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111 2.6 伽利略對自由落體運動的研究 班級________姓名________學號_____ 教學目標: ★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。 學習重點與難點: 1． 伽利略對落體問題的邏輯推理。 2． 伽利略的驗證性實驗的設(shè)計。 3． 伽利略的理想外推。 教學準備：讓學生預習，搜集關(guān)于伽利略和亞里士多德的有關(guān)資料。 教學設(shè)計： 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(guān)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(yīng)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(guān)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(guān)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(shù)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(guān)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(lǐng)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(chǔ)。 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(yīng)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、伽利略的科學方法 (教師結(jié)合伽利略對自由落體的研究，通過教師提問學生回答的方式學習伽利略的科學方法) 問題的提出 教師提問：亞里士多德依據(jù)平常觀察的事實，是怎樣確定物體下落的快慢什么因素決定的？ 亞里士多德通過觀察，在日常生活中，重的物體下落快，輕的物體下落慢。得出結(jié)論：物體下落的快慢是由它們的重量決定的。 教師提出：那么物體下落的快慢與它們的重量有關(guān)系嗎? 提出假設(shè)，邏輯推理。 教師提出：伽利略是怎樣提出假設(shè)，運用邏輯推理的? 學生可能的回答：他假設(shè)大石頭的下落速度為8，小石頭的下落速度為4，當我們把兩塊 石頭捆在一起，大石頭會被小石頭拖的慢下來。但兩塊石頭捆在一起，重量增大，整個系統(tǒng)下 落的速度應(yīng)該比8大。這樣就出現(xiàn)了矛盾。 教師提問：伽利略提出了什么樣的假設(shè)? 學生可能的回答：假設(shè)大小石頭下落的一樣快。 教師補充：猜想落體是一種簡單的變速運動，速度可能跟時間成正比，也可能跟位移成 正比利用數(shù)學和邏輯進行推理，然后實驗驗證。 教師提問：伽利略經(jīng)過數(shù)學推導得出速度與時間成正比，然后通過實驗進行驗證，他是 如何進行實驗驗證的? ①學生可能的回答：通過小球的下落運動，測出小球的下落速度和時間。 ②他讓小球沿斜面滾下，減小加速度，延長運動時間，便于觀測。 ③他進行的是坡度比較小的斜面實驗，后來他就將實驗進行了合理的外推，當傾角增大 到90，小球的運動就是自由落體運動。 對假說進行修正和推廣。 教師提出：經(jīng)過幾位同學的回答，問題比較全面了。伽利略完成了實驗驗證后，沒有就此 而止，而是進一步思考為什么日常生活中，輕的物體下落得比較慢，重的物體下落得比較快。 學生共同回答：因為空氣阻力． 教師指出：這就是伽利略為我們創(chuàng)造的一套對近代科學的發(fā)展極其有益的科學方法。后 面的學習中我們還要經(jīng)常用到。 三、作業(yè)設(shè)計 認真閱讀課本緒言“走進物理課堂之前”，分析“孩子們”是如何運用伽利略的科學方法 進行探索的。 ●教學設(shè)計說明 本節(jié)課，主要由兩部分組成：對科學家的了解；對伽利略科學方法的學習．這兩個方面主 要是由學生通過查資料、預習，在老師的引導下，以學生為主體，進行學習的。 知識講授的同時，給學生介紹物理學家、講授物理學史．不僅讓他們了解物理學家的工 作，物理科學的發(fā)展過程，更重要的是通過了解科學發(fā)展的曲折性，以此撼動學生的心，讓他 們從中獲得啟迪。 ●板書設(shè)計 △認識兩位科學家。 　△ 伽利略的科學方法。 ①問題的提出。 ②提出假設(shè)，邏輯推理。 ③利用數(shù)學和邏輯進行推理，然后實驗驗證。 ④對假說進行修正和推廣。 111