正式承認(rèn) 350 年前宗教裁 判所對伽利略的審判是錯(cuò)誤的 布 置 作 業(yè) 根據(jù)課堂了解伽利略的事跡 以及課前查閱的伽利略的生平等 資料 整理體會(huì)伽利略的研究過程及其對物理學(xué)的重大貢獻(xiàn) 教學(xué)設(shè)計(jì)說明 新教材注重過程與方法 情感態(tài)度和價(jià)值觀的一個(gè)標(biāo)志性內(nèi)容 過去的教 學(xué)過分注重對知識(shí)與技能的掌握 而忽略了對科學(xué)精神 科學(xué)研究方法的培養(yǎng) 因此 能否通過這節(jié)課的學(xué)習(xí)讓學(xué)生體會(huì)到人類對自然世界的探究思想和方法 感受到一位偉大的科學(xué)家的高尚情操 就成為這節(jié)課最終的目標(biāo) 為了更好地 突破以上難點(diǎn) 落實(shí)新課標(biāo)的精神 我在教學(xué)策略上采用了先讓學(xué)生收集相關(guān) 資料 在課堂上經(jīng)過討論和發(fā)表見解 充實(shí)和完善伽利略的研究過程與方法 引導(dǎo)學(xué)生一步步體會(huì)伽利略嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度 不畏強(qiáng)權(quán)實(shí)事求是的探索精神和 正確的解決問題的思路 樹立正確的科學(xué)觀念 反思 該教案是新課標(biāo)教材中與舊教材相比更能體現(xiàn)培養(yǎng)學(xué)生綜合素質(zhì) 重視除 知識(shí)技能外還培養(yǎng)了學(xué)生探究物理過程能力的一個(gè)課例 教學(xué)設(shè)計(jì)能較好的把 握新課標(biāo)的精神 在課堂教學(xué)前發(fā)動(dòng)學(xué)生收集資料 培養(yǎng)學(xué)生收集和整理信息 在課堂上能給予學(xué)生展現(xiàn)自己所收集資料的機(jī)會(huì) 培養(yǎng)學(xué)生的表達(dá)和應(yīng)變能力 課后仍給與延續(xù)學(xué)習(xí)的機(jī)會(huì) 將使學(xué)生對這節(jié)課的學(xué)習(xí)留下極深的印象 從而 改變物理學(xué)科枯燥的傳統(tǒng)說法 使學(xué)習(xí)物理的過程充滿樂趣 為以后物理學(xué)習(xí) 打好心理基礎(chǔ)