高中物理 第二章 第6節(jié)《伽利略對自由落體運動的研究》教學設計 新人教版必修11

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《伽利略對自由落體運動的研究》教學設計 教學設計思想： 本節(jié)從牛頓運動定律部分又回到運動學作為運動學公式應用的一部分，是新教材注重三維教學目標的標志性內容。過去的教學過分注重對知識和技能的掌握，而忽略了對科學精神、科學研究方法的培養(yǎng)，新教材把它單列為一節(jié)，其目的顯而易見。因此，能否通過這節(jié)課的學習讓學生初步認識人類對自然世界的探究思想和方法，體會到伽利略對運動物體的研究在科學發(fā)展和人類進步的重大意義，將成為這節(jié)課最終的目標。為了更好的落實新課標的精神，該節(jié)課在設計過程中注重了對科研方法的具體應用，在教學中用方法，給學生做出示范，逐步使學生樹立起對自然的科學認識觀。 教學方式： 本節(jié)主要采用師生共同探討研究式教學，教師通過落體實驗引出問題，有牛頓管實驗引出自由落體運動。學生根據(jù)現(xiàn)階段具備的物理知識重溫伽利略對落體運動規(guī)律的探究歷程，總結分析得出落體運動的運動學特點結合運動學規(guī)律總結自由落體運動規(guī)律。這樣更適合學生的認知過程和學生對理想運動模型的理解。 知識與技能： 1、認識空氣阻力對落體運動的影響，知道自由落體運動的概念； 2、明確伽利略對自由落體運動的研究方法，領會伽利略的科學思想。 3、通過對自由落體頻閃照片的數(shù)據(jù)處理得出自由落體運動的加速度大??； 4、通過勻變速直線運動的規(guī)律得到自由落體運動的規(guī)律； 過程與方法： 1、運用實驗和推理方法來探究落體運動的特點； 2、了解伽利略的實驗研究過程，認識伽利略有關實驗的科學思想和方法，培養(yǎng)學生探求知識的能力。 情感態(tài)度與價值觀： 1、從科學研究過程中體驗探索自然規(guī)律的艱辛，培養(yǎng)敢于堅持真理，勇于創(chuàng)新的科學精神和實事求是的科學態(tài)度，并能自覺地將學習心得體現(xiàn)在自己的學習實踐中。 2、通過對伽利略的科學思維方法以及他對物理學貢獻的介紹使學生體會到科學探索方法在人類進步上的重大意義； 教學重點：讓學生了解抽象思維、數(shù)學推導和科學實驗相結合的科學方法。 教學難點：使學生體會“發(fā)現(xiàn)問題——對現(xiàn)象的觀察——提出假設——運用數(shù)學和邏輯手段得出推論——實驗驗證——合理外推——得出結論”的科學探究方式。 教學資源：牛頓管、抽氣機、紙片、鐵片、刻度尺、小球、天平、放有海綿的緩沖盒、自由落體運動視頻資料、自制PPT課件。 教學 過程 教師活動 學生活動 設計意圖 問 題 導 入 對亞里士多德進行客觀公正評價 設置問題，科學探究 學生動手 對比試驗 結論得出 實驗展示 定義引入 歸謬法推理 自由落體運動性質探究 規(guī)律得出 伽利略生平簡介 規(guī)律應用 學生活動 課堂小結 布置 作業(yè) 今天咱們一起研究落體運動，這種運動很常見，你們仔細觀察過落體運動嗎？大家請看：（提醒學生注意觀察） 教師示范：（天平可直接顯示物體質量大?。? 1、一片羽毛和一塊石頭同時下落情況； 現(xiàn)象：石頭下落快，羽毛下落慢。 2、同樣大小的金屬片和紙片同時下落 現(xiàn)象：金屬片下落快，紙片下落慢。 教師提問：產(chǎn)生這樣現(xiàn)象的原因是什么呢？ 學生對原因進行分析：石頭重，羽毛輕； 金屬片重，紙片輕。 