2、教學(xué)難點(diǎn)：

(1)當(dāng)無法驗(yàn)證自由落體運(yùn)動(dòng)是初速度為零的勻加速直線運(yùn)動(dòng)時(shí)，如何引導(dǎo)學(xué)生巧妙設(shè)計(jì)斜面實(shí)驗(yàn)間接驗(yàn)證；

(2)引導(dǎo)學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過程中怎樣進(jìn)行合理猜想、數(shù)學(xué)推理、合理外推等重要方法。

1、教學(xué)重點(diǎn)：

通過重現(xiàn)重大發(fā)現(xiàn)的歷史過程，讓學(xué)生親臨其境探究伽利略對(duì)自由落體運(yùn)動(dòng)研究的實(shí)驗(yàn)，學(xué)習(xí)其科學(xué)思維方法和巧妙的實(shí)驗(yàn)構(gòu)思。

2．伽利略的生平簡(jiǎn)介：

1564年2月15日生于意大利西北部的比薩城，父親芬琴齊奧·伽利萊精通音樂理論和聲學(xué)，著有《音樂對(duì)話》一書。1574年全家遷往意大利東部的大城市佛羅倫薩。伽利略自幼受父親的影響，對(duì)音樂、詩歌、繪畫以及機(jī)械興趣極濃；也像他父親一樣，不迷信權(quán)威。17歲時(shí)遵從父命進(jìn)比薩大學(xué)學(xué)醫(yī)，可是對(duì)醫(yī)學(xué)他感到枯燥無味，而在課外聽家族世交、著名學(xué)者O·里奇講歐幾里得幾何學(xué)和阿基米德靜力學(xué)，感到濃厚興趣。后來成為偉大的物理學(xué)家、天文學(xué)家、科學(xué)革命的先驅(qū)，是人類改變世界的大科學(xué)家之一，1642年1月8日病逝，終年78歲。 　 3.大事年表

1581年9月，17歲的伽利略成了比薩大學(xué)的一名學(xué)生。

1583年伽利略開始進(jìn)行擺的實(shí)驗(yàn)。

1586年伽利略寫了《小天平》。這本書使他引起了其他科學(xué)家的關(guān)注，奠定了作為數(shù)學(xué)家的基礎(chǔ)。

1590年伽利略寫了《關(guān)于運(yùn)動(dòng)》一書，此書把他關(guān)于運(yùn)動(dòng)和落體的理論結(jié)合了起來。

1591年伽利略在比薩斜塔上進(jìn)行他的落體實(shí)驗(yàn)。伽利略的父親去世。

1593年伽利略利用斜面開始進(jìn)行加速度的實(shí)驗(yàn)。

1597年德國科學(xué)家開普勒出版了《神秘的宇宙》一書，此書支持哥白尼關(guān)于宇宙的理論。

1604年伽利略確定無疑地證實(shí)了地球不是宇宙的中心。10月，空中出現(xiàn)了一顆超新星，這件事更使伽利略確信亞里士多德關(guān)于宇宙的理論是錯(cuò)誤的。

1609年伽利略作了一架經(jīng)過改革的望遠(yuǎn)鏡，并開始了他的天文觀察。

1610年3月，伽利略出版了他的《星宿的信使》一書。9月，伽利略移居佛羅倫薩，在科西莫大公手下獲得數(shù)學(xué)家職位。

1613年伽利略《關(guān)于太陽黑子以及它們的現(xiàn)象的論證和發(fā)展過程》一書發(fā)表。此書表明了伽利略支持哥白尼的宇宙理論，而不贊成亞里士多德在這方面的論點(diǎn)。

1615年伽利略被傳喚至羅馬，因支持哥白尼而受指控。

1623年伽利略出版了《分析者》一書，在這本書里他對(duì)教會(huì)關(guān)于宇宙的見解提出異議。

1632年2月，伽利略的《關(guān)于兩種世界體系的對(duì)話》一書出版。

8月，教會(huì)下令禁止《對(duì)話》一書的出售。

1633年6月，伽利略被判決有罪。他被判終身監(jiān)禁并關(guān)在牢房里。他的《對(duì)話》和其他著作都被查禁。

伽利略開始撰寫《兩種新科學(xué)的對(duì)話》一書。

1637年伽利略的一只眼睛受到感染，導(dǎo)致失明。

1638年《兩種新科學(xué)的對(duì)話》在荷蘭萊頓出版。

1642年1月8日，77歲的伽利略去世。

1．新的科學(xué)思想和科學(xué)研究方法

在伽利略的研究成果得到公認(rèn)之前，物理學(xué)以至整個(gè)自然科學(xué)只不過是哲學(xué)的一個(gè)分支，沒有取得自己的獨(dú)立地位。當(dāng)時(shí)，哲學(xué)家們束縛在神學(xué)和亞里士多德教條的框框里，他們苦思巧辯，得不出符合實(shí)際的客觀規(guī)律。伽利略敢于向傳統(tǒng)的權(quán)威思想挑戰(zhàn)，不是先臆測(cè)事物發(fā)生的原因，而是先觀察自然現(xiàn)象，由此發(fā)現(xiàn)自然規(guī)律。他摒棄神學(xué)的宇宙觀，認(rèn)為世界是一個(gè)有秩序的服從簡(jiǎn)單規(guī)律的整體，要了解大自然，就必須進(jìn)行系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)定量觀測(cè)，找出它的精確的數(shù)量關(guān)系。

