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2019-2020年高中物理《探究自由落體運動》教案 粵教版必修1 學習目標: 知識與技能 1.了解物理學史。 2.知道伽利略對自由落體運動的研究方法。 過程與方法 1.學習伽利略的科學方法。 2.培養(yǎng)學生自己查找資料學習物理學史。 情感態(tài)度與價值觀 1． 學習科學家們對知識敢于質(zhì)疑的勇氣。 2． 學習科學家們科學研究的執(zhí)著精神。 3． 通過學生自己查找資料，提高學生對物理學的興趣。 4．通過對亞里士多德和伽利略的了解，認識到科學的探索是一個漫長的過 程，需要幾代人的不懈努力。 學習難點1. 理解什么是落體運動，探究落體運動驗證伽利略的結(jié)論 2. 記錄自由落體運動的軌跡 學習重點: 探究落體運動及自由落體運動 主要內(nèi)容: 一、認識兩位科學家 老師提出：哪位同學樂意給大家講一講自己所查到的關于伽利略和亞里士多德的資料，先說說伽利略吧。 學生可能的回答：①伽利略全名伽利略伽利萊，他是文藝復興后期近代實驗科學的創(chuàng)始人。1564年伽利略生于意大利的比薩城，1611年，伽利略應邀來到羅馬，在羅馬期間，伽利略為了確立新的自然研究法—實驗法的地位，又同教會的唯心論世界觀進行了激烈的斗爭，這就更加激怒了教會。1632年，他的名著《關于兩大世界體系的對話》出版，但立即被教會列為禁書。1633年6月22日，伽利略受到宗教法庭審判，并被判終身軟禁，成了“宗教裁判判所”的囚徒。1638年，伽利略在荷蘭出版了《關于兩門新學科與數(shù)學證明的談話》一書，對自己多年來在力學方面的研究進行了總結(jié)。 ②他的父親是一位才華出眾的音樂家和教育家。他在科學上的創(chuàng)造才能，在青年時代就顯示出來了。當他還是比薩大學醫(yī)科學生時，就發(fā)明了能測量脈搏速率的擺式計時裝置。后來他的興趣轉(zhuǎn)向了數(shù)學和物理學。 ③1581年，17歲的伽利略對古希臘的物理學及亞里士多德、埃夫克利德和阿基米德的著作著迷。伽利略在數(shù)學、天文學，特別是力學方面有了很深的造詣，學術上成果累累。他通過大量的觀察和實驗總結(jié)出了慣性定律、自由落體運動規(guī)律和相對性原理；發(fā)現(xiàn)了單擺振動的等時性原理；用自制的33倍望遠鏡觀察天象，發(fā)現(xiàn)了一系列令人震驚的天文現(xiàn)象。伽利略將觀察到的天文現(xiàn)象寫成《星際使者》一書，于1610年發(fā)表。書中介紹了月球上的環(huán)狀山脈，無數(shù)星體構(gòu)成的銀河系，金星的盈虧，木星的四顆衛(wèi)星，太陽黑斑等等，從而對哥白尼的“天體運行”論提供了有力的支持，同時也動搖了亞里士多德—托勒密的地心說。 教師對學生的回答給予肯定：關于伽利略的資料收集非常細致，下面再說說亞里士多德吧。 學生可能的回答：①作為一位偉大的、百科全書式的科學家，亞里士多德對世界的貢獻之大，令人震驚。他至少撰寫了170種著作，其中流傳下來的有47種。他的科學著作，在那個年代簡直就是一本百科全書。但他的成就遠不止于此。他還是一位真正哲學家，對哲學每個學科幾乎都做出了貢獻。亞里士多德 集中古代知識于一身，在他死后幾百年中，沒有一個人像他那樣對知識有過系統(tǒng)考察和全面掌握。他的著作是古代的百科全書。恩格斯稱他是“最博學的人”。 ②亞里士多德最大的貢獻在于創(chuàng)立了形式邏輯這一重要分支學科。邏輯思維是亞里士多德在眾多領域建樹卓越的支柱。 亞里士多德的思想對西方文化根本傾向以至內(nèi)容產(chǎn)生了深刻的影響。在上古及中古時期，他的著作被譯成拉丁文、敘利亞文、阿拉伯文、意大利文、希伯來文、德語和英語。隨著亞里士多德作品的不斷被發(fā)現(xiàn)，中世紀出現(xiàn)了一個研究亞里士多德主義的新時代，學者們以此作為求得各方面真知識的基礎。 亞里士多德學識淵博，著述頗豐．他對于當時尚未分類的科學部門如政治、邏輯、倫理、歷史、物理(自然學科)、心理學、美學、教育學等均有研究并有獨到見解，被馬克思譽為“古代最偉大的思想家”。 ③亞里士多德是古希臘又一位偉大的教育思想家，建立了包括自然學科在內(nèi)的百科全書式的課程體系，提出了注重實踐的良好措施，為后人留下了一筆包羅宏富的教育遺產(chǎn)。亞里士多德顯示了希臘科學的一個轉(zhuǎn)折點。在他以前，科學家和哲學家都力求提出一個完整的世界體系，來解釋自然現(xiàn)象．他是最后一個提出完整世界體系的人。在他以后，許多科學家放棄提出完整體系的企圖，轉(zhuǎn)入研究具體問題。 教師指出：物理教科書上，亞里士多德給同學們的形象不妙、他老是出錯，老是作出一些輕率的結(jié)論。