教師總結歷史回顧：：類似的現(xiàn)象生活中很常見，早在公元前4世紀，古希臘偉大的哲學家亞里斯多德根據(jù)與我們同樣的觀察直接得出結論：物體越重，下落得越快！這一論斷流傳了近二十個世紀即兩千年。（PPT展示亞里士多德生平并客觀評價。） 同學們想想看，是不是重的物體一定比輕的物體下落得快呢？ 要想很好的回答這個問題，需要我們進一步對落體現(xiàn)象進行研究。 首先，我們可以通過實驗來研究，在大家的桌面上有金屬片有紙片還有你們的一些文具，這些都可以用來進行研究，同學們可以設計一些小實驗親自動手做一做，仔細觀察實驗現(xiàn)象，看剛才的結論是否有問題，如果有問題能不能用你的實驗來進一步證明或者推翻剛才的結論。 教師巡視學生所做實驗的情況并進行適當提示。挑選出設計得比較好的一到兩名學生鼓勵其上臺演示并說出自己的觀點。其他同學注意觀察 教師對上臺學生進行恰當提示并提問： 1、看到了什么現(xiàn)象？ 2、這個現(xiàn)象說明了什么？ 注意引導得出：重的物體不一定下落得快 教師對上臺同學進行激勵性的評價，臺下同學一定還有很多做法都很好，課下可以繼續(xù)研究。 重的物體不一定下落得快，很明顯輕的物體也不一定下落得快。 那大家想想看，到底是由于什么因素的影響使得物體下落有快慢呢？ 得出結論：空氣阻力大小會影響物體下落的快慢。 剛才的實驗都有空氣阻力的影響使得物體下落有快有慢，那大家能想象一下，如果在沒有空氣阻力的空間里，物體下落將會是怎么樣的呢？ 教師介紹牛頓管并演示有空氣時和沒有空氣時管里的羽毛和金屬片的下落情況 教師注意應盡量讓更多的學生能直接看到羽毛和金屬片的下落情況。讓學生能直接看到玻璃管的空氣被抽掉的過程和重新讓玻璃管內充滿空氣的過程。 后邊的同學注意聽、看，聽金屬片落底的聲音，看羽毛下落的過程。 現(xiàn)象： 在有空氣的空間羽毛下落得較慢 在沒有空氣阻力影響的空間，羽毛和金屬片同時落到底端。 教師引導學生分析得出： 在沒有空氣阻力的空間，物體下落只受重力的作用時物體下落快慢相同。 引入自由落體運動的定義： 我們把只在重力的作用下，物體由靜止開始下落的運動叫自由落體運動。 顯然，這種運動只能在沒有空氣的空間中發(fā)生，但是我們生活在有空氣的空間里，在有空氣的空間里如果空氣阻力相對于物體重力很小的時候，物體的下落也可以看做是自由落體運動。舉例———— 理解自由的含義： 1、 只受重力 2、 初速度為0 到此為止，我們對自由落體運動有了正確的認識那就是：不同物體從同一高度做自由落體運動，它們的運動情況是一樣的。 可是這個結論在歷史上是來之不易的，從公元前四世紀的亞里士多德到16世紀末的伽利略，兩千多年漫長的時間里，人們不斷探索，研究才得出的結論。 看斜塔實驗圖片，播放兩球從樓頂下落視頻重溫伽利略實驗。進一步證明下落快慢與輕重無關。 接下來我們繼續(xù)認識自由落體運動《自由落體運動是什么性質的運動呢？ 軌跡是直線 小球運動速度在不斷增加是加速運動 是否是勻加速直線運動呢？ 伽利略對落體運動規(guī)律的探究 在16世紀末，意大利的物理學家伽利略有一個巧妙的推理。（稱“落體佯謬”） 推理是這樣的：假設重的物體下落得快是正確的話，現(xiàn)在有兩塊石頭，一大一小大的比小的重，根據(jù)假設，讓這兩塊石頭單獨下落，大石頭下落得快，如果把這兩塊石頭拴在一起下落的話，大石頭會被小石頭往上拖著比原來慢，而小石頭反過來也會被大石頭往下拖著比原來快，所以整體下落速度會比原來的大石頭單獨下落慢。 換一個角度去分析，兩塊石頭連在一起肯定比原來的大石頭要重，所以根據(jù)重的物體下落快的假設，兩塊石頭加一起應該比大石頭單獨下落要快。 發(fā)現(xiàn)問題 可見，用同一個假設得出了兩個截然相反的結論。