高中物理 伽利略对自由落体运动的研究教案

高中物理 伽利略对自由落体运动的研究教案（共8篇）

篇1：高中物理 伽利略对自由落体运动的研究教案

主题： 2.6 伽利略对自由落体运动的研究 编辑：

【目标要求】

了解落体运动研究的史实，了解逻辑推理的特色，理解任何猜想和假说都须要有实验验证的重要性。【巩固教材－稳扎稳打】

1．关于自由落体运动，下列说法正确的是

（）A．某段时间的平均速度等于这段时间初速度与末速度和的一半 B．某段位移的平均速度等于这段时间初速度与末速度和的一半 C．在任何相等时间内速度变化相同 D．在任何相等时间内位移变化相同

2．自由落体运动在任何两个相邻的1s内，位移的增量为

（）A．1m

B．5m

C．10m

D．不能确定

3．甲物体的重量比乙物体大5倍，甲从H高处自由落下，乙从2H高处与甲物体同时自由落下，在它们落地之前，下列说法中不正确的是

（）A．两物体下落过程中，在同一时刻甲的速度比乙的速度大 B．下落1s末，它们的速度相同

C．各自下落1m时，它们的速度相同

D．下落过程中甲的加速度比乙的加速度大 4．一物体从H高处自由下落，经ts落地，则当它下落A．

t时，离地高度是

（）2H

23H

4B．

H 4D．C．

3H 2【重难突破—重拳出击】

1．长为5m的竖直杆下端距离一竖直隧道口为5m，若这个隧道长也为5m，让这根杆自由下落，它通过隧道的时间为

（）A．3s

B．(31)s

C．(31)s

D．(21)s

2．图2-14将小球竖直向上抛出后，能正确表示其速率v随时间t的变化关系图线是

()

图2-14 3．甲、乙两物体所受重力之比为1：2，甲、乙两物体所在的位置高度之比为2：1，它们都做自由落体运动，则下列说法中正确的是

（）A．落地的速度之比是2：1

B．落地时的速度之比是1：1 C．下落过程中的加速度之比是1：2

D．下落过程中加速度之比是1：1 4．如图2—15小球自由下落过程的相片，每两次闪光时间间隔为

1s,A、b、c、d是四个30相邻位置。由此实验结果可得知，重力加速度的数值是()2图2—15 A.9.86m/sB．9.78m/s 2 2C.9.70m/s D．9.92 m/s

5．石块A自塔顶自由落下s1时，石块B自离塔顶s2处自由落下，两石块同时落地．则塔高为

()A．s1+s2；

(s1s2)2B．

4s1(s1s2)2D．

s1s2s1C．

4(s1s2)

6．如图2-16所示，可以表示两个做自由落体运动的物体同时落地的速度－时间图象的是（t0表示落地时间）

（）

图2-16 2.6 伽利略对自由落体运动的研究

【巩固教材－稳扎稳打】1.AC

2.C

3.AD

4.B

【重难突破—重拳出击】 1.B

2.D

3.D 4.A 5.B 6．D

篇2：高中物理 伽利略对自由落体运动的研究教案

2.5 伽利略对自由落体运动的研究

★新课标要求

（一）知识与技能

了解落体运动研究的史实，了解逻辑推理的特色，理解任何猜想和假说都须要有实验验证的重要性。

（二）过程与方法

通过史实了解伽利略研究自由落体规律的过程，体会其推理方法的奥妙，同时了解猜想的必要性，感受探究规律的几个必要过程和科学方法的重要性，了解体会一些科学的方法。

（三）情感、态度与价值观

通过了解史实能培养同学们的意志和科学的方法观，避免盲目和急功近利思想，提高自己的认识观。★教学重点

了解探索过程，明确探索的步骤，同时了解实验及科学的思维方法在探究中的重要作用，从中提炼自己的学习方法。★教学难点

“观念－思考－推理－猜想－验证” 是本节的重点思路，也是培养良好思维习惯的重要参考。★教学方法

教师启发、引导，学生阅读教材，讨论、交流。★教学过程

（一）引入新课

我们已经学习了自由落体运动，知道了物体下落的快慢与物体的质量无关。这一正确认识却经历了曲折而又漫长的历史过程。这节课我们就来学习有关的史实知识，了解科学家是怎样研究落体运动的。

（二）进行新课

1、历史的错误：关于下落物体快慢 课件展示：《亚氏观点》

教师活动：引导学生阅读教材

石块上升到最高点所用的时间为：

tv02s g2 s前石块第一次通过“离抛出点15 m处”；2 s时石块到达最高点，速度变为零，随后石块开始做自由落体运动，会第二次经过“离抛出点15 m处”；当石块落到抛出点下方时，会第三次经过“离抛出点15m处”。这样此题应有三解。

当石块在抛出点上方距抛出点15m处时取向上为正方向，则位移x = +15m，a=10 m/s2，代入公式

xv0t12at 2得：1520t1(10)t2 2解得

t1=1 s；t2=3 s t1=1 s对应着石块上升时到达“离抛出点15 m处”时所用的时间，而t2=3 s则对应着从最高点往回落时第二次经过“离抛出点15 m处”时所用的时间。

