张渚高级中学 高一物理备课组
导学天地
学习要求
基本要求 | 2.知道伽利略在运动学上的主要贡献. 3.认识伽利略利用斜面研究自由落体运动所蕴含的思想方法. |
发展要求 | |
说明 | 不要求掌握伽利略对自由落体进行实验研究的具体细节. |
学法指导
通过前几节的学习，已经掌握了匀变速直线运动的规律，自由落体运动是匀加速直线运动，关
于匀加速直线运动的公式和推论都适用于自由落体运动，常用的解析法、图象法、比例法、极值法、逆向思维法等也是研究有关自由落体运动常用的方法.本节要求体验科学研究的方法，了解伽利略科学研究过程的基本要素，重点是在掌握匀变速直线运动规律的基础上，会在自由落体运动这一实际问题中应用其研究的方法和运动的规律.
自主学习
知识梳理 | 自主探究 |
1.绵延两千年的错误 2.逻辑的力量 （1）伽利略利用逻辑推理的方法对亚里士多德的论断进行了推断，得出了____________的结论，使亚里士多德的理论陷入了困境. （2）伽利略对落体现象提出了一种新的观点：重物与轻物下落得____________. 3.伽利略的假说与实验验证 （1）伽利略猜想落体运动是一种____________运动，这种运动的速度应该是____________变化的. （2）伽利略让小球从斜面的不同位置由静止滚下，得出小球滚下的_________与__________成正比，即速度均匀变化.当倾角等于90°，即物体竖直下落时，____________与____________仍成正比，即速度是均匀变化的，得到了落体运动的规律. 4.伽利略的科学方法 伽利略科学思想方法的核心是把____________和____________（包括数学推演）和谐地结合起来，从而有力地推进了人类科学认识的发展. | 1.你对亚里士多德的观点是怎样认识的？ 2.伽利略怎样证明了亚里士多德的观点是错误的？ 3.如何认识伽利略的科学法？ 4.亚里士多德根据观察到的表面现象，得出了错误结论，给了我们什么启示？ |
理解升华
重点、难点、疑点解析
1.如何认识亚里士多德的观点
亚里士多德是世界历史上了不起的人物，对科学界有很大贡献.他对自由落体运动的认识代表了人类对自由落体运动的初步探索，我们应这样看待亚里士多德的观点：第一，是人类在落体运动研究上，迈出的第一步，有很大进步性；第二，是错误的；第三，统治了两千年.
特别提醒：亚里士多德对科学现象的论断，有很多都是错误的，但我们不能因此而否定亚里士多德对人类科学发展所作出的巨大贡献.
2.如何认识伽利略的科学方法
伽利略第一次把实验和逻辑推理（包括数学推演）和谐地结合了起来，打开了近代科学的大门.以前的学者只注重思辨，不注重实验.尊重事实，敢于质疑权威是创新的必备素质.伽利略把自己的科学方法付诸应用，成功地解决了自由落体运动的运动性质问题，其中有观察、有猜想、有实验、有逻辑（包括数学推演）.他的方法为后人所采用，创造了科学的奇迹.
3.伽利略的研究方法
（1）运用“归谬法”否定了亚里士多德关于重的物体下落快、轻的物体下落慢的论断.
（2）提出自由落体运动是一种最简单的变速运动（匀变速运动）的假说.
（3）由于不能用实验直接验证自由落体运动是匀变速运动，伽利略采用了间接验证的方法：
①通过数学运算得出初速度为零的匀变速直线运动符合x∝t2.
②a.利用斜面实验测出小球沿斜面向下的运动符合x∝t2，是匀变速直线运动.
b.不同质量的小球沿同一倾角的斜面运动，的值不变，说明它们的运动情况相同.
c.不断增大斜面倾角，得出的值随之增大，说明小球做匀加速直线运动的加速度随倾角的增大而增大.
d.伽利略将斜面实验结果外推到斜面倾角增大到90°的情况，即小球自由下落，认为小球仍会
保持匀变速直线运动的性质.
伽利略对自由落体运动的研究，开创了研究自然规律的科学方法—抽象思维、数学推导和科学实验相结合，这种方法到现在仍然一直是物理学乃至整个自然科学最基本的研究方法，不但标志着物理学的真正开端，也有力地推进了人类科学认识的发展，近代科学研究的大门从此打开.
例题剖析
应用点一：伽利略对自由落体运动的研究
例1：用自己话说明伽利略对自由落体运动的研究过程.
点评：伽利略的科学推理方法，是人类思想史上最伟大的成就之一，是物理学真正开端的标志，他开创的科学方法，给科学带来了极其深远的影响.
拓展练习1－1：请仔细回顾伽利略研究落体运动的全过程，把他的每一步骤列出来，并说明哪一步骤是提出问题，哪一步骤是数学推理，哪一步骤是实验验证，等等.再讨论一下，在一般物理问题的研究过程中，是否都需要经历这些步骤？
应用点二：对落体运动的认识
例2：（2006年上海一模）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.
在一高塔顶端同时释放一片羽毛和一个玻璃球，玻璃球先于羽毛落到地面，这主要是因为（ ）
A.它们的重量不同 B.它们的密度不同
C.它们的材料不同 D.它们受到的空气阻力不同
试解：____________.（做后再看答案，效果更好.）
点评：影响物体下落快慢的主要因素是阻力，在没有阻力或阻力可不计的情况下，物体下落的快慢程度是一样的，即物体做自由落体运动.
