第6节 伽利略对自由落体运动的研究

《伽利略对自由落体运动的研究》一、设计思路：1、课标要求分析：了解亚里士多德关于运动的主要观点和研究方法，了解伽利略的实验研究工作，认识伽利略有关实验的科学思想和方法。

了解伽利略研究自由落体运动所用的实验和推理方法。

2、教材文本分析：教材介绍了伽利略研究自由落体运动所用的科学方法和巧妙的实验构思，以及伽利略对自由落体运动的探究历史，方法的教学贯穿课程文本始终。

目的是让学生体会伽利略发现问题、分析问题、解决问题的历史过程以及面对困难时采取的方法，增加学生对处理物理问题的方法论的初步认识。

3、学生学情分析：学生已经学习了自由落体运动的定义和规律，但不十分了解伽利略发现自由落体规律的具体过程和历史。

所以教材单独列出这节课，让学生了解伽利略对落体问题的研究过程和突破困难采用的方法，培养学生勇于探索、坚持真理的高尚情操。

4、教学总体安排：本课时采用了课前学生自己预习、课上学生分组讨论问题和教师适当引导的方式，重点关注伽利略在研究过程中所采用的科学方法以及意义。

二、教学目标：（一）知识与技能1、了解伽利略对自由落体运动的研究方法。

2、知道逻辑推理(包括数学知识)和实验验证对解决物理课题的重要性。

（二）过程与方法1、经历伽利略对自由落体运动的研究过程，体验伽利略的科学研究方法。

（三）情感、态度与价值观1．通过了解史实，培养渗透坚持真理、不迷信权威、勇于探索的科学精神。

2．通过经历伽利略对自由落体运动的研究过程，进一步提升对方法论的认识。

三、教学重点与难点：教学重点：伽利略对自由落体运动研究的过程、方法。

教学难点：伽利略否前人错误结论的逻辑推理、斜面实验结论的合理外推。

四、教学方式：教学方法：自主讨论法、归纳法、实验演示法五、教学用具：小铁球、斜槽、多媒体辅助设备。

六、教学流程七、板书设计八、教学过程 教学环节 教师活动学生活动教学目的 复习提问 1、什么是自由落体运动？2、自由落体运动的加速度有什么特点？ 回答问题复习 巩固新课引入自由落体运动是一种比较简单的运动，但是对这种简单运动现象的研究并非一蹴而就。

课时六 伽利略对自由落体运动的研究学海导航【内容目标】 1.了解物理学史。

2.知道伽利略对自由落体运动的研究方法。

【提示与建议】通过对本节内容的研究来学习伽利略的科学方法。

同时要注意自己查找资料学习物理学史，来拓宽自己的视野。

重的物体和轻的物体，哪个下落得快?公元前4世纪古希腊哲学家亚里士多德根据他的观察，得出这样的结论：重的物体比轻的物体下落得快．到了16世纪，意大利科学家伽利略对此提出质疑，否定了这一观点，并通过科学实验和逻辑推理揭示了自由落体运动的规律，将近代物理学以至近代科学推上了历史舞台．学点探究探究问题一：逻辑的力量——伽利略佯谬1．问题：如果把一块大石头和一块小石头捆在一 起落下，它们下落的快慢与这两块石头单独落下，哪一个下落得快，哪一个下落得慢呢?探究问题二：伽利略的研究方法2．问题：伽利略是怎样来验证自由下落的物体是做初速度为零的匀加速直线运动的？【学点1】绵延两千年的错误1． 两千多年前的_________认为越重的物体下落 得越快。

【学点２】日常生活中轻重不同的物体下落快慢不同的原因２．如果能排除 的影响，不同重量、形状、材料的物体下落快慢 。

【学点３】伽利略的研究方法３．伽利略给出了科学研究过程的基本要求，这些要素包含对现象的一般观察、__________、__________、_________、对假说进行修正和推广等。

伽利略科学思想方法的核心是把_________和_________和谐地结合起来。

让小球从斜面上不同位置滚下，观测小球多次从不同起点滚动的位移x 、x 、x …和所有时间的平方．（重点解读）猜想（假设）－逻辑推理－实验验证是我们研究物理常用的方法，我们学习这一节时要多加体会，同时我们可以回忆以下我们原来学习的哪些规律的得出是用了这种方法。