由于石块上升的最大高度H=20m，所以，石块落到抛出点下方“离抛出点15m处”时，自由下落的总高度为HOB=20m+15m=35m，下落此段距离所用的时间

t2HOB2357s g10石块从抛出到第三次经过“离抛出点15m处”时所用的时间为：t3=2 s+7s=(2+7)s

★课余作业

复习全章内容，准备章节测验。★教学体会

思维方法是解决问题的灵魂，是物理教学的根本；亲自实践参与知识的发现过程是培养学生能力的关键，离开了思维方法和实践活动，物理教学就成了无源之水、无本之木。学生素质的培养就成了镜中花，水中月。

篇3：高中物理 伽利略对自由落体运动的研究教案

一、注重教育理念的更新

高中物理课程总目标提出:“让学生学习终身发展必备的物理基础知识和技能, 了解这些知识与技能在生活、生产中的应用, 关注科学技术的现状及发展趋势。学习科学探究方法, 发展自主学习能力, 养成良好的思维习惯, 能运用物理知识和科学探究方法解决一些问题。发展好奇心与求知欲, 发展科学探索兴趣, 有坚持真理、勇于创新、实事求是的科学态度与科学精神, 有振兴中华, 将科学服务于人类的社会责任感。了解科学与技术、经济和社会的互动作用, 认识人与自然、社会的关系, 有可持续发展意识和全球观念。”[2]“过程与方法”目标的实现有助于课程总目标的实现, 对培养学生科学探究能力、自主学习能力、实践能力以及解决问题能力也起到了至关重要的总用。因此, 对新课程中三维目标之一的“过程与方法”目标的高度重视是这一目标真正实现的前提条件。只有教育思想上的解放, 才有更好的教学实践。在“自由落体运动”这节课的处理上就应在充分重视“过程与方法”的前提下, 设计出有助于过程与方法目标实现的教学流程和问题情境。

二、注重物理概念或理论的产生过程

可以对一些历史事实、理论形成、以及科学家的成长过程进行充分的挖掘。通过教师对其产生过程的详细地介绍和梳理将有助于学生清晰的了解物理学的发展脉络与历程, 使学生从物理学发展的脉络与历程中感受到物理学与社会发展的关系、感受到一些著名物理学家执着追求科学巅峰的精神, 同时也感受到成为一名科学家并不是高不可攀的, 消除对科学家的盲目崇拜。从而为学生们形成正确的世界观和人生观创造有利的条件, 使学生建立起敢于猜想、敢于提出问题、敢于挑战权威的科学意识, 为培养学生的创造性思维搭起桥梁。例如, 高中物理新课程的“自由落体运动”这一节[3]的教学实践中, 就可以充分的利用并挖掘伽利略 (G.Galilei, 1564~1642) 本人的成长历程、落体运动的研究过程以及研究方法。因此, 笔者在本节课的处理上先是让同学们搜集与伽利略这个人物相关及其他对落体运动的研究相关的资料, 再利用一节课的时间让同学们自己来讲解。这样做能充分发挥学生的主动性, 同时还能融入到获得知识的过程中, 从而提高他们学习物理的积极性。比如:伽利略不但从小酷爱科学, 同时对艺术也十分感兴趣, 让学生们体会物理学的发展并不是孤立的, 艺术的火花可能点燃科学的火种;伽利略对落体运动的研究也是一个曲折的过程, 伽利略在研究初期同样相信, 同样大小的物体在空气中下落, 较重的比较轻的快, 因为他曾写道:“……我们得到的普遍结论是:在物体材料不同的情况下, 只要它们大小相同, 则它们 (自然下落) 运动的速率之比与它们的重量之比是相同的。”[4]通过介绍让学生清楚伽利略的思想不是从天上掉下来的, 他经历了曲折的摸索过程。

三、注重科学方法的渗透和运用过程

科学方法是人们在认识和改造客观世界的实践活动中总结出来的正确的思维和行动方式。实践证明:重大科学理论的突破, 必然伴随着新的科学方法的诞生。庞大的方法群是人类智慧的结晶。法国物理学家拉普拉斯 (P.S Laplace) 曾说:“认识一位巨人的研究方法, 对于科学的进步……并不比发现本身更少用处, 科学研究方法常常是极富兴趣部分。”科学发展的历史证明, 物理学的研究方法对于物理自身的发展和整个科学的发展都具有十分重要的作用。它是物理学家认识物质运动规律的工具和手段, 担负着发现、建立、检验、运用和发展物理规律的职能。因而它也是科学方法的重要组成部分, 具有一般科学方法的价值。[5]本节课的讲授过程中, 笔者更加注重伽利略在研究自由落体运动的过程中所形成的实验和理论和谐的结合起来的科学方法的渗透。在让学生探究自由落体运动的性质时, 笔者采用了学生分组实验, 并且采用了三套实验设备 (打点计时器、自由落体运动仪、多媒体展示的频闪照相) 来研究其运动性质。这样做首先可以让学生亲身体验伽利略的试验与理论相结合的科学研究方法。采用任何一套仪器都会记录下自由落体运动的运动轨迹, 对轨迹中的相邻两点间的距离进行测量, 再计算出连续相邻两点间的距离差△X, 在利用“连续相等两点间的距离差是恒量”这一匀变速直线运动的辨别式就可以判定自由落体运动的运动性质了;其次, 在进行自由落体加速度 (或重力加速度) 的教学时利用三套仪器进行试验更加有助于正确的科学方法的体会和运用。使学生懂得不能只用一个例子就简单推导出某个理论表达式, 而应遵循科学研究的方法。