基于這樣的新的科學(xué)思想，伽利略倡導(dǎo)了數(shù)學(xué)與實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的研究方法；這種研究方法是他在科學(xué)上取得偉大成就的源泉，也是他對(duì)近代科學(xué)的最重要貢獻(xiàn)。用數(shù)學(xué)方法研究物理問題，原非伽利略首倡，可以追溯到公元前3世紀(jì)的阿基米德，14世紀(jì)的牛津?qū)W派和巴黎學(xué)派以及15、16世紀(jì)的意大利學(xué)術(shù)界，在這方面都有一定成就，但他們并未將實(shí)驗(yàn)方法放在首位，因而在思想上未能有所突破。伽利略重視實(shí)驗(yàn)的思想可見于1615年他寫給克利斯廷娜公爵夫人的一封信上的話：“我要請(qǐng)求這些聰明細(xì)心的神父?jìng)冋J(rèn)真考慮一下臆測(cè)性的原理和由實(shí)驗(yàn)證實(shí)了的原理二者之間的區(qū)別。要知道，做實(shí)驗(yàn)工作的教授們的主張并不是只憑主觀愿望來決定的�！�

伽利略的數(shù)學(xué)與實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的研究方法，一般來說，分三個(gè)步驟：①先提取出從現(xiàn)象中獲得的直觀認(rèn)識(shí)的主要部分，用最簡(jiǎn)單的數(shù)學(xué)形式表示出來，以建立量的概念；②再由此式用數(shù)學(xué)方法導(dǎo)出另一易于實(shí)驗(yàn)證實(shí)的數(shù)量關(guān)系；③然后通過實(shí)驗(yàn)來證實(shí)這種數(shù)量關(guān)系。他對(duì)落體勻加速運(yùn)動(dòng)規(guī)律的研究便是最好的說明。

很早就有人研究過自由落體運(yùn)動(dòng)的性質(zhì)，比較典型的有古希臘的哲學(xué)家亞里士多德和意大利物理學(xué)家伽利略。

亞里士多德的研究方法：觀察與思考物體下落的快慢由重力大小決定。伽利略的研究方法：巧妙的推理 提出假說 數(shù)學(xué)推理 實(shí)驗(yàn)維 合理外推

伽利略對(duì)自由落體的研究，開創(chuàng)了研究自然規(guī)律的科學(xué)方法：抽象思維、數(shù)學(xué)推導(dǎo)和科學(xué)實(shí)驗(yàn)相結(jié)合。愛因斯坦在《物理學(xué)的進(jìn)化》中這樣評(píng)論：“伽利略的發(fā)現(xiàn)以及所應(yīng)用的科學(xué)的推理方法是人類思想上最偉大的成就之一，而且標(biāo)志著物理學(xué)真正的開端”。

(教師結(jié)合伽利略對(duì)自由落體的研究，通過教師提問學(xué)生回答的方式學(xué)習(xí)伽利略的科學(xué)方法)

問題的提出

教師提問：亞里士多德依據(jù)平常觀察的事實(shí)，是怎樣確定物體下落的快慢什么因素決定的？

亞里士多德通過觀察，在日常生活中，重的物體下落快，輕的物體下落慢。得出結(jié)論：物體下落的快慢是由它們的重量決定的。

教師提出：那么物體下落的快慢與它們的重量有關(guān)系嗎?

提出假設(shè)，邏輯推理。

教師提出：伽利略是怎樣提出假設(shè)，運(yùn)用邏輯推理的?

學(xué)生可能的回答：他假設(shè)大石頭的下落速度為8，小石頭的下落速度為4，當(dāng)我們把兩塊

石頭捆在一起，大石頭會(huì)被小石頭拖的慢下來。但兩塊石頭捆在一起，重量增大，整個(gè)系統(tǒng)下

落的速度應(yīng)該比8大。這樣就出現(xiàn)了矛盾。

　　 教師提問：伽利略提出了什么樣的假設(shè)?