可知，假設不成立！ 提出假說： 物體下落的過程是一個速度逐漸增大的過程,其速度與時間成正比. V ∝ t 在沒有進行數(shù)學推導和實驗之前，他的認識是十分模糊的，于是從最簡單原則出發(fā)，猜想速度應均勻變化，具體表現(xiàn)有兩種，一種為v∝t，另一種為v∝x，后經(jīng)推算，后一種將很復雜，于是將注意力集中在對前一種的研究中。又從上面假設出發(fā)，巧妙地導出了物體下落的距離與時間的平方成正比關系. h ∝ t 間接驗證：怎樣證明猜想是正確的？大家?guī)缀醪患s而同的想到實驗，暫不說實驗怎樣設計，單就這一想法就體現(xiàn)了伽利略的偉大之處，因為在此之前，學者們總是通過思辨性的論戰(zhàn)決定誰是誰誰非，伽利略是將實驗引入物理學領域的第一人，于是人們稱之為實驗科學的創(chuàng)始人。 伽利略的上百次實驗表明：小球沿斜面滾下的運動確實是勻加速直線運動，換用不同質量的小球，從不同高度開始滾動，只要斜面傾角一定，小球的加速度都是相同的，增大斜面傾角，加速度隨之增大。 合理外推：由斜面試驗得出的結論并非嚴格意義上的落體，適當增大斜面傾角，結論仍正確，再進一步增大斜面傾角，由于小球運動過快而無法對時間進行測定的情況下，合理的將實驗結論外推到900，從而完成了對自由落體運動規(guī)律的研究，得出了自由落體運動是勻加速直線運動，而且所有物體下落時的加速度都是相等的結論。 得出結論：自由落體運動是初速度為零、加速度恒定的勻加速直線運動。 同一地點一切物體下落的加速度都相同，方向豎直向下,這個加速度叫做自由落體加速度，也叫做重力加速度，通常用g表示。 讓學生討論、分析出自由落體運動的運動特點和受力特征；根據(jù)勻變速直線運動的規(guī)律得出自由落體運動的運動學規(guī)律； 自由落體運動是初速度為0，加速度為g的勻加速直線運動。 速度公式：Vt＝gt 位移公式：h＝gt2/2　 伽利略的研究過程： 發(fā)現(xiàn)問題——對現(xiàn)象的觀察——提出假設——運用數(shù)學和邏輯手段得出推論——實驗驗證——合理外推——得出結論 伽利略簡介： 自由落體運動的加速度的得出： 由于實驗條件所限，伽利略無法精確計算出加速度的大小，現(xiàn)在我們已經(jīng)能比較容易的計算出加速度的大小。 教師播放頻閃照片獲得原理的動畫片段。 得出自由落體運動的頻閃照片引導學生對數(shù)據(jù)進行分析處理。得出自由落體運動的加速度大小。 由?X=at可得 a=?X/t 得a= 9.8m/s 同一地點一切物體的重力加速度都相同，大小約為9.8m/s,方向豎直向下,通常用g表示。粗略計算時還可取g=10m/s 學以致用： 問題：同學們思考如何利用今天所學知識測量懸崖、峽谷的高度、或一口井的深度。 小游戲： 利用直尺測反應時間 教師引導提示出方法，并讓個別同學上講臺當場測試。并用事先準備好的“反應時間測量尺”直接讀出學生的反映時間。讓學生解釋其反應時間的測量方法。 小結：通過本堂課的學習，同學們收獲了什么？ 教師幫助梳理本堂課知識要點。 隨堂練習： 在物理學的發(fā)展歷程中，下面的哪位科學家首先建立了平均速度、瞬時速度和加速度等概念來描述物體的運動，并首先采用了實驗檢驗猜想和假設的科學方法，把實驗和邏輯推理和諧地結合起來，從而有力地推進了人類科學的發(fā)展。 A 亞里士多德 B 伽利略 C 牛頓 D 愛因斯坦 2.伽利略用巧妙的推理推翻了亞里士多德的錯誤觀點，從而提出了自由落體是一種最簡單的變速運動，速度應該是均勻變化的觀點，這種方法在科學研究中叫（ ） A 數(shù)學推演 B 實驗驗證 C 猜想與假設 D 邏輯推理 3.