2.6伽利略对落体运动的研究学案

2.6  伽利略对落体运动的研究          【学习目标】 了解物理学史；知道伽利略对自由落体运动的研究。 学习伽利略的科学方法；培养学生自己查找资料学习物理学史。 学习科学家们对知识敢于质疑的勇气；学习科学家们科学研究的执著精神；通过学生自己查找资料，提高学生对物理学的兴趣；通过对亚里士多德和伽利略的了解，认识到科学的探索是一个漫长的过程，需要几代人的不懈努力。 【学习重点与难点】 伽利略对落体问的逻辑推理；伽利略的验证性实验的；伽利略的理想外推。 自主学习： 实验：用手拿一个小石头和一张纸片，同高度放开后，观察哪个先落地        。 亚里士多德的结论：                                          。 伽利略佯谬（学生阅读课文） 实验：拿两个相同纸片，一个揉成纸团，同高度放开，观察哪个先落地          。 影响物体下落快慢的因素是                                  。 自主探究： 请阅读“逻辑的力量”下的文字并说出大石块和小石块的下落情况 伽利略的探究之路    1、 大胆猜想：下落物体的速度是随着时间              的，即v∝t。 2、 解决问题 （1）当时不能测量速度，伽利略利用数学方法推出：从静止开始做匀加速运动的物体，通过的位移一定与运动时间的平方成              ，即s∝t2 。 （2）为了减缓物体的下落速度，伽利略设计了                实验，（阅读内容，学生分小组回答）。 （3）伽利略利用                    的方法推理当倾角等于90。时，s∝t2也成立。 （4）对于“为什么日常生活中常会见到，较重的物体下落得比较快”这一问题，伽利略认为这是因为                                                          ；提出“如果完全排除空气阻力，所有物体将下落得同样快，这时落体运动就真正成为自由落体运动了”。 小结：伽利略的研究思路如下： 1、科学研究过程的基本要素：①                    ；②                        ；③                        ；④                      ；⑤                          。 2、伽利略思想方法的核心是把                和                      和谐地结合起来。 自主： 1．1591年，伽利略和他的两个学生带着两个不同质量的铅球（一个是另一个重量的10倍）登上了高为54.5米的比萨斜塔的顶部，如图2—1所示，自由释放这两个小球，结果两个球在同一瞬间砸向地面，伽利略这个实验意在说明：轻、重物体下落的_________一样（填“速度”或“加速度”）。 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2—2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．伽利略以前的学者认为：物体越重，下落得越快,伽利略等一些物理学家否定了这种看法 （1）如图2—3所示：在一玻璃管中放中放一片羽毛和一个玻璃球，迅速导致玻璃管，可以看到，玻璃球先于羽毛达到底端，这主要是因为（      ） A．它们的重量不同 B．它们的密度不同 C．它们的不同 D．它们受到的空气阻力不同 （2）在一高塔顶端释放大小相同的实心铁球和实心铅球，与此有关的下列说法中， 正确的是（      ） ①它们受到的空气阻力不同    ②它们的加速度相同 ③它们落地的速度不同        ④它们下落的时间相同 A．①③      B．②④      C．②        D．③ 知识提高：测出课本P48中的图2-8频闪相片的中相同时间间隔内的距离，并计算出物体运动的加速度大小。 时 间 间 隔 第一个0.033s 第二个0.033s 第三个0.033s 第四个0.033s 第五个0.033s 第六个0.033s 距离（cm）                           利用公式            ，可算出物体下落的加速度为        。 自我反思 1.收获： 三位物理学家简介 亚里士多德（Aristoteles,公元前284——322年）出生在希腊北部邻近马其顿王国的斯丹季拉城。祖辈从医，父亲尼各马可是马其顿国王的御医。家庭的传统使亚里士多德很早接触到医学和生物学知识，并且学会了归纳和比较的方法。这对他以后开展学术研究起了重大影响。 父母去世后，十七岁的亚里士多德来到雅典阿卡德米学园，随柏拉图学习、研究二十来年，曾被誉为“学园之心”。在长期的熏陶下，柏拉图学说 可能对他毫无影响。