四、注重学生的活动探究过程

《普通高中物理课程标准》 (实验) 把物理实验和科学探究一并提出能力要求, 明确了物理实验和科学探究的关系。物理实验和科学探究一样, 它不仅是物理教学中的重要内容和学习方式, 而且是物理教学中的教学目标。探究活动是新课程改革中的一个亮点, 同时通过探究活动更能激发学生的潜能, 提高学生的能力。《标准》中阐释探究活动七个要素 (包括:问题的提出、猜想与假设、制定计划与设计实验、进行实验与收集证据、分析与论证、评估、交流与合作) [6], 而其中的“猜想和假设”是过去的物理教学活动中经常被忽视的一个环节。猜想与假设是科学结论的先导, 如果猜想与假设一旦能得到实验结果的支持, 它就可能发展成为科学结论。因此, 猜想与假设能帮助科学研究者明确研究的方向, 指导科学研究沿预定目标展开。它为收集、分析、处理和解释信息提供了一个大致的框架, 因而使制定探究计划、设计实验方案有了必要的基础。[7]作为一种教学方式, 猜想与假设对发展学生的创造性思维具有积极的作用。在物理学的发展史上, 许多理论, 都来自于提出了正确的假设。19世纪对氢光谱谱线的分布规律的研究中, 假设发挥了重要的作用。瑞士的一位中学数学教师巴耳末, 他完全从数学的角度出发, 提出了一个氢光谱波长公式的假设, 按这个公式所计算的氢光谱数值和实验结果相差不到4万分之一。28年后, 丹麦物理学家玻尔提出了新的原子结构理论, 该理论对氢原子光谱的解释表明了巴耳末公式的正确性。[8]因此在“自由落体运动”这一节的教学实施过程中, 笔者注意到了这一问题的重要性。在“探究自由落体运动性质”这一环节的教学过程中, 笔者通过大量的落体运动的实例, 使学生在对其有感性认识的同时对其进行运动性质合理的猜想。再通过试验对自己的猜想进行证明, 使学生体验一个完整的科学探究过程。

五、注重交流与合作

篇4：高中物理 伽利略对自由落体运动的研究教案

【中图分类号】G633.7【文献标识码】B【文章编号】2095-3089(2012)02-0098-01

有高中物理教师认为：高中物理必修1的第一篇文章，也就是赵凯华先生的“走进物理课堂之前”是多余的或者是太深奥了。前一种想法是应试教育的思想在作怪，他们认为这篇文章对学生做题、得分的作用不大，于是就跳过这篇文章，有的甚至连第二篇文章“物理学与人类文明”也跳过去，直接学习后面的“质点参考系和坐标系”。应试教育的功利化使持这种想法的教师已经不顾教育规律、不顾青少年学生的身心发展特点了。而后一种想法主要是因为教师专业水平的不足，由于对高中物理教育的思考不够、对高中物理教育的全局把握不够，使之不能理解赵先生的这篇文章在高中物理教育中的作用。不论是持以上的哪种想法，在教学过程中，跳过这篇文章而直接进入后面所谓的正文，即第一章“运动的描述”的教学，这样做在客观上都会增大初、高中物理教学“衔接”的难度。

现在，先让我们静下心来，细细体会赵凯华先生那些饱含深情的话语中所流露的真实意图。

“一群顽童，衣着五色斑斓，凑在一起，专爱找些新鲜游戏来玩。他们上树掏鸟蛋、下河捞鱼虾；把蝌蚪养在玻璃瓶里，要看它们怎样变青蛙；把鸟蛋放在被窝里孵化，想看小鸟怎样从壳里往外爬，睡觉时把鸟蛋压碎了，弄得被窝一塌糊涂，挨了妈妈的骂”。这是赵先生文章中的第一自然段。谁没有过童年、少年时光，而正值少年期的高一新生一定会对这段话倍感亲切的。字里行间所揭示的是人的天性——好奇、探究。这是人与生俱来的、生存的自然要素。人只要是还能思考，就一定存在探究。所以，说孩子们不会探究的人，应反思自己的教育思想和教育模式。事实上，正是我们的某些教育不仅没有引导孩子学习科学的探究，而且往往还在抹杀孩子的天性，使之丧失探究的热情。

从第二自然段开始，赵先生通过所编的故事揭示了进行科学探究的基本要素：提出问题、猜想与假设、设计实验、实验并收集数据、分析论证，最后对整个过程进行评估。当然，在整个过程中都要伴随着参与者的交流与合作问题。分析赵先生的文章，可发现其中有许多科学探究的思想和方法。

为了不辜负赵先生，我设计了如下的教学方案。首先，教师以饱满的热情朗诵赵先生文章的第一自然段，再讲述一些童年趣事以勾起学生对过去的美好回忆。也请学生谈谈自己的童年趣事，借此消除学生刚开始学习高中物理时的迷茫，甚至是恐惧感。使学生明白探究本是人的天性，以坚定学生努力学习高中物理的决心和信心。然后，跳过其它自然段直接进入下一篇文章，与学生共同探讨“物理学与人类文明”的关系，使学生认识到物理学对人类的文明和进步是多么的重要，以此激发学生学习物理学的热情和兴趣。而把这篇文章的其它内容，作为一项阅读、思考的任务先交给学生，并要求学生写出读书心得作为学习高中物理的第一次作业。然而，从学生所上交的读书心得来看，结果并不令人乐观，我所选择的三个班共180人的样本中有170人仅仅算是及格而已。也就是说，只有这不足10个学生真正地阅读、思考并稍许理解了一点这篇文章。更难以置信的是，科学的探究方法在他们的初中二年级物理教材的第一章就开始学习了，从初中教材来看，整个初中物理教学基本上应该是在这种探究中进行的。学生没有理由看不懂赵先生的文章。而且，这些学生中有许多还是中考时的成绩优秀者，然而，他们的自主阅读能力、独立思考能力和理解能力是如此之差，这又是多么的可怕。然而，千万不能责怪学生，也怨不得学生，问题的根源不在学生身上。

