2、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；

(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。

1、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。

2．伽利略的生平简介：

1564年2月15日生于意大利西北部的比萨城，父亲芬琴齐奥·伽利莱精通音乐理论和声学，著有《音乐对话》一书。1574年全家迁往意大利东部的大城市佛罗伦萨。伽利略自幼受父亲的影响，对音乐、诗歌、绘画以及机械兴趣极浓；也像他父亲一样，不迷信权威。17岁时遵从父命进比萨大学学医，可是对医学他感到枯燥无味，而在课外听家族世交、著名学者O·里奇讲欧几里得几何学和阿基米德静力学，感到浓厚兴趣。后来成为伟大的物理学家、天文学家、科学革命的先驱，是人类改变世界的大科学家之一，1642年1月8日病逝，终年78岁。 　 3.大事年表

1581年9月，17岁的伽利略成了比萨大学的一名学生。

1583年伽利略开始进行摆的实验。

1586年伽利略写了《小天平》。这本书使他引起了其他科学家的关注，奠定了作为数学家的基础。

1590年伽利略写了《关于运动》一书，此书把他关于运动和落体的理论结合了起来。

1591年伽利略在比萨斜塔上进行他的落体实验。伽利略的父亲去世。

1593年伽利略利用斜面开始进行加速度的实验。

1597年德国科学家开普勒出版了《神秘的宇宙》一书，此书支持哥白尼关于宇宙的理论。

1604年伽利略确定无疑地证实了地球不是宇宙的中心。10月，空中出现了一颗超新星，这件事更使伽利略确信亚里士多德关于宇宙的理论是错误的。

1609年伽利略作了一架经过改革的望远镜，并开始了他的天文观察。

1610年3月，伽利略出版了他的《星宿的信使》一书。9月，伽利略移居佛罗伦萨，在科西莫大公手下获得数学家职位。

1613年伽利略《关于太阳黑子以及它们的现象的论证和发展过程》一书发表。此书表明了伽利略支持哥白尼的宇宙理论，而不赞成亚里士多德在这方面的论点。

1615年伽利略被传唤至罗马，因支持哥白尼而受指控。

1623年伽利略出版了《分析者》一书，在这本书里他对教会关于宇宙的见解提出异议。

1632年2月，伽利略的《关于两种世界体系的对话》一书出版。

8月，教会下令禁止《对话》一书的出售。

1633年6月，伽利略被判决有罪。他被判终身监禁并关在牢房里。他的《对话》和其他著作都被查禁。

伽利略开始撰写《两种新科学的对话》一书。

1637年伽利略的一只眼睛受到感染，导致失明。

1638年《两种新科学的对话》在荷兰莱顿出版。

1642年1月8日，77岁的伽利略去世。

1．新的科学思想和科学研究方法

在伽利略的研究成果得到公认之前，物理学以至整个自然科学只不过是哲学的一个分支，没有取得自己的独立地位。当时，哲学家们束缚在神学和亚里士多德教条的框框里，他们苦思巧辩，得不出符合实际的客观规律。伽利略敢于向传统的权威思想挑战，不是先臆测事物发生的原因，而是先观察自然现象，由此发现自然规律。他摒弃神学的宇宙观，认为世界是一个有秩序的服从简单规律的整体，要了解大自然，就必须进行系统的实验定量观测，找出它的精确的数量关系。

基于这样的新的科学思想，伽利略倡导了数学与实验相结合的研究方法；这种研究方法是他在科学上取得伟大成就的源泉，也是他对近代科学的最重要贡献。用数学方法研究物理问题，原非伽利略首倡，可以追溯到公元前3世纪的阿基米德，14世纪的牛津学派和巴黎学派以及15、16世纪的意大利学术界，在这方面都有一定成就，但他们并未将实验方法放在首位，因而在思想上未能有所突破。伽利略重视实验的思想可见于1615年他写给克利斯廷娜公爵夫人的一封信上的话：“我要请求这些聪明细心的神父们认真考虑一下臆测性的原理和由实验证实了的原理二者之间的区别。要知道，做实验工作的教授们的主张并不是只凭主观愿望来决定的。”

