高中物理人教版必修1教案：2-6伽利略对自由落体运动的研究

高中物理人教版必修1教案：2-6伽利略对自由落体运动的研究

［教学目标］ 一、教学目标： 1、了解伽利略对自由落体运动的研究思路和方法； 2、能够合理设计实验，并将实验数据用图线法处理。 二、过程和方法： ［教学重点］ 通过重现重大发现的历史过程，让学生亲临其境探究伽利略对自由落体运动研究的实验， 学习其科学思维方法和巧妙的实验构思。 ［教学难点］ 1、当无法验证自由落体运动是初速度为零的匀加速直线运动时，如何引导学生巧妙设计 斜面实验间接验证；[来源:Zxxk.Com] 2、引导学生在实验过程中怎样进行合理猜想、数学推理、合理外推等重要方法。 ［教学过程］ 一、复习导入 1、教师提问：我们在上一节课已经学习了自由落体运动，我们知道： （1）定义？（物体只在重力作用下从静止开始下落的运动） （2）实质？（初速度为 0 的匀加速直线运动） 2、教师指出：纸张比石头下落得慢是由于空气阻力的影响，但使人误以为“重物比轻物 下落得快”。这正是统治了两千多年的亚里士多德的观点。 教师：大家回忆一下，初中有篇课文《两个铁球同时着地》，有谁能描述故事的主要内容？ 运用上节课知识如何解释同时着地？ 学生描述并解释。（由 H = gt2 t= ,H 相同，t 相同） 教师:但是,当时还不知自由落体运动是初速度为 0 的匀加速直线运动,所以不能用此公 式。那伽利略是如何指出亚里士多德的错误,建立自己的观点呢？ 二、假设猜想: 先假设亚里士多德的观点是对的。则设大石头下落的速度为 8，小石头下落的速度为 4， 捆在一起，大石头被小石头拖着会变慢，系统速度应小于 8；但总重量比大石头还重，故系统 速度应小于8，自相矛盾。因为只有一种可能：重物和轻物应该下落得一样快，自由落体运动 应该是最简单的运动。猜想 v∝x 和 v∝t 两种可能性，但经过推理只有 v∝t。如果能够用实 验证明，则自由落体运动是初速度为 0 的匀加速直线运动。 三、实验验证： 1、设计方案： 教师：根据上述的猜想，请各小组分析讨论，应该怎样验证上述猜想。 学生活动：各小组展开设计和讨论，进行指导。 教师提问：在当时的实验条件下，能否设计实验直接验证 v∝t 呢？ 学生回答：当时 v 还未定义，更无法测v 的大小了。[来源:学,科,网 Z,X,X,K] 教师：对！当我们无法直接验证时，我们怎样想法子呢？ 学生讨论得：实际我们验证 v∝t 无非是来证明自由落体运动是初速度为 0 的匀加速直线 运动，转化为验证 x∝t2 问题便解决了。 教师又问：t 的测量当时用“滴水计时“，落体运动速度快，这 样测 量误差大 ，怎样解 决这个问题 ？ 学 生讨论得：先研究物体在斜面运动，此时物体运动速度变慢。让小车多次从同一起点 滚动到斜面不同终点的位移和所用时间平方的比值 x/t2 是否保持不变，如下图： 即能否观察到： x1/t12=x2/t22=x3/t32=……… 如果不断增大倾角，上述比例关系同样成立， 只是这个常数的值随着θ的增大而增大。 再合理外推到 90 度，此时便成自由 落体运动了。 2、实验验证： 教师巡视。并将全班分成四个小组，[来源:学#科#网 Z#X#X#K] 每个小组的倾斜角不同，会发现用秒表  S3 S2 S1 计时太难，换用磁控电子秒表， 并介绍其用法。借此说明伽利略做此实验的仔细程度，对学生适当进行思想教育。最终实验 如右图： 小车上固定一个磁铁。 第一个磁控开关置于小车 起始运动的位置，第二个 磁控开关置于平板中央。 小车一开始运动就作用于 第一个磁控开关，使秒表 开始计时，经过第二个磁 控开关，秒表停止计时， 并显示小车从静止运动到 第二个磁控开关的时间 t1,量出两磁控开关之间的距离 x1。 改变第二个磁控开关的位置，重复上述实验（注意保持小车开始运动的位置和第一个磁控开 关位置始终不变），得出相应的 t2x2t3x3……。并将记如下面表格比较 x / t2 是否 相等； θ 或建立 s-t2 坐标系如下： 1 2 3 4 5[来源:学科 网 ZXXK] x(cm) t(s) t2( s2) x/ t2 [来源:学.科.网] S/cm t2/s20 a=2tanθ 磁铁 电子秒表 实验桌 斜板 ：