某同學搖動蘋果樹，從同一高度一個蘋果和一片樹葉同時從靜止直接落向地面，蘋果先著地，下面說法正確的是 （ ） A 蘋果和樹葉做的都是自由落體運動 B 蘋果和樹葉的運動都不能看成自由落體運動 C 蘋果的運動可以看成自由落體運動，樹葉的運動不能看成自由落體運動 D 假如地球上沒有空氣，則蘋果和樹葉會同時落地 結束語： 較之于伽利略所處的年代，我們的環(huán)境是非常好的，希望大家能從伽利略的思維閃光點以及科研方法的程序中得到啟發(fā)，真正做到善于觀察，勤于思考，勇于探索。 作業(yè)設計： （1）在網(wǎng)上搜集亞里士多德和伽利略相關資料，學習這兩位科學巨人的為追求真理而不懈努力的精神； （2）教材32頁練習與評價1、2、3、4 學生仔細觀察教師的演示實驗并歸納分析，回答老師所提問題 學生看幻燈片聽教師介紹 學生回答所想到的內容 學生自己動手設計小實驗來進一步證明或者推翻剛才的結論 學生上臺演示并說明 學生回答教師所提問題 學生注意觀察金屬片和羽毛在有空氣和沒有空氣的空間里的下落情況并回答所看到的情景。 試驗現(xiàn)象，加深對自由落體概念的理解； 一起分析下落快慢相同的原因 建立對自由落體運動的正確認識 學生觀看錄象注意小球運動軌跡及運動特征。 學生注意聽講，跟隨教師的思路一起去理解。 感悟伽利略推理的巧妙！ 學生看書結合教師的講解體會過程 伽利略遇到的困難和解決方案： 困難之一：無法測量瞬時速度。 解決方案：改測位移與時間的關系（靜止開始作勻加速直線運動的物體s∝t2） 困難之二：沒有準確的計時工具。 解決方案：“沖淡重力”的斜面實驗 學生通過已知勻變速直線運動的規(guī)律結合自由落體運動的特點總結出自由落體運動的運動學規(guī)律 學生看幻燈片聽教師介紹 學生處理照片數(shù)據(jù)，在教師的引導下計算出自由落體運動的加速度大小 學生思考解決方案并回答 學生利用直尺設計測反應時間的方法 學生回答本堂課所學知識 讓學生從親眼所見開始進入本課學習，也讓教師 更為清楚地了解學生的已有知識水平 客觀公正認識亞里士多德 讓學生對開始得出的結論產(chǎn)生懷疑 鍛煉學生動手能力和觀察分析的能力 通過經(jīng)歷科學探究的過程，加深學生對落體運動特點的理解。提高觀察、分析、總結能力。使學生形成研究分析問題的科學態(tài)度。 培養(yǎng)學生觀察分析能力。 知道自由落體運動的概念。 認識只考慮主要因素而忽略次要因素的研究方法。 體會真理的來之不易 培養(yǎng)學推理能力。 重溫伽利略對自由落體運動的探究過程 鍛煉學生類比分析能力及推理能力 通過介紹讓學生體會到真理的來之不易，學習伽利略對待科學的堅持不懈的精神。體會伽利略的研究過程，了解物理學的基本研究方法。 培養(yǎng)學生數(shù)據(jù)處理能力 活學活用 鍛煉學生的動手能力，通過拓展思考，調動學生繼續(xù)研究的積極性 學以致用 通過小結，培養(yǎng)學生總結、反思習慣。 板書設計 伽利略對自由落體運動的研究 一、對落體運動的兩種不同觀點： 1、 亞里士多德： 2、 伽利略： 導致物體下落快慢的原因：空氣阻力 結論：在沒有空氣阻力的空間，物體下落只受重力的作用時物體下落快慢相同。 二、自由落體運動：只在重力的作用下，物體由靜止開始下落的運動叫自由落體運動。 條件：1、只受重力 2、初速度為0 性質：自由落體運動是初速度為0，加速度為g的勻加速直線運動。 運動學規(guī)律：Vt＝gt h＝gt2/2 三、伽利略的科學方法： 發(fā)現(xiàn)問題——對現(xiàn)象的觀察——提出假設——運用數(shù)學和邏輯手段得出推論——實驗驗證——合理外推——得出結論