　 學(xué)生可能的回答：假設(shè)大小石頭下落的一樣快。

　 教師補(bǔ)充：猜想落體是一種簡(jiǎn)單的變速運(yùn)動(dòng)，速度可能跟時(shí)間成正比，也可能跟位移成

正比利用數(shù)學(xué)和邏輯進(jìn)行推理，然后實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。

　 教師提問：伽利略經(jīng)過數(shù)學(xué)推導(dǎo)得出速度與時(shí)間成正比，然后通過實(shí)驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證，他是

如何進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證的?

　 ①學(xué)生可能的回答：通過小球的下落運(yùn)動(dòng)，測(cè)出小球的下落速度和時(shí)間。

　 ②他讓小球沿斜面滾下，減小加速度，延長(zhǎng)運(yùn)動(dòng)時(shí)間，便于觀測(cè)。

　 ③他進(jìn)行的是坡度比較小的斜面實(shí)驗(yàn)，后來他就將實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了合理的外推，當(dāng)傾角增大

到90^°，小球的運(yùn)動(dòng)就是自由落體運(yùn)動(dòng)。

　 對(duì)假說進(jìn)行修正和推廣。

　 教師提出：經(jīng)過幾位同學(xué)的回答，問題比較全面了。伽利略完成了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證后，沒有就此

而止，而是進(jìn)一步思考為什么日常生活中，輕的物體下落得比較慢，重的物體下落得比較快。

　 學(xué)生共同回答：因?yàn)榭諝庾枇Γ?/p>

　 教師指出：這就是伽利略為我們創(chuàng)造的一套對(duì)近代科學(xué)的發(fā)展極其有益的科學(xué)方法。后

面的學(xué)習(xí)中我們還要經(jīng)常用到。

老師提出：哪位同學(xué)樂意給大家講一講自己所查到的關(guān)于伽利略和亞里士多德的資料，先說說伽利略吧。

學(xué)生可能的回答：①伽利略全名伽利略·伽利萊，他是文藝復(fù)興后期近代實(shí)驗(yàn)科學(xué)的創(chuàng)始人。1564年伽利略生于意大利的比薩城，1611年，伽利略應(yīng)邀來到羅馬，在羅馬期間，伽利略為了確立新的自然研究法-實(shí)驗(yàn)法的地位，又同教會(huì)的唯心論世界觀進(jìn)行了激烈的斗爭(zhēng)，這就更加激怒了教會(huì)。1632年，他的名著《關(guān)于兩大世界體系的對(duì)話》出版，但立即被教會(huì)列為禁書。1633年6月22日，伽利略受到宗教法庭審判，并被判終身軟禁，成了“宗教裁判判所”的囚徒。1638年，伽利略在荷蘭出版了《關(guān)于兩門新學(xué)科與數(shù)學(xué)證明的談話》一書，對(duì)自己多年來在力學(xué)方面的研究進(jìn)行了總結(jié)。

②他的父親是一位才華出眾的音樂家和教育家。他在科學(xué)上的創(chuàng)造才能，在青年時(shí)代就顯示出來了。當(dāng)他還是比薩大學(xué)醫(yī)科學(xué)生時(shí)，就發(fā)明了能測(cè)量脈搏速率的擺式計(jì)時(shí)裝置。后來他的興趣轉(zhuǎn)向了數(shù)學(xué)和物理學(xué)。

③1581年，17歲的伽利略對(duì)古希臘的物理學(xué)及亞里士多德、埃夫克利德和阿基米德的著作著迷。伽利略在數(shù)學(xué)、天文學(xué)，特別是力學(xué)方面有了很深的造詣，學(xué)術(shù)上成果累累。他通過大量的觀察和實(shí)驗(yàn)總結(jié)出了慣性定律、自由落體運(yùn)動(dòng)規(guī)律和相對(duì)性原理；發(fā)現(xiàn)了單擺振動(dòng)的等時(shí)性原理；用自制的33倍望遠(yuǎn)鏡觀察天象，發(fā)現(xiàn)了一系列令人震驚的天文現(xiàn)象。伽利略將觀察到的天文現(xiàn)象寫成《星際使者》一書，于1610年發(fā)表。書中介紹了月球上的環(huán)狀山脈，無數(shù)星體構(gòu)成的銀河系，金星的盈虧，木星的四顆衛(wèi)星，太陽黑斑等等，從而對(duì)哥白尼的“天體運(yùn)行”論提供了有力的支持，同時(shí)也動(dòng)搖了亞里士多德-托勒密的地心說。

教師對(duì)學(xué)生的回答給予肯定：關(guān)于伽利略的資料收集非常細(xì)致，下面再說說亞里士多德吧。

學(xué)生可能的回答：①作為一位偉大的、百科全書式的科學(xué)家，亞里士多德對(duì)世界的貢獻(xiàn)之大，令人震驚。他至少撰寫了170種著作，其中流傳下來的有47種。他的科學(xué)著作，在那個(gè)年代簡(jiǎn)直就是一本百科全書。但他的成就遠(yuǎn)不止于此。他還是一位真正哲學(xué)家，對(duì)哲學(xué)每個(gè)學(xué)科幾乎都做出了貢獻(xiàn)。亞里士多德集中古代知識(shí)于一身，在他死后幾百年中，沒有一個(gè)人像他那樣對(duì)知識(shí)有過系統(tǒng)考察和全面掌握。他的著作是古代的百科全書。恩格斯稱他是“最博學(xué)的人”。