同學們覺得亞里士多德實在太不高明而伽利略則比他偉大于百倍。事實上，亞里士多德是古代一位偉大的學者，一位百科全書式的大學問家，有幾乎無所不及的思想成。我們應該正確的、全面的去認識一位科學家。伽利略創(chuàng)造了一套對近代科學的發(fā)展極為有益的科學方法，從而糾正了亞里士多德在物理上犯的一些錯誤 二、落體運動的思考 早在兩千多年前，古希臘學者亞里士多德認可，重的物體下落的快。由這一觀點出發(fā)，可以得出如下兩個結(jié)論： 結(jié)論一：如果把石頭和樹葉困在一起，其所受的重力一定比期中任一物體大，其下落速度也應該比期中任一物體下落速度快。 結(jié)論二：如果把石頭和樹葉困在一起，獨自下落較慢的樹葉就會拖慢獨自下落較快的石頭，最終其下落速度應該比石頭的下落速度慢 為什么同一種觀點會推導出兩個截然相反的結(jié)論呢？ 實驗探究 取兩枚相同的硬幣和兩張與硬幣表面面積相同的紙片 1、將一枚硬幣和一張展開的紙片從同一高度自由下落，他們的情況 2、把一張紙片捏成紙團，將紙團和一張展開的紙片從同一高度自由下落，他們下落的情況是 3、將一枚硬幣和一枚表面貼有紙片的硬幣從同一高度自由下落，他們下落的情況是 分析實驗中物體下落過程的運動情況與物體所受的重力有沒有關系 伽利略對落體現(xiàn)象進行研究后，得出了一個結(jié)論; 物體下落過程中的運動情況與物體所受的總理無關 觀察與思考 教師用玻璃管演示雞毛和金屬片在空氣中、真空中下落情況： 從觀察到的實驗結(jié)果分析，影響羽毛和金屬片下落快慢的原因？ 三、記錄自由落體運動軌跡 實驗：將一系有紙帶的重物從一定的高度自由下落，利用打點計時器記錄重物的下落過程： 1）重物做自由落體運動的過程中，其速度有沒有發(fā)生變化？ 如何從實驗中判斷出來？ 2）有的同學從實驗結(jié)果中得出位移與時間的二次方成正比，有的同學得出位移與時間成正比，你的結(jié)論如何呢？ 3）影響實驗精確程度的因素有哪些？ 由實驗總結(jié)： 1．定義：只受重力作用，從靜止開始的下落運動。 2．特點： ①初速V0=0 ②只受一個力，即重力作用。當空氣阻力很小，可以忽略不計時，物體的下落可以看作自由落體運動。 3．性質(zhì)：初速為零的勻加速直線運動。 ①經(jīng)過多少時間落到地面； ②從開始落下的時刻起，在第1s內(nèi)的位移、最后1s內(nèi)的位移； ③落下一半時間的位移． 閱讀材料：伽利略生平 伽利略(1564～1642)生于意大利北部佛羅倫薩一個貴族的家庭。他在科學上的創(chuàng)造才能，在青年時代就顯示出來了。當他還是比薩大學醫(yī)科學生時，就發(fā)明了能測量脈搏速率的擺式計時裝置。后來，他的興趣轉(zhuǎn)向了數(shù)學和物理學，26歲就擔任了比薩大學的數(shù)學教授。由于他在科學上的獨創(chuàng)精神，不久就跟擁護亞里士多德傳統(tǒng)觀點的人們發(fā)生了沖突，遭到對手們的排擠，不得不在1591年辭去比薩大學的職務，轉(zhuǎn)而到威尼斯的帕多瓦大學任教。 在帕多瓦，伽利略開始研究天文學，成為哥白尼的日心說的熱烈支持者。他制造了望遠鏡，觀測到木星的四顆衛(wèi)星，證明了地球并不是一切天體運動環(huán)繞的中心。用望遠鏡進行觀測，他發(fā)現(xiàn)了月面的凹凸不平以及乳帶似的銀河原來是由許許多多獨立的恒星組成的。他還制成了空氣溫度計，這是世界上最早的溫度計。這些光輝的成就，使他獲得了巨大的聲望。 1610年，伽利略接受了圖斯卡尼大公爵的邀請，回到他的故鄉(xiāng)，擔當了大公爵的宮廷數(shù)學家兼哲學家。伽利略這樣做的目的是希望大公爵對他的科學研究給予資助．但是不久，他就受到了教會的迫害。由于他勇敢地宣傳哥白尼的學說，1616年，被傳喚到羅馬的宗教裁判所．宗教裁判所譴責了哥白尼的學說，并責令伽利略保持沉默。1632年，伽利略發(fā)表《兩種世界觀的對話》一書，被教會認為違反了1616年的禁令．伽利略被召到羅馬囚禁了幾個月，受到缺席審判，遭到苦刑和恐嚇，并被迫當眾跪地表示“公開放棄、詛咒和痛恨地動說的錯誤和異端”，最后被判處終身監(jiān)禁，他的書也被列為禁書。 1632年以后，伽利略專心致志于力學的研究，并于1638年完成了《兩種新科學的對話》。由于教會的禁令，這部書無法在意大利出版，只能在荷蘭秘密刊行。這部著作是伽利略最偉大和最重要的著作。伽利略最先研究了慣性運動和落體運動的規(guī)律，為牛頓第一定律和第二定律的研究鋪平了道路。他堅持“自然科學書籍要用數(shù)學來寫”的觀點，倡導實驗和理論計算相結(jié)合，用實驗檢驗理論的推導。這種研究方法對以后的科學研究工作具有重大的指導意義。 1642年，伽利略在貧病交加中逝世，享年78歲。1983年，羅馬教延正式承認，350年前宗教裁判所對伽利略的審判是錯誤的。