伽利略的数学与实验相结合的研究方法，一般来说，分三个步骤：①先提取出从现象中获得的直观认识的主要部分，用最简单的数学形式表示出来，以建立量的概念；②再由此式用数学方法导出另一易于实验证实的数量关系；③然后通过实验来证实这种数量关系。他对落体匀加速运动规律的研究便是最好的说明。

很早就有人研究过自由落体运动的性质，比较典型的有古希腊的哲学家亚里士多德和意大利物理学家伽利略。

亚里士多德的研究方法：观察与思考物体下落的快慢由重力大小决定。伽利略的研究方法：巧妙的推理 提出假说 数学推理 实验维 合理外推

伽利略对自由落体的研究，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。爱因斯坦在《物理学的进化》中这样评论：“伽利略的发现以及所应用的科学的推理方法是人类思想上最伟大的成就之一，而且标志着物理学真正的开端”。

(教师结合伽利略对自由落体的研究，通过教师提问学生回答的方式学习伽利略的科学方法)

问题的提出

教师提问：亚里士多德依据平常观察的事实，是怎样确定物体下落的快慢什么因素决定的？

亚里士多德通过观察，在日常生活中，重的物体下落快，轻的物体下落慢。得出结论：物体下落的快慢是由它们的重量决定的。

教师提出：那么物体下落的快慢与它们的重量有关系吗?

提出假设，逻辑推理。

教师提出：伽利略是怎样提出假设，运用逻辑推理的?

学生可能的回答：他假设大石头的下落速度为8，小石头的下落速度为4，当我们把两块

石头捆在一起，大石头会被小石头拖的慢下来。但两块石头捆在一起，重量增大，整个系统下

落的速度应该比8大。这样就出现了矛盾。

　　 教师提问：伽利略提出了什么样的假设?

　 学生可能的回答：假设大小石头下落的一样快。

　 教师补充：猜想落体是一种简单的变速运动，速度可能跟时间成正比，也可能跟位移成

正比利用数学和逻辑进行推理，然后实验验证。

　 教师提问：伽利略经过数学推导得出速度与时间成正比，然后通过实验进行验证，他是

如何进行实验验证的?

　 ①学生可能的回答：通过小球的下落运动，测出小球的下落速度和时间。

　 ②他让小球沿斜面滚下，减小加速度，延长运动时间，便于观测。

　 ③他进行的是坡度比较小的斜面实验，后来他就将实验进行了合理的外推，当倾角增大

到90^°，小球的运动就是自由落体运动。

　 对假说进行修正和推广。

　 教师提出：经过几位同学的回答，问题比较全面了。伽利略完成了实验验证后，没有就此

而止，而是进一步思考为什么日常生活中，轻的物体下落得比较慢，重的物体下落得比较快。

　 学生共同回答：因为空气阻力．

　 教师指出：这就是伽利略为我们创造的一套对近代科学的发展极其有益的科学方法。后

面的学习中我们还要经常用到。

老师提出：哪位同学乐意给大家讲一讲自己所查到的关于伽利略和亚里士多德的资料，先说说伽利略吧。

学生可能的回答：①伽利略全名伽利略·伽利莱，他是文艺复兴后期近代实验科学的创始人。1564年伽利略生于意大利的比萨城，1611年，伽利略应邀来到罗马，在罗马期间，伽利略为了确立新的自然研究法-实验法的地位，又同教会的唯心论世界观进行了激烈的斗争，这就更加激怒了教会。1632年，他的名著《关于两大世界体系的对话》出版，但立即被教会列为禁书。1633年6月22日，伽利略受到宗教法庭审判，并被判终身软禁，成了“宗教裁判判所”的囚徒。1638年，伽利略在荷兰出版了《关于两门新学科与数学证明的谈话》一书，对自己多年来在力学方面的研究进行了总结。

②他的父亲是一位才华出众的音乐家和教育家。他在科学上的创造才能，在青年时代就显示出来了。当他还是比萨大学医科学生时，就发明了能测量脉搏速率的摆式计时装置。后来他的兴趣转向了数学和物理学。