2.（难点剖析）本节难点是对伽利略设计的验证实验的理解，首先利用斜面来“冲淡”重力的作用，然后据实验数据得出该运动具有恒定的加速度，即为匀加速直线运动。

学案6自由落体运动伽利略对自由落体运动的研究[目标定位］ 1.知道物体做自由落体运动的条件,知道自由落体运动是初速度为零的匀加速直线运动.2.会探究自由落体运动规律和测定自由落体运动的加速度.3。

知道自由落体运动加速度的大小、方向,并能理解影响重力加速度的因素。

4.运用自由落体运动的规律和特点解决有关问题．一、自由落体运动［问题设计］1．在空气中，将一张纸片和一石块从同一高度同时释放，哪个下落得快？若把这张纸片团紧成一团，再与石块从同一高度释放，情况会怎样？2．牛顿管实验：玻璃管中有羽毛、小软木片、小铁片……玻璃管中抽成了真空，将物体聚于一端,再将玻璃管倒立，让所有物体同时下落．看到什么现象?说明什么问题？[要点提炼］1．定义：自由落体运动是物体只在重力作用下从静止开始下落的运动．2．物体做自由落体运动的条件：（1)只受重力;(2)初速度v0＝0。

在实际中,物体下落时由于受空气阻力的作用，并不做自由落体运动,只有当空气阻力远小于重力时,物体由静止开始的下落才可看做自由落体运动．3．自由落体运动的实质:自由落体运动是初速度为零、加速度为g 的匀加速直线运动，它只是匀变速直线运动的特例．二、自由落体加速度[问题设计］利用如图1甲所示的实验装置测定重力加速度．用手捏住纸带上端把纸带拉成竖直状态,并使重物停在靠近打点计时器处．先接通电源,再松开纸带让重物自由下落,打点计时器在纸带上打下一系列的点．图1如何根据打上点的纸带(如图乙)求出重物的重力加速度？[要点提炼]1．自由落体加速度（1)重力加速度又叫自由落体加速度，通常用g来表示。

（2）重力加速度的方向：总是竖直向下的（3）重力加速度的大小：在同一地点，一切物体的重力加速度都相同．在不同地理位置处的重力加速度一般不同，赤道上物体的重力加速度最小；南（北)极处重力加速度最大；物体所处地理位置的纬度越大，重力加速度越大．一般的计算中，可以取g＝9。

8 m/s2或g＝10 m/s2.2．测量自由落体加速度的方法（1)利用打点计时器(2）利用频闪照相频闪照相可以每隔相等的时间拍摄一次．利用频闪照相可追踪记录做自由落体运动的物体在各个时刻的位置（如图2为一小球做自由落体运动的频闪照片）．根据匀变速直线运动的推论Δh＝gT2可求自由落体加速度．图2三、自由落体运动的规律［问题设计]1．试写出物体自开始下落经过时间t时的速度v和下落高度h的表达式．2．匀变速直线运动的推论对于自由落体运动是否适用？［要点提炼]1．自由落体运动的基本规律（1）速度公式：v＝gt。

学习目标1.了解落体运动研究的史实，了解逻辑推理的特色。

2.理解任何猜想和假说都需要有实验验证的重要性。

重点了解探索的过程，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。

难点“观念—思考—推理—猜想—验证”是本节的重点思路，也是培养良好思维习惯的重要参考。

知识扫描1.绵延2000年的错误，亚里士多德认为“物体下落的快慢是由决定的，即物体越重，下落越快”这一论断符合人们的常识，也能通过实验给予验证，这一结论绵延2 000年之久，被人们认为真谛。

2.伽利略用逻辑推理推翻了上述结论：假定一个大石头重为10，下落速度为8，另一个小石头重为1，速度为4，如果将两块石头捆在一起，重变为11，其速度应该比8大，但两块石头捆在一起下落，大石头受小石头拖累速度将比8小，小石头受大石头带动，速度将大于4，即两石头捆在起下落速度应比8小，这就是逻辑推理的结论。

“重物比轻物落得快”的结沦与理论推断有矛盾。

这就是中国历史上的以子之矛攻子之盾逻辑推理的结论，使伽利略认为只有一种可能性，即。

3.伽利略对自由落体运动的规律的猜想提出假说：伽利略以“自然界的规律是简单的”这一信念出发，猜想落体运动是一种变速运动，而且是最简单的变速运动，即它的快慢应该是，用现代语言来描述伽利略的观点，即“自由落体运动是一种匀变速运动”。