事实上，我已预料到可能有这种情况出现，只不过实际情况比预料的要严重得多。学生的这种表现与他们过去所接受的教育是吻合的，我们要做的一件重要教育工作就是重新唤醒和激发。唤醒孩子们原本就有的好奇天性、激发孩子们探究的热情。

经过了第一章“运动的描述”、第二章“匀变速直线运动的研究”两章教学的积累、铺垫，我们走到了第二章的最后一节——“伽利略对自由落体运动的研究”。为什么在学生已经学过“自由落体运动”之后又特别安排这一节呢？用心阅读这篇文章，感受到的是作者对物理教育的理解、对科学的理解、对科学大师的理解以及对人类文明发展历程中所发出的智慧之光和大师的赞赏、崇敬。我虽不知这篇文章是何人所写，但此文也堪称美轮美奂，与赵先生的文章相呼应，也体现了该书编者用意深刻、匠心独具。这一节不但应该要求学生非读不可，而且还应该是带着虔诚之心去读，读后还要写出自己的理解和感受。

在进行这一节的教学时，我首先是带领学生“穿越时空”，到位于地中海的古希腊拜见伟大的学者亚里士多德，聆听他的论断：“物体下落的速度是由它们的重量决定的”。感受二千多年前人们对自然的认识，虽然不正确，但无须嘲笑，时光不会削弱亚里士多德的光辉。再飞越千年，在意大利的比萨大学，一位青年学者——伽利略用他的睿智，通过简单的逻辑推理推翻了亚氏的论断，其勇气彪炳史册。不仅如此，伽利略所创立的“问题—猜想—数学推理—实验验证—合理外推—得出结论”研究过程“发展了人类的科学思维方式和科学研究方法”，这才是更有价值、才是伽利略更伟大之处。在他的研究过程中，非凡的数学才能和充满睿智的实验彰显出大师风范。凡此种种，都令后世景仰。最后，我给学生朗读本文作者饱含深情写出的一段话：“伽利略之前的科学踯躅于泥途荒滩，因而千年徘徊。从伽利略开始，大师辈出，经典如云，近代科学的大门从此打开了”。此时，我把印有伽利略头像和他的“探索大自然奥秘要从实验和论证开始”的名言的挂图送给学生，赢得了学生发自内心的长时间的掌声，这掌声是欢迎伽利略的。他们从此认识并接受了一位大师，甚至开始崇拜他。此次教学的目的已经达到了。

如果说赵凯华先生的“走进物理课堂之前”在学生刚学习高中物理时还没能引起孩子们的重视，当然，其主要原因是学生尚不能理解、不能感悟赵先生的用意。而到了这里，本文与赵先生的文章遥相呼应，学生有豁然开朗、顿悟的感觉。下面是学生学习到这里时的一些感想。

“我认为物理学的思想和方法具有哲学味，这不是随口说的。实践是检验真理的唯一标准，主观与客观、世界的物质性、物质与意识、唯物主义与唯心主义都与物理学有着紧密的联系。物理学的可贵就是体现在其思想和方法中的。思想和方法是物理学的精髓，从伽利略到牛顿、再到爱因斯坦，都使用了同样的思想和方法，即使是相对论也要用实验验证。如今，物理学的思想和方法不再为物理学所特有，它已渗透到各个领域。”上帝“肯定了伽利略的努力，那么，让我们也永远记住他”。

至此，我相信，真正的物理学的种子已经开始在学生心中生根发芽了。

篇5：高中物理 伽利略对自由落体运动的研究教案

【学习目标】

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。3.学会解决竖直上抛运动问题 【创设问题情景】

1、历史的错误：关于下落物体快慢

阅读教材第一段，提出问题：为什么会有错误的认识呢？

2、伽利略的逻辑推理

阅读教材第三、四段，提出问题：伽利略是怎样论证亚里士多德观点是错误的？

3、猜想与假说

阅读教材“猜想与假说”部分，提出问题：伽利略在研究落体运动过程中遇到了哪些困难？面对这些困难，伽利略是怎样做的？他作出了大胆的科学猜想，猜想的内容是什么？

科学的猜想，或者叫假说，这是对事物认识的模型，是对事物认识的基础，是建立概念描述规律的前提。

4、实验验证

伽利略在实验过程中遇到了怎样的困难，他又是怎样克服的？为什么说，伽利略把他的结论外推到90°需要很大勇气？

实验验证是检验理论正确与否的唯一标准。任何结论和猜想都必须经过实验验证，否则不成理论。猜想或假说只有通过验证才会成为理论。所谓实验验证就是任何人，在理论条件下去操作都能到得实验结果，它具有任意性，但不是无条件的，实验是在一定条件下的验证，而与实际有区别。