就政治思想而言，亚里士多德的法治主张和柏拉图的《法律篇》之间，就存在着一定程度的“师承”关系。但是，在更多的方面，亚里士多德的学说是违忤师说的，本着“我爱我师，我更爱真理”的信念，他在哲学上，尖锐地批判柏拉图的唯心主义理念论，当然他自己也动摇于唯物主义与唯心主义之间。在政治思想上，他抛弃柏拉图以抽象的概念为出发点的研究方法，不赞成“哲学王”的主张，抨击“共产公妻”的方案。柏拉图死后，亚里士多德便离开阿卡德米学园，公元前343年，应聘当上十三岁的马其顿王子亚历山大的家庭教师。这期间，他为王子编写过《王制》和《拓殖》两篇论文，并收集了有关各城邦政制的大量资料。不久，马其顿征服了希腊，亚历山大继位，亚里士多德便返回故乡。公元前335年，他又来到希腊，并在郊外创办了吕克昂学园。在这里，除授课外，他致力于著书立说，公元前323年，亚历山大死后，雅典掀起反马其顿运动，亚里士多德因两代人同马其顿有牵连，恐遭灾祸，便在朋友协助下逃出雅典。第二年因病去世。 亚里士多德留下了大量的学术著作，内容涉及到哲学、伦理、历史、逻辑、心理、语言、政治、法律、诗学、经济、教育以及物理、动物、天文等各个学科。集中反映其文学理论思想的主要是名著《诗学》。 伽利略·伽利雷（Galileo Galilei,1564年2月25日-1642）世界知名科学家，他既是物理学家、天文学家、哲学家又是发明家，他发明了温度计和天文望远镜。是近代实验物理学的开拓者，被誉为“近代科学之父”。他是为维护真理而进行不屈不挠的科学战士。恩格斯称他是“不管有何障碍，都能不顾一切而打破旧说，创立新说的巨人之一”。1564年2月15日生于比萨，历史上他首先提出并证明了同物质同形状的两个重量不同的物体下降速度一样快，他反对教会的陈规旧俗，由此，他晚年受到教会迫害，并被终身监禁。他以系统的实验和观察推翻了亚里士多德诸多观点。因此，他被称为“近代科学之父”“现代观测天文学之父” 、“现代物理学之父”、“科学之父” 及“现代科学之父”。他的工作，为牛顿的理论体系的建立奠定了基础。 1642年1月8日卒于比萨。伽利略家族姓伽利雷（Galilei），他的全名是Galileo Galilei，但现已通行称呼他的名Galileo，而不称呼他的姓。因为翻译问题，所以姓众说纷纭，以伽利雷为准。 1590年，伽利略在比萨斜塔上做了“两个铁球同时落地”的著名试验，从此推翻了亚里士多德“物体下落速度和重量成比例”的学说，纠正了这个持续了1900年之久的错误结论。 但是伽利略在比萨斜塔做试验的说法后来被严谨的考证否定了。尽管如此，来自世界各地的人们都要前往参观，他们把这座古塔看做伽利略的纪念碑。 1609年，伽利略创制了天文望远镜（后被称为伽利略望远镜），并用来观测天体。他发现了月球表面的凹凸不平，并亲手绘制了第一幅月面图。1610年1月7日，伽利略发现了木星的四颗卫星，为哥白尼学说找到了确凿的证据，标志着哥白尼学说开始走向胜利。借助于望远镜，伽利略还先后发现了土星光环、太阳黑子、太阳的自转、金星和水星的盈亏现象、月球的周日和周月天平动，以及银河是由无数恒星组成等等。这些发现开辟了天文学的新时代。 伽利略著有《星际使者》《关于太阳黑子的书信》《关于托勒密和哥白尼两大世界体系的对话》《关于两门新科学的谈话和数学证明》和《试验者》。 为了纪念伽利略的功绩，人们把木卫一、木卫二、木卫三和木卫四命名为伽利略卫星。 伽利略为牛顿的牛顿运动定律第一、第二定律提供了启示。他非常重视数学在应用科学方法上的重要性，特别是实物与几何图形符合程度到多大的问题！他还推翻亚里士多德的话。他善于提问，不问个水落石出不罢休。许多高年级同学也经常因为被他问倒而难堪。 艾萨克·牛顿（Sir Isaac NewtonFRS, 1642年12月25日~1727年3月31日）爵士，英国皇家学会会员，是一位英国物理学家、数学家、天文学家、自然哲学家和炼金术士。他在1687年发表的论文《自然哲学的数学原理》里，对万有引力和三大运动定律进行了描述。这些描述奠定了此后三个世纪里物理世界的科学观点，并成为了现代工程学的基础。他通过论证开普勒行星运动定律与他的引力理论间的一致性，展示了地面物体与天体的运动都遵循着相同的自然定律；从而消除了对太阳中心说的最后一丝疑虑，并推动了科学革命。在力学上，牛顿阐明了动量和角动量守恒之原理。在光学上，他发明了反射式望远镜，并基于对三棱镜将白光发散成可见光谱的观察，发展出了颜色理论。他还系统地表述了冷却定律，并研究了音速。在数学上，牛顿与戈特弗里德·莱布尼茨分享了发展出微积分学的荣誉。他也证明了广义二项式定理，提出了“牛顿法”以趋近函数的零点，并为幂级数的研究作出了贡献。牛顿逝世后被安葬于威斯敏斯特大教堂，成为在此长眠的第一个科学家。在2005年，英国皇家学会进行了一场“谁是科学史上最有影响力的人”的民意调查，牛顿被认为比阿尔伯特·爱因斯坦更具影响力。