从数学的角度，这句话的意思是“速度v与时间t成正比”或者“速度v与位移成止比”，但是伽利略经过数学推算后采用了“速度v与时间t成正比”的猜想。

4.找出验证“猜想”的实验方法：测量落体的速度是困难的，经过推算伽利略发现：如果物体的初速度为0，且速度随时间的变化是均匀的即，那么它通过的位移与所用时间的二次方成正比即，而位移的测量是方便的，即只要证明x∝t2，也就证明了v∝t。

用落体做实验，在当时基本上是无法进行的，当时的滴水计时器与现在的打点计时器计时的原理是一样的，即相邻两个水滴落下的时间差是恒定的。

第6节伽利略对自由落体运动的研究【学习目标】1.了解物理学史。

2.知道伽利略对自由落体运动的研究方法。

【重点、难点】1．伽利略对落体问题的逻辑推理。

2.伽利略的验证性实验的设计。

3.伽利略的理想外推。

预习案【自主学习】1．在物理学的发展历程中，下面的哪位科学家首先建立了平均速度、瞬时速度和加速度等概念用来描述物体的运动，并首先采用了实验检验猜想和假设的科学方法，把实验和逻辑推理和谐地结合起来，从而有力地推进了人类科学的发展：( )A．亚里士多德 B.伽利略 C.牛顿D．爱因斯坦2．伽利略对自由落体运动的研究，是科学实验和逻辑思维的完美结合，如图所示，可大致表示其实验和思维的过程，对这一过程的分析，下列说法正确的是：()A．其中的甲图是实验现象，丁图是经过合理的外推得到的结论B．其中的丁图是实验现象，甲图是经过合理的外推得到的结论C．运用甲图的实验，可“冲淡”重力的作用，使实验现象更明显D．运用丁图的实验，可“放大”重力的作用，使实验现象更明显3．某同学摇动苹果树，在同一高度一个苹果和一片树叶同时从静止开始落向地面，发现苹果先着地，下面说法中正确的是：( )A.苹果和树叶做的都是自由落体运动B.苹果和树叶的运动都不能看成自由落体运动C.苹果的运动可以看成自由落体运动，树叶的运动不能看成自由落体运动D．假如不计空气阻力，则苹果和树叶会同时落地的困难是：（）4．伽利略用实验验证v tA．不能很准确地测定下落的距离B．缺少科学研究方法的指导C．无法直接测定下落物体的瞬时速度D．当时没有精确测量时间的仪器5．伽利略在做铜球沿斜面运动的实验中，实验结果表明：（）A．铜球沿斜面滚下的运动是匀加速直线运动B．斜面的倾角一定，换用不同质量的铜球，小球的加速度都相同C．斜面的倾角一定，从不同高度开始滚下的铜球，加速度不同D．铜球的加速度随斜面倾角增大而增大6．伽利略科学思想方法的核心是把和谐的结合起来，从而有力的推进了人类科学认识的发展，其科学研究过程的基本要素包含：对对象的一般观察、运用逻辑得出推论、、。

6．伽利略对自由落体运动的研究教材分析本节内容是让学生了解并学习伽利略研究自由落体运动的科学思维方法和巧妙的实验构思。

教材编写得脉络清楚，逻辑推理严谨、文字表述生动和通俗易懂，因此，适合于学生自主学习。

学生除阅读教材外，还可阅读一些课外参考书，从网上查阅一些资料，通过自己独立的思考，归纳、总结并提出自己的看法、体会等。

学情分析学生通过本章内容的学习，已经掌握了匀变速直线运动的知识，也掌握了自由落体运动的规律及其特点。

本节学习的重点不在知识，而是了解伽利略研究自由落体运动的方法，为探究和学习其它知识做准备。

设计思路本节课的主要任务是让学生了解伽利略研究自由落体运动的方法，采用交流、讨论的方法教学。

设学生设想自己处在伽利略的地位会怎样思考，在讨论伽利略的思想时是把它们放到当时的社会大背景中去考虑。

伽利略是如何发现问题、克服一个又一个困难的？可做些点拨，如伽利略研究自由落体运动的几个重要的步骤是：通过理想实验的方法揭露了重物下落快的错误→从“自由落体运动应该是简单的〞认识出发，猜想v ∝x和v∝t两种可能性，但经过推理判定v∝x不正确→从逻辑推理得出检验v∝t即是检验x∝t2→巧妙设计斜面实验检验x∝t2。