�、趤喞锸慷嗟伦畲蟮呢暙I(xiàn)在于創(chuàng)立了形式邏輯這一重要分支學(xué)科。邏輯思維是亞里士

多德在眾多領(lǐng)域建樹卓越的支柱。

亞里士多德的思想對(duì)西方文化根本傾向以至內(nèi)容產(chǎn)生了深刻的影響。在上古及中古時(shí)期，他的著作被譯成拉丁文、敘利亞文、阿拉伯文、意大利文、希伯來文、德語和英語。隨著亞里士多德作品的不斷被發(fā)現(xiàn)，中世紀(jì)出現(xiàn)了一個(gè)研究亞里士多德主義的新時(shí)代，學(xué)者們以此作為求得各方面真知識(shí)的基礎(chǔ)。

亞里士多德學(xué)識(shí)淵博，著述頗豐．他對(duì)于當(dāng)時(shí)尚未分類的科學(xué)部門如政治、邏輯、倫理、歷史、物理(自然學(xué)科)、心理學(xué)、美學(xué)、教育學(xué)等均有研究并有獨(dú)到見解，被馬克思譽(yù)為“古代最偉大的思想家”。

③亞里士多德是古希臘又一位偉大的教育思想家，建立了包括自然學(xué)科在內(nèi)的百科全書式的課程體系，提出了注重實(shí)踐的良好措施，為后人留下了一筆包羅宏富的教育遺產(chǎn)。亞里士多德顯示了希臘科學(xué)的一個(gè)轉(zhuǎn)折點(diǎn)。在他以前，科學(xué)家和哲學(xué)家都力求提出一個(gè)完整的世界體系，來解釋自然現(xiàn)象．他是最后一個(gè)提出完整世界體系的人。在他以后，許多科學(xué)家放棄提出完整體系的企圖，轉(zhuǎn)入研究具體問題。

　教師指出：物理教科書上，亞里士多德給同學(xué)們的形象不妙、他老是出錯(cuò)，老是作出一些輕率的結(jié)論。同學(xué)們覺得亞里士多德實(shí)在太不高明而伽利略則比他偉大于百倍。事實(shí)上，亞里士多德是古代一位偉大的學(xué)者，一位百科全書式的大學(xué)問家，有幾乎無所不及的思想成。我們應(yīng)該正確的、全面的去認(rèn)識(shí)一位科學(xué)家。伽利略創(chuàng)造了一套對(duì)近代科學(xué)的發(fā)展極為有益的科學(xué)方法，從而糾正了亞里士多德在物理上犯的一些錯(cuò)誤。

6.C　 7.0.02s　 8. 用a 表示跳蚤起跳的加速度，v表示離地時(shí)的速度，則對(duì)加速過程和離地后上升過程分別有v²=2ad₂　 、 v²=2gh₂ ， 若假想人具有和跳蚤相同的加速度a,令V表示在這種假想下人離地時(shí)的速度,H 表示與此相應(yīng)的豎直高度,則對(duì)加速過程和離地后上升過程分別有V²=2ad₁ 　、　 V²=2gH　 ，由以上各式可得H=h₂d₁/d₂　 ， 代人數(shù)值得: H=63m

1.速度;2.AC; 3. (1)D;(2)B; 4.提出假設(shè);通過實(shí)驗(yàn)對(duì)結(jié)論進(jìn)行檢驗(yàn) 5.伽利略；牛頓；愛因斯坦； 伽利略：建立了落體理論；牛頓：發(fā)現(xiàn)了萬有引力；愛因斯坦：創(chuàng)立了相對(duì)論　　

8．原地起跳時(shí)，先屈腿下蹲，然后突然蹬地。從開始蹬地到離地是加速過程(視為勻加速)

加速過程中重心上升的距離稱為“加速距離”。離地后重心繼續(xù)上升，(此過程運(yùn)動(dòng)特征視為自由落體運(yùn)動(dòng)的逆過程)在此過程中重心上升的最大距離稱為“豎直高度”�，F(xiàn)有下列數(shù)據(jù)：人原地上跳的“加速距離”，“豎直高度”；跳蚤原地上跳的“加速距離”，“豎直高度”。假想人具有與跳蚤相等的起跳加速度，而“加速距離”仍為0.50m，則人上跳的“豎直高度”是多少？

§2.5伽利略對(duì)自由落體運(yùn)動(dòng)的研究