拓展练习2－1： 在上题中，若在塔顶端同时释放体积大小相等的实心铁球和空心铁球，下列说法中正确的是（ ）
A.它们受到的空气阻力不等 B.忽略空气阻力，它们的加速度相等
C.忽略空气阻力，它们落地的速度不等 D.忽略空气阻力，它们下落的时间相等
演练广场
夯实基础
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.伽利略 B.亚里士多德 C.牛顿 D.爱因斯坦
2.亚里士多德的命题“重的物体下落快，轻的物体下落慢”失误的根源在于他（ ）
A.不注意观察自然现象 B.对此没有做深刻的逻辑思辨
C.对此没有进行科学实验 D.对此没有进行归纳和总结
3.在学习物理知识的同时，还应当十分注意学习物理学研究问题的思想和方法，从一定意义上说，后一点甚至更重要.伟大的物理学家伽利略的研究方法对于后来的科学研究具有重大的启蒙作用，至今仍然具有重要意义.请你回顾伽利略探究物体下落规律的过程，判定下列哪个过程是伽俐略的探究过程（ ）
A.猜想—问题—数学推理—实验验证—合理外推—得出结论
B.问题—猜想—实验验证—数学推理—合理外推—得出结论
C.问题—猜想—数学推理—实验验证—合理外推—得出结论
D.猜想—问题—实验验证—数学推理—合理外推—得出结论
想飞的自由落体4.伽利略用实验验证v∝t的最大困难是（ ）
A.不能很准确地测定下落的距离 B.不能测出下落物体的瞬时速度
C.当时没有测量时间的仪器 D.当时没有记录落体运动的数码相机
5.一个铁钉和一团棉花同时从同一高处下落，总是铁钉先落地，这是因为（ ）
A.铁钉比棉花团重 B.棉花团受到的空气阻力不能忽略
C.铁钉不受空气阻力 D.铁钉的重力加速度比棉花团的大
6.根据伽利略的猜想x∝t2可知，自由下落的物体，它下落一半路程所用的时间和全程所用的时间之比（ ）
A. B.2 C. D.
能力提升
7.历史上，对于伽利略用斜面实验验证v∝t有许多争议.人们认为，他的时间测量不够准确；斜面上的小球是滚下来的，而做落体运动的小球没有滚动.你认为伽利略的实验还存在哪些问题？请提出来并加以讨论.
8.思考发生在我们身边的物体下落运动，哪些能看作自由落体运动？哪些不能看作自由落体运动？什么情况下物体的下落可看作自由落体运动？
9.物理学家曾评选出十个最美的物理实验.这种“美”是一种经验概念：最简单的仪器和设备，最根本、最单纯的科学结论.其实，科学美蕴藏于各科的实验之中，有待于我们在学习过程中不断地感悟和发现.
伽利略的自由落体实验和加速度实验均被评为最美的实验.
在加速度实验中，伽利略将光滑直木板槽倾斜固定，让铜球从木槽顶端沿斜面由静止滑下，并用水钟测量铜球每次下滑的时间，研究铜球的运动路程与时间的关系.亚里士多德曾预言铜球的运动速度是均匀不变的.伽利略却证明铜球运动的路程与时间的平方成正比.请将亚里士多德的预言和伽利略的结论分别用公式表示（其中路程用x、速度用v、加速度用a、时间用t表示）.亚里士多德的预言：____________；伽利略的结论：____________.
伽利略的两个实验之所以成功，主要原因是在自由落体实验中，忽略了空气阻力，抓住了重力这一主要因素.在加速度实验中，伽利略选用光滑直木板槽和铜球进行实验研究铜球运动，是为了减小铜球运动过程中的____________，同时抓住____________这一主要因素.
拓展阅读
伽利略与自由落体实验
伽利略是意大利著名的数学家、物理学家和天文学家，1564年2月15日生于比萨一个没落贵族的家庭.他曾担任比萨大学和帕多瓦大学的数学教授，并在执教之余从事科研活动.他认真研究了斜面运动、抛物体运动、力的合成和单摆的等时性，提出了物体的抛物线下落定律.此外还在天文学领域取得巨大成就.由于他支持和发展了哥白尼的学说，被罗马宗教裁判以宣传异端罪判处终身监禁.1642年伽利略含冤去世.1979年，罗马教廷为伽利略平反昭雪.
伽利略在比萨斜塔上做落体实验的故事广为人知.他在比萨大学任教期间，仔细研读过希腊著名学者亚里士多德的《论天》等著作，并对书中的“物体落下的速度与重量成正比”的理论产生怀疑.为此，他与几个学生在56米高的比萨斜塔上反复实验.结果证明他的结论是正确的.后来，伽利略贴出海报，邀请所有的师生到斜塔下观看他的实验.他的几个学生拿着计时用的沙漏和各种不同重量的铁球及其他实验用品，登上斜塔.伽利略向站在塔上的学生发出信号，学生们立即让物体落下，计算结果仍然证明：不同重量的物体，从同一高处下落，只要所受到的空气阻力和风力等条件相同，就会同时落地.这就是自由落体定律.伽利略的理论为后来科学的发展奠定了基础，“牛顿运动定律”及“万有引力定律”就是在伽利略科学理论的基础上进一步研究得出的.
读后一题：伽利略的主要贡献有哪些？
答案：他认真研究了斜面运动、抛物体运动、力的合成和单摆的等时性，提出了物体的抛物线下落定律.此外还在天文学领域取得巨大成就.并开创了用实验为手段研究物理的新方法.
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