5、科学的方法

物理学的研究很注重方法，物理学习也要注意方法，所谓科学方法包括以下几点： 对现象一般观察一提出猜想－运用逻辑推理一实验对推理验证一对猜想进行修证（补充）－推广应用。【学习任务】

一、伽利略的科学方法。

①问题的提出。

②提出假设，逻辑推理。

③利用数学和逻辑进行推理，然后实验验证。

④对假说进行修正和推广。

二、根据前面学过的知识完成竖直上抛运动相关问题：

1、定义：

2、运动性质：初速度为v0，加速度为 －g的 运动。

3、处理方法：

⑴ 将竖直上抛运动全过程分为上升和下降两个阶段来处理。

上升阶段为初速度为v0，加速度为 －g的 运动，下降阶段为。要注意两个阶段运动的对称性。

⑵ 将竖直上抛运动全过程视为 的运动

2v0hm2g4、两个推论： ①上升的最大高度

tmv0g

②上升最大高度所需的时间

5、特殊规律：由于下落过程是上升过程的逆过程，所以物体在通过同一段高度位置时，上升速度与下落速度大小，物体在通过同一段高度过程中，上升时间与下落时间。【补充学习材料】

1、竖直上抛一物体，初速度为30m/s，求：上升的最大高度；上升段时间，物体在2s末、4s末、6s末的高度及速度。（g=10m/s2）

2、某人站在高层楼房的阳台外用20m/s的速度竖直向上抛出一个石块,则石块运动到离抛出点15m处所经历的时间是多少?(不计空气阻力,取g=10m/s)

3、A球由塔顶自由落下,当落下am时,B球自距塔顶bm处开始自由落下,两球恰好同时落地,求塔高。

4．伽利略对自由落体运动的研究，是科学实验和逻辑思维的完美结合，如图2－

5、6－2所示，可大致表示其实验和思维的过程，对这一过程的分析，下列说法正确的是()

图2－

5、6－2 A．其中的甲图是实验现象，丁图是经过合理的外推得到的结论 B．其中的丁图是实验现象，甲图是经过合理的外推得到的结论 C．运用甲图的实验，可“冲淡”重力的作用，使实验现象更明显 D．运用丁图的实验，可“放大”重力的作用，使实验现象更明显

5、关于竖直上抛运动，下列说法正确的是（）

A 上升过程是减速过程，加速度越来越小；下降过程是加速运动，加速度越来越大 B 上升时加速度小于下降时加速度 C 在最高点速度为零，加速度也为零

D 无论在上升过程、下落过程、最高点，物体的加速度都为g

6、将物体竖直向上抛出后，在下图中能正确表示其速率v随时间t的变化关系的图线是（）

7、物体做竖直上抛运动后又落回原出发点的过程中，下列说法正确的是（）A、上升过程中，加速度方向向上，速度方向向上 B、下落过程中，加速度方向向下，速度方向向下 C、在最高点，加速度大小为零，速度大小为零 D、到最高点后，加速度方向不变，速度方向改变

8、从高处释放一粒小石子,经过0.5s,从同一地点再释放一粒小石子,在两石子落地前,它们之间的距离()A.保持不变 B.不断减小

C.不断增大 D.根据两石子的质量的大小来决定

9、某同学身高1.8m,在运动会上他参加跳高比赛,起跳后身体横着越过了1.8m高度的横杆.据此可估算出他起跳时竖直向上的速度大约为(g取10m/s)()A.2m/s B.4m/s C.6m/s D.8m/s

10、以初速度40m/s竖直上抛一物体，经过多长时间它恰好位于抛出点上方60m处（不计空气阻力，g取10m/s）？

11、一个物体从H高处自由落下，经过最后196m所用的时间是4s，求物体下落H高度所用的总时间T和高度H是多少？取g=9.8m／s，空气阻力不计．

12、气球下挂一重物，以v0=10m／s匀速上升，当到达离地高h=175m处时，悬挂重物的绳子突然断裂，那么重物经多少时间落到地面？落地的速度多大？空气阻力不计，取g=10m／s．

2213、一根矩形杆的长1.45m,从某一高处作自由落体运动,在下落过程中矩形杆通过一个2m高的窗口用时0.3s.则矩形杆的下端的初始位置到窗台的高度差为多少?(g取10m/s,窗口到地面的高度大于矩形杆的长)

篇6：高中物理 伽利略对自由落体运动的研究教案

三维目标

知识与技能

1．明确伽利略对自由落体运动的研究方法．

2．领会伽利略的科学思想．

过程与方法

了解伽利略的实验研究过程，认识伽利略有关实验的科学思想和方法，培养学生探求知识的能力。

情感态度与价值观

从科学研究过程中体验探索自然规律的艰辛和喜悦，培养敢于坚持真理，勇于创新的科学精神和实事求是的科学态度，逐步帮助学生树立起辩证唯物主义的认识论．

教学重点

让学生了解抽象思维、数学推导和科学实验相结合的科学方法．

教学难点

使学生体会“观察现象一实验探索一提出问题一讨论问题一解决问题”的科学探究方式．

课时安排

1课时

课前准备

小石子若干、形状相同的纸片若干、羽毛、小金属片若干、牛顿管、抽气机、多媒体教学设备、自制课件

教学过程

复习导入新课

上一节课学习了自由落体运动，什么是自由落体运动?自由落体运动有哪些规律?