③1581年，17岁的伽利略对古希腊的物理学及亚里士多德、埃夫克利德和阿基米德的著作着迷。伽利略在数学、天文学，特别是力学方面有了很深的造诣，学术上成果累累。他通过大量的观察和实验总结出了惯性定律、自由落体运动规律和相对性原理；发现了单摆振动的等时性原理；用自制的33倍望远镜观察天象，发现了一系列令人震惊的天文现象。伽利略将观察到的天文现象写成《星际使者》一书，于1610年发表。书中介绍了月球上的环状山脉，无数星体构成的银河系，金星的盈亏，木星的四颗卫星，太阳黑斑等等，从而对哥白尼的“天体运行”论提供了有力的支持，同时也动摇了亚里士多德-托勒密的地心说。

教师对学生的回答给予肯定：关于伽利略的资料收集非常细致，下面再说说亚里士多德吧。

学生可能的回答：①作为一位伟大的、百科全书式的科学家，亚里士多德对世界的贡献之大，令人震惊。他至少撰写了170种著作，其中流传下来的有47种。他的科学著作，在那个年代简直就是一本百科全书。但他的成就远不止于此。他还是一位真正哲学家，对哲学每个学科几乎都做出了贡献。亚里士多德集中古代知识于一身，在他死后几百年中，没有一个人像他那样对知识有过系统考察和全面掌握。他的著作是古代的百科全书。恩格斯称他是“最博学的人”。

　②亚里士多德最大的贡献在于创立了形式逻辑这一重要分支学科。逻辑思维是亚里士

多德在众多领域建树卓越的支柱。

亚里士多德的思想对西方文化根本倾向以至内容产生了深刻的影响。在上古及中古时期，他的著作被译成拉丁文、叙利亚文、阿拉伯文、意大利文、希伯来文、德语和英语。随着亚里士多德作品的不断被发现，中世纪出现了一个研究亚里士多德主义的新时代，学者们以此作为求得各方面真知识的基础。

亚里士多德学识渊博，著述颇丰．他对于当时尚未分类的科学部门如政治、逻辑、伦理、历史、物理(自然学科)、心理学、美学、教育学等均有研究并有独到见解，被马克思誉为“古代最伟大的思想家”。

③亚里士多德是古希腊又一位伟大的教育思想家，建立了包括自然学科在内的百科全书式的课程体系，提出了注重实践的良好措施，为后人留下了一笔包罗宏富的教育遗产。亚里士多德显示了希腊科学的一个转折点。在他以前，科学家和哲学家都力求提出一个完整的世界体系，来解释自然现象．他是最后一个提出完整世界体系的人。在他以后，许多科学家放弃提出完整体系的企图，转入研究具体问题。

　教师指出：物理教科书上，亚里士多德给同学们的形象不妙、他老是出错，老是作出一些轻率的结论。同学们觉得亚里士多德实在太不高明而伽利略则比他伟大于百倍。事实上，亚里士多德是古代一位伟大的学者，一位百科全书式的大学问家，有几乎无所不及的思想成。我们应该正确的、全面的去认识一位科学家。伽利略创造了一套对近代科学的发展极为有益的科学方法，从而纠正了亚里士多德在物理上犯的一些错误。

6.C　 7.0.02s　 8. 用a 表示跳蚤起跳的加速度，v表示离地时的速度，则对加速过程和离地后上升过程分别有v²=2ad₂　 、 v²=2gh₂ ， 若假想人具有和跳蚤相同的加速度a,令V表示在这种假想下人离地时的速度,H 表示与此相应的竖直高度,则对加速过程和离地后上升过程分别有V²=2ad₁ 　、　 V²=2gH　 ，由以上各式可得H=h₂d₁/d₂　 ， 代人数值得: H=63m

1.速度;2.AC; 3. (1)D;(2)B; 4.提出假设;通过实验对结论进行检验 5.伽利略；牛顿；爱因斯坦； 伽利略：建立了落体理论；牛顿：发现了万有引力；爱因斯坦：创立了相对论　　

8．原地起跳时，先屈腿下蹲，然后突然蹬地。从开始蹬地到离地是加速过程(视为匀加速)

加速过程中重心上升的距离称为“加速距离”。离地后重心继续上升，(此过程运动特征视为自由落体运动的逆过程)在此过程中重心上升的最大距离称为“竖直高度”。现有下列数据：人原地上跳的“加速距离”，“竖直高度”；跳蚤原地上跳的“加速距离”，“竖直高度”。假想人具有与跳蚤相等的起跳加速度，而“加速距离”仍为0.50m，则人上跳的“竖直高度”是多少？

§2.5伽利略对自由落体运动的研究