教材“STS〞栏目的短文：从伽利略看科学与社会，可让学生自己阅读。

如果条件允许，也可在学生阅读一些资料的基础上组织课外的交流、讨论，小组或大班讨论的形式均可。

三维目标知识与技能1．了解落体运动研究的史实，了解逻辑推理的特色；2．理解任何猜想和假说都须要有实验验证的重要性。

过程与方法1．让学生初步体会抽象思维、提出假说、科学实验是进行科学研究的重要思路和方法；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。

情感态度与价值观1．渗透研究自然规律的科学方法；2．通过了解史实能培养同学们的意志和科学的方法观，避免盲目和急功近利思想，提高自己的认识观；3．经历伽利略对自由落体运动的研究过程，体验数学在研究物理问题中的重要性。

高中物理：伽利略对自由落体运动的研究【考点归纳】1．伽利略对自由落体运动的研究（1）历史的回顾：亚里士多德通过对大量的物体下落的观察，直接得出结论：物体越重，下落越快；所用的方法：观察+直觉．（2）逻辑的力量．（3）猜想与假设伽利略相信：a．自然界是简单的，自然界的规律也是简单的；b．落体运动一定是一种最简单的变速运动．它的速度应该是均匀变化的．假设：v∝t，v∝x．（4）实验验证伽利略用铜球从阻力很小的斜面的不同位置由静止下落，铜球在斜面上运动加速度要比它竖直落下时小得多，所以时间容易测出．实验结果表明，光滑斜面倾角不变时，从不同位置让小球滚下，小球的位置与时间的平方比不变，即由此证明了小球沿光滑斜面下滑的运动是匀变速直线运动；换用不同质量的小球重复实验，结论不变．（5）合理外推如果斜面倾角增大到90°，小球仍然保持匀加速直线运动的性质，且所有物体下落时的加速度都是一样的！伽利略成功验证了自己的猜想，不仅彻底否定了亚里士多德关于落体运动的错误论断，而且得到了自由落体运动的规律．（6）伽利略科学方法伽利略科学思想方法的核心：把实验和逻辑推理（包括数学推演）和谐地结合起来．【命题方向】例1：伽俐略理想实验将可靠的事实和理论思维结合起来，能更深刻地反映自然规律，伽俐略的斜面实验程序如下：（1）减小第二个斜面的倾角，小球在这斜面上仍然要达到原来的高度．（2）两个对接的斜面，让静止的小球沿一个斜面滚下，小球将滚上另一个斜面．（3）如果没有摩擦，小球将上升到释放时的高度．（4）继续减小第二个斜面的倾角，最后使它成水平面，小球沿水平方向做持续的匀速运动．请按程序先后次序排列，并指出它究竟属于可靠的事实，还是通过思维过程的推论，下列选项正确的是（数字表示上述程序的号码）（）A．事实2→事实1→推论3→推论4B．事实2→推论1→推论3→推论4 C．事实2→推论3→推论1→推论4D．事实2→推论1→推论4→推论3分析：按实验先后次序排列如下：2→3→1→4．其中，2是事实．实际中，小球由于摩擦，在第二个斜面上上升的高度减小，若摩擦力减小，上升的高度增大，设想没有摩擦力，小球将上升到释放时的高度，如将第二斜面放平，小球没有减速的原因，不会停下来，3，1，4均是在没有摩擦的情况作出的推论．解答：实验先后次序排列如下：2→3→1→4．实验中，如果摩擦力越小，小球在第二个斜面上上升的高度越高，设想没有摩擦，小球将上升到释放时的高度．所以3、1是推论．步骤4中，将第二个斜面放平，实际中小球因摩擦而减速，最后停下来，摩擦力越小，运动的距离越长，设想没有摩擦力，小球没有减速的原因，永远以原来的速度运动下去，所以4也是推论．故选：C．点评：本题是伽利略理想斜面实验，考查对本实验的理解能力，由此实验，伽利略得出了结论：物体的运动不需要力维持．例2：伽利略在著名的斜面实验中，让小球分别沿倾角不同、阻力很小的斜面从静止开始滚下，他通过实验观察和逻辑推理，得到的正确结论有（）A．倾角一定时，小球在斜面上的位移与时间成正比B．倾角一定时，小球在斜面上的速度与时间成正比C．斜面长度一定时，小球从顶端滚到底端时的速度与倾角无关D．斜面长度一定时，小球从顶端滚到底端所需的时间与倾角无关分析：伽利略通过实验观察和逻辑推理发现，小球沿斜面滚下的运动的确是匀加速直线运动，换用不同的质量的小球，从不同高度开始滚动，只要斜面的倾角一定，小球的加速度都是相同的；不断增大斜面的倾角，重复上述实验，得知小球的加速度随斜面倾角的增大而增大．解答：A、B、伽利略通过实验测定出小球沿斜面下滑的运动是匀加速直线运动，位移与时间的二次方成正比，并证明了速度随时间均匀变化，故A错误，B正确；C、不论斜面光滑与不光滑，当斜面的长度一定时，小球滑到斜面地的速度都与斜面的倾角有关，且倾角越大，小球滑到斜面底端的速度就越大；故C错误；D、斜面长度一定时，小球从顶端滚到底端所需的时间随倾角的增大而减小，故D错误．故选：B．点评：本题关键要明确伽利略对自由落体运动的研究的实验过程，可以通过阅读课本了解，同时实验事实与理论应该是一致的，故可结合匀变速运动的知识求解．。