学生回忆并回答．

物体的下落快慢和重力没有关系的结论在今天看来似乎并不难以接受．但这个结论却是伽利略在经历了长时间的思考和实践后才得出的．今天我们就要一起来回顾伽利略的研究过程。

推进新课

一、绵延两千年的错误

人们日常生活的经验告诉我们，重的物体下落总是比较快．比如：树上的一个苹果和一

片树叶同时从树上同一高度掉下来，一定是苹果先落地：所以在16世纪以前，以亚里士多德为代表的学者认为物体下落的快慢由物体的重力决定，物体越重下落越快．

由于亚里士多德在各方面的突出成就，人们将他的观点奉为经典，当时的教科书上这样写，众多学者也认同．虽然也有人表示怀疑，但由于教会利用他的结论，进行神化处理，所以大家都不敢对这一观点发出公开的质疑．

直到文艺复兴时期，才由伽利略通过推理的方法研究下落运动的规律并发表．之后伽利略也由于他的著作而受到教会的迫害，被判处终身监禁，著作也被列为禁书．

点评：通过讲述以上内容使学生明白科学发展的道路并不是一帆风顺的，但科学终究要向前发展．培养学生敢于追求真理的无畏精神．

问题探究

1．伽利略是怎么推翻亚里士多德的结论并建立自己的理论的呢?

2． 通过探究该问题，培养学生探求知识的能力，体会伽利略有关实验的科学思想和方法．

3． 学生根据课本提供的内容和事先查阅的资料分组讨论，小组推选一位同学发表讨论结果．

教师总结：伽利略通过四个环节推翻了亚里士多德的结论并建立自己的理论．

在提出问题后教师帮助学生得出结论，可运用多媒体进行以下操作：

1．展示图片和资料．

2．课件模拟不同倾角的斜面实验．

3．钱羽管(牛顿管)演示实验．

’

二、逻辑的力量

学生阅读：

16世纪末，意大利比萨大学的青年学者伽利略(Galileo Galilei，1564～1642)对亚里士多德的论断表示了怀疑．后来，他在1638年出版的《两种新科学的对话》一书中对此作出了评论．

根据亚里士多德的论断，一块大石头的下落速度要比一块小石头的下落速度大．假定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时，大石头会被小石头拖着而减慢，结果整个系统的下落速度应该小于8；但两块石头捆在一起，总的重力比大石头还要重，因此整个系统下落的速度要比8还大．这样，就从“重物比轻物落得快”的前提推断出了互相矛盾的结论，这使亚里士多德的理论陷入了困境．为了摆脱这种困境，伽利略认为只有一种可能性：重物与轻物应该下落得同样快．(传说伽利略在比萨斜塔上做过落体实验，但后来又被严谨的考证否定了．尽管如此，来自世界各地的人们都要前往参观．他们把这座古塔看作伽利略的纪念碑)

问题：伽利略是怎样论证亚里士多德观点是错误的?

猜想：既然物体下落过程中的运动情况与物体质量无关，那么为什么在现实生活中，不同物体的落体运动，下落快慢不同呢?我们能否猜想是由于空气阻力的作用造成的呢?如：没有空气阻力将会怎样呢?‘学生讨论后回答．

三、猜想与假说

伽利略运用理想模型，猜想运动的规律．

在有了认真观察，仔细思考和较为严密的推理之后，对问题的认识就要有一个科学的猜想，或者叫假说，这是对事物认识的模型，是对事物认识的基础，是建立概念描述规律的前提．

展示课件，提出问题：

1．伽利略研究落体运动首先应解决的问题是什么?

2．用什么量来描述物体“运动性质”?

3．伽利略作了怎样的猜想?

学生阅读课文，思考问题，小组讨论，选代表回答。首先定义匀速运动，表明时间与通过的空间的比例关系．然后再定义匀加速运动，用于表述时间与速度的关系．但在没有进行数学推导和实验研究之前，他对匀加速运动的认识十分模糊．

一开始他的设想有两个，一个是速度的变化对时间来说是均匀的，即 与 成正比。另一种是速度的变化对位移来说是均匀的，即 与 成正比．

后来发现，如果 与 成正比，将推导出荒谬的结论．所以伽利略的精力集中在 与 成正比的研究上．

在定义匀速运动的基础上，伽利略提出平均速度定理：一个从静止开始的匀加速运动的物体经过任一空间所用时间等于这个物体以一个均匀速率经过同一空间所需要的时间。这个均匀速率值等于最高速率和加速刚开始前的速率的平均值．

以平均速度定理为基础．伽利略又推出定理二：一个从静止开始的匀速运动下落的物体所经过的各段空间的比，等于经过这些距离对应所用的各个时间间隔的平方之比．伽利略又给出定理二的另一种表述：在相等的时间间隔里速度按自然数增加，而在这些相等的时间间隔里行经过的距离的增量之比则等于从1开始的奇数之比．至此，伽利略便完成了自由落体定律向数学表述．伽利略修正了早期对于自由落体运动的一些错误提法，提出正确的表述：在匀加速运动中，落体的瞬时速度正比于下落的时间，经过的距离正比于时间的平方．

这样，并不需要测量瞬时速度，只要测定 与对应的s就可以了．

四、伽利略猜想的实验验证

猜想毕竟是猜想，是否正确，是否具有指导意义，还需要验证．

展示问题：伽利略遇到了什么困难?如何解决的?

