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111 2.6 伽利略對自由落體運(yùn)動的研究 班級________姓名________學(xué)號_____ 教學(xué)目標(biāo): ★知識與技能 1.了解物理學(xué)史。 2.知道伽利略對自由落體運(yùn)動的研究方法。 ★ 過程與方法 1.學(xué)習(xí)伽利略的科學(xué)方法。 2.培養(yǎng)學(xué)生自己查找資料學(xué)習(xí)物理學(xué)史。 ★ 情感態(tài)度與價(jià)值觀 1． 學(xué)習(xí)科學(xué)家們對知識敢于質(zhì)疑的勇氣。 2． 學(xué)習(xí)科學(xué)家們科學(xué)研究的執(zhí)著精神。 3． 通過學(xué)生自己查找資料，提高學(xué)生對物理學(xué)的興趣。 4．通過對亞里士多德和伽利略的了解，認(rèn)識到科學(xué)的探索是一個漫長的過 程，需要幾代人的不懈努力。 學(xué)習(xí)重點(diǎn)與難點(diǎn): 1． 伽利略對落體問題的邏輯推理。 2． 伽利略的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)。 3． 伽利略的理想外推。 教學(xué)準(zhǔn)備：讓學(xué)生預(yù)習(xí)，搜集關(guān)于伽利略和亞里士多德的有關(guān)資料。 教學(xué)設(shè)計(jì)： 一、認(rèn)識兩位科學(xué)家 老師提出：哪位同學(xué)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(xué)生可能的回答：①伽利略全名伽利略伽利萊，他是文藝復(fù)興后期近代實(shí)驗(yàn)科學(xué)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(shí)驗(yàn)法的地位，又同教會的唯心論世界觀進(jìn)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(xué)科與數(shù)學(xué)證明的談話》一書，對自己多年來在力學(xué)方面的研究進(jìn)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(xué)上的創(chuàng)造才能，在青年時代就顯示出來了。當(dāng)他還是比薩大學(xué)醫(yī)科學(xué)生時，就發(fā)明了能測量脈搏速率的擺式計(jì)時裝置。后來他的興趣轉(zhuǎn)向了數(shù)學(xué)和物理學(xué)。 ③1581年，17歲的伽利略對古希臘的物理學(xué)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(xué)、天文學(xué)，特別是力學(xué)方面有了很深的造詣，學(xué)術(shù)上成果累累。他通過大量的觀察和實(shí)驗(yàn)總結(jié)出了慣性定律、自由落體運(yùn)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(yuǎn)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(yùn)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(xué)生的回答給予肯定：關(guān)于伽利略的資料收集非常細(xì)致，下面再說說亞里士多德吧。 學(xué)生可能的回答：①作為一位偉大的、百科全書式的科學(xué)家，亞里士多德對世界的貢獻(xiàn)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(xué)著作，在那個年代簡直就是一本百科全書。但他的成就遠(yuǎn)不止于此。他還是一位真正哲學(xué)家，對哲學(xué)每個學(xué)科幾乎都做出了貢獻(xiàn)。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(xué)的人”。 ②亞里士多德最大的貢獻(xiàn)在于創(chuàng)立了形式邏輯這一重要分支學(xué)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(jì)出現(xiàn)了一個研究亞里士多德主義的新時代，學(xué)者們以此作為求得各方面真知識的基礎(chǔ)。 亞里士多德學(xué)識淵博，著述頗豐．他對于當(dāng)時尚未分類的科學(xué)部門如政治、邏輯、倫理、歷史、物理(自然學(xué)科)、心理學(xué)、美學(xué)、教育學(xué)等均有研究并有獨(dú)到見解，被馬克思譽(yù)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(xué)科在內(nèi)的百科全書式的課程體系，提出了注重實(shí)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(xué)的一個轉(zhuǎn)折點(diǎn)。在他以前，科學(xué)家和哲學(xué)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(xué)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(xué)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(xué)們覺得亞里士多德實(shí)在太不高明而伽利略則比他偉大于百倍。事實(shí)上，亞里士多德是古代一位偉大的學(xué)者，一位百科全書式的大學(xué)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(rèn)識一位科學(xué)家。伽利略創(chuàng)造了一套對近代科學(xué)的發(fā)展極為有益的科學(xué)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(xué)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(xué)生回答的方式學(xué)習(xí)伽利略的科學(xué)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(shí)，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(yùn)用邏輯推理的? 學(xué)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(dāng)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(xué)生可能的回答：假設(shè)大小石頭下落的一樣快。 教師補(bǔ)充：猜想落體是一種簡單的變速運(yùn)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(xué)和邏輯進(jìn)行推理，然后實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。 教師提問：伽利略經(jīng)過數(shù)學(xué)推導(dǎo)得出速度與時間成正比，然后通過實(shí)驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證，他是 如何進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證的? ①學(xué)生可能的回答：通過小球的下落運(yùn)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(yùn)動時間，便于觀測。 ③他進(jìn)行的是坡度比較小的斜面實(shí)驗(yàn)，后來他就將實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了合理的外推，當(dāng)傾角增大 到90，小球的運(yùn)動就是自由落體運(yùn)動。 對假說進(jìn)行修正和推廣。 教師提出：經(jīng)過幾位同學(xué)的回答，問題比較全面了。伽利略完成了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證后，沒有就此 而止，而是進(jìn)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(xué)生共同回答：因?yàn)榭諝庾枇Γ? 教師指出：這就是伽利略為我們創(chuàng)造的一套對近代科學(xué)的發(fā)展極其有益的科學(xué)方法。后 面的學(xué)習(xí)中我們還要經(jīng)常用到。 三、作業(yè)設(shè)計(jì) 認(rèn)真閱讀課本緒言“走進(jìn)物理課堂之前”，分析“孩子們”是如何運(yùn)用伽利略的科學(xué)方法 進(jìn)行探索的。 ●教學(xué)設(shè)計(jì)說明 本節(jié)課，主要由兩部分組成：對科學(xué)家的了解；對伽利略科學(xué)方法的學(xué)習(xí)．這兩個方面主 要是由學(xué)生通過查資料、預(yù)習(xí)，在老師的引導(dǎo)下，以學(xué)生為主體，進(jìn)行學(xué)習(xí)的。 知識講授的同時，給學(xué)生介紹物理學(xué)家、講授物理學(xué)史．不僅讓他們了解物理學(xué)家的工 作，物理科學(xué)的發(fā)展過程，更重要的是通過了解科學(xué)發(fā)展的曲折性，以此撼動學(xué)生的心，讓他 們從中獲得啟迪。 ●板書設(shè)計(jì) △認(rèn)識兩位科學(xué)家。 　△ 伽利略的科學(xué)方法。 ①問題的提出。 ②提出假設(shè)，邏輯推理。 ③利用數(shù)學(xué)和邏輯進(jìn)行推理，然后實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。 ④對假說進(jìn)行修正和推廣。 111