伽利略对自由落体运动的研究伽利略，意大利物理学家和天文学家，被认为是现代科学的创始人
之一。

他对自由落体运动的研究是他在物理学领域的一个重要成果。

伽利略的研究发现，自由落体运动中物体的速度是确定的，并且关
于时间是二次函数的关系。

这改变了以前的看法，认为物体下落的速
度是恒定的。

伽利略还发现了关于物体运动的另一个重要事实：不受外力作用下，物体将继续保持运动状态。

这被称为惯性原理，并成为现代物理学理
论的基石之一。

伽利略是如何进行他的研究的呢？他使用了倾斜平面实验，利用下
落物体对斜面的影响，来研究自由落体运动。

他发现当斜面角度改变时，下落物体的加速度也会相应改变。

这个实验为他证明了一些新的
物理理论。

伽利略的研究已经成为现代物理学研究的基础。

他的发现，不仅拓
宽了我们对自由落体运动的认识，同时也为许多其他物理学研究打下
了基础。

总之，伽利略对自由落体运动的研究是一个里程碑式的科学成果。

他的研究方法，以及他的理论发现，都对现代物理学产生了深远的影响。

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？”他从这个信念出发，猜想物体下落的速度是均匀变化的，提出了两种假设“假设一：速度与位移成正比；假设二：速度与时间成正比”究竟哪个对呢？后来发现，如果速度与位移成正比，将会推导出十分复杂的结论。

编写：孙兴花审稿：张艳红★重点与难点: 1. 伽利略对落体问题的逻辑推理2. 伽利略如何设计验证性实验3. 伽利略实验结果的理想外推（一）.预习检查：1. 伽利略通过_________的方法揭示了“重量大的物体下落快”的理论错误。

2. 伽利略落体运动是一种最简单的变速运动，它的速度应该是（均匀/非均匀）变化的。

后来，他巧妙的设计了实验以检验v与t成正比的猜想是否正确。

3. 小球沿斜面向下的运动（是/不是）落体运动。

伽利略对他的实验结果做了合理的, 认为小球下落时仍然会保持运动的性质，而且所有物体下落时的加速度都 (一样/不一样)。

4. 伽利略的科学研究过程的基本要素：————。

5．思考：落体运动司空见惯，但下落的快慢各不相同，到底是什么原因使重的物体下落快、轻的物体下落慢？大铁球和小铁球会同时落地吗？（二）讨论与交流一、绵延两千年的错误[讨论1]：查找资料学习物理学史，并结合教材，你认为亚里士多德对落体运动的错误认识为什么能绵延近两千年之久？二、逻辑的力量[讨论2]：亚里士多德凭经验认为，重的物体比轻的物体下落快。

阅读课本之后，你有什么看法？三、猜想与假说[讨论3]：1.伽利略为了描述物体的运动，建立了 、 以及 等概念。

2.伽利略猜想落体运动是一种最简单的变速运动，而最简单的变速运动它的速度应该是均匀变化的，速度均匀变化意味着（ ）A. 速度与时间成正比B.速度与位移成正比C.速度与时间的二次方成正比D.位移与时间的二次方成正比四、实验验证[讨论4]：1.落体下落很快，当时还没有准确的计时工具，无法准确测定物体通过不同位移的时间。

为了克服该困难，他设计了 实验。

伽利略做了上百次的斜面实验，结果发现小球沿斜面滚下的运动是 直线运动，换不同质量的小球，从不同高度开始滚动，只要斜面的倾角一定，小球的加速度都 （相同/不相同）。

2.增大斜面的倾角，小球的加速度随斜面倾角的增大而 （变大/变小）。

3.伽利略指出在科学研究中懂得忽略什么，有时与懂得重视什么同等重要。