(学生仔细阅读后讨论，得出)

1．困难之一：无法测量瞬时速度．

解决方案：借助于数学推理得出从静止开始做匀加速直线运动的物体，通过的位移与时间的平方成正比．

2．困难之二：没有准确的计时工具，无法测定像自由落体这样较短的时间．

解决方案：设计了著名的“冲淡重力”的斜面实验．

点评：通过该问题的创设，培养学生自主探究的能力，体会伽利略所采用的方法的巧妙。鼓励学生要敢于猜想，大胆发现，勇于创新．

多媒体展示：传说中(并无历史事实记录)，伽利略亲自登上比萨斜塔，让两个轻重不同的球同时从手中开始下落，结果两球同时落地．因为塔并不高，而且物体在下落时速度又很快，所以这个实验有其局限性，难以明确s是否真的与 的平方成正比．于是，伽利略又在设计另一实验——斜面实验．

由于伽利略时代的实验仪器不能精确测量快速下落所需的时间，所以他设想通过斜面落体来“冲淡重力”，并通过延伸斜面和控制斜面倾角来控制物体运动的速度和所经历的时间．

经过多次实验发现，虽然不断改变斜面的倾斜度，但得到的结果有共同点：小球经过的距离的比值等于经过这些距离对应所用时间间隔的平方之比．伽利略在这个基础上进行合理外推，当倾角增大到90度时，实验结论仍应成立，此即竖直落体运动．至此，伽利略就完成了对自由落体这动的研究．

虽然当时伽利略已经意识到空气的阻力将影响物体的下落，但是由于科学发展和仪器设备的限制，当时仍然没有办法用实验手段得到真空，所以并不能真正地完成一个自由落体

运动的实验．伽利略的研究也只能停留在理论研究的部分，直到牛顿的时代，发明了抽气机，才由牛顿设计了钱羽管(又称牛顿管)，真正用实验证明在真空中，物体下落速度与物体重力无关．于是，伽利略的理论终于从纯理论研究进入实验验证，并通过实验验证了其正确性．

问题：伽利略是怎样建立自己的理论的呢？

学生思考．回答：伽利略通过四个环节推翻了亚里士多德的结论并建立自己的理论．

1．运用推理方法，使亚里士多德的结论陷入矛盾中．

2．运用理想模型，猜想落体运动的规律．

3．运用数学方法，推导自由落体运动的数学表达式以及可以直接测定的物理量之间的函数关系．

4．运用实验方法，对自由落体运动定律进行实验验证．

五、伽利略的科学方法

伽利略对运动的研究，不仅确立了许多用于描述运动的基本概念，而且创造了一套对近代科学的发展极为有益的方法．请同学们总结本节内容，归纳这种科学方法．

同学讨论归纳：对现象的一般观察一提出假设一运用逻辑得出推论一实验进行检验一对假设进行修正和推广„„

教师点评：

1．伽利略的伟大之处就在于他首先采用了实验检验猜想的科学方法。

2．合理的外推对得出正确结论有很大的帮助．

提出问题：为什么最终我们特别重视伽利略的结论呢?

(回答：)因为伽利略对问题的研究比较全面，先是通过观察现象，提出假设，运用逻辑和数学推理得出推论，再通过实验对推论进行检验(这是其他物理学家在研究同一问题上缺少的关键环节)，并对假说进行修正和推广．

他最先研究了惯性运动和落体运动的规律，为牛顿第一定律和第二定律的研究铺平了道路．他倡导实验和理论计算相结合，用实验检验理论的推导．这种研究方法对以后的_科学研究工作具有重大的指导意义．

而且伽利略不迷信权威，对待问题勤于思考，敢于提出问题、挑战权威，不畏强权的精神也是我们应为之喝彩并学习的．

点评：通过解决此问题体验探索自然规律的艰辛和喜悦，培养敢于坚持真理，勇于创新的科学精神和实事求是的科学态度，帮助学生树立起辩证唯物主义的认识论．

课堂小结

本节课重点讲述了伽利略怎样推翻亚里士多德的结论并建立自己的理论的．通过伽利

略科学方法的学习，培养正确解决问题的思路，树立正确的科学观念．

板书设计

一、对自由落体的两种观点

1． 亚里士多德的错误观点

2． 伽利略的观点

二、伽利略的猜想与假设

1． 伽利略研究落体运动首先应解决的问题：描述运动所需的概念

2． 用来描述物体运动性质的物理量：时间、位移、瞬时速度、平均速度、加速度 3． 伽利略的猜想：（最后否定了）；

三、伽利略猜想的实验验证

1．伽利略遇到的困难和解决方案

困难之一：无法测量瞬时速度

解决方案：改测位移与时间的关系（从静止开始做匀加速直线运动的物体）

困难之二：没有准确的计时工具

解决方案：“冲淡重力”的斜面实验

2． 合理的外推

四、伽利略的科学方法

篇7：高中物理自由落体运动教案

在力学知识体系中，运动学的内容是研究力学定律的基础。而匀变速直线运动是一种理想化的运动模型，是研究物体运动的知识前提。自由落体运动作为匀变速直线运动的一个特例，与实际比较接近，更加形象的诠释了初速度为零的匀变速直线运动的规律，因此，在物理学体系中具有特殊地位。

《普通高中物理课程标准(实验稿)》对本节课的要求是：“通过史实，了解伽利略研究自由落体运动所用的实验和推理方法”。“通过实验研究质量相同、大小不同的物体在空气中下落的情况，从中了解空气对落体运动的影响”。因此，本节教学内容要体现实验在认识自由落体运动规律中的作用，并通过介绍伽利略对自由落体运动的研究，体会科学研究方法对物理学发展的作用。

在教材中，《自由落体运动》一节，编排在运动学的基本概念和匀变速直线运动等知识后，是匀变速直线运动的一个特例。在整个必修1的安排上，匀变速直线运动的教学重点在于规律的应用，自由落体运动的新课教学侧重于培养学生的科学探究能力及逻辑思维能力，对促进学生的全面发展具有重要意义。

通过对自由落体运动这种常见的、特殊的运动的研究，可以更好的对前面知识复习和巩固，同时也加强了物理学习与实际生活的联系。而且通过在授课过程中讲授研究物理问题的基本思路和科学方法，为以后研究比较复杂的运动规律打下良好的基础。

因此本节课是培养学生思维的研究课，联系生活的应用课，也是为后面课程做知识准备的铺垫课。所以本节课在本章中具有重要的地位和作用。

二、学生学情分析

学生通过对前面知识的学习，已经对匀变速直线运动规律有了初步的理解，也学习了打点计时器的使用和数据处理方法，具备了一定的实验探究能力。根据生活经验，学生对自由落体运动规律有一定认识，但并不科学严谨。

学生会有“重的物体下落快”的认识，这是学生在日常生活中形成的前概念。并且，学生对落体运动的认识，只是表面的感性认识，需要通过实验探究进一步理性学习。

在探究“自由落体运动性质”的过程中，要求学生对打点计时器会操作，并掌握相应的注意事项，同时，对实验数据的处理需要联系数学知识，“逐差法”的灵活运用是一难点。

因此探究自由落体运动规律和重力加速度的得出过程是教学难点。

三、教学目标

1.知识与技能

(1)知道自由落体运动是初速度为零的匀加速直线运动。

(2)知道自由落体运动加速度大小和方向，知道不同地点重力加速度不一样。

(3)理解自由落体的规律。

2.过程与方法

(1)在实验探究自由落体运动特点和规律的过程中，学习伽利略使用的理想实验与科学推理方法。

(2)在实验探究物体下落的快慢的过程中，进一步树立科学态度。

3.情感态度与价值观

在研究自由落体运动的实验过程中，体会科学探索的艰辛，学习伽利略等科学家的科学精神。

四、教学重点和难点

教学重点：探究自由落体运动，重力加速度g 。

教学难点：重力加速度的测量。

五、教学器材

自制“反应时间尺”：在一约40cm长的尺的一面标记上自由下落对应长度所用的时间，使用时，标有反应时间一面面朝学生。多媒体、钢球，乒乓球，纸张若干、牛顿管、电磁打点计时器、重物等。

六、教学过程设计

(一)利用实验创设情境，引入新课

【事件1】利用实验激发学生的求知欲。

教师展示课前设计制作好的“反应时间尺”，并提出问题“一般刻度尺是用来测量什么的?”。

学生回答。

教师继续设置悬念：这把尺子很神奇，它不仅能测量长度，还能测量时间，并且能测出同学们的大脑反应时间。

并选3～4名学生上来测反应时间。

学生抓住尺的同时就报出其反应时间，可采用“比比谁的反应时间短”的方式调动学生积极性。

提出问题，引入新课：反应时间尺的原理是什么?学完本节课的内容，我们就可以揭晓这个秘密了。

【教学设计说明】在此将教材中的“做一做”栏目中的“测定反应时间”改为放在课前引入，目的是通过这一游戏产生“惊奇”效果，激发学生探究的兴趣，增强学生的感性认识，活跃课堂气氛。

(二)探究落体运动的影响因素

【事件2】引导学生回忆日常生活中所见到的物体下落现象(动画展示苹果、雨滴、水滴的下落过程)，思考“物体下落的运动有什么特点，是一种什么性质的运动呢?”。

教师提出问题：“不同的物体，下落快慢是否相同?物体下落的快慢可能与什么因素有关?”。学生说出猜想与假设后，教师追问依据。

【事件3】教师演示系列实验，使学生产生认知冲突。

演示实验 实验现象 实验结论 实验① 钢球①和乒乓球②(G1>G2)，在同一高度同时自由下落。 钢球①先落地 较重的先落地 教师说明：这个结论与多年前世界古代史上最伟大的 哲学家 、 科学家 和 教育家 之一亚里士多德(前384—前322年)的观点相同。

教师课件展示亚里士多德的观点——重的物体下落快。

提出问题：有没有学生不同意亚里士多德的观点。然后学生讨论：在生活事例中找支持与反对的证据。

演示实验 实验现象 实验结论 实验② 一张纸裁成相等的两半(G1=G2)，一半揉成纸团，另一半不变;在同一高度同时自由下落。 纸团先落地 等重的落地有先后 实验③ 纸片①和纸块②(G1>G2)，在同一高度同时自由下落。 纸块②先落地 较轻的先落地 学生活动：总结实验结果，得出“物体下落快慢与质量无关”的结论。

【教学设计说明】“自由落体运动”一节的教学建立在实验基础上，可以结合学生原有的认知结构，利用实验创设问题情境，使学生发现值得探究的问题。

使用生活中的铁球、乒乓球与纸张，做演示实验，两物体的质量明显不同，实验简单现象明显，观察到的现象与学生头脑中的重的物体先落地的前概念形成冲突。演示过程中，从纸片到纸块的过渡，可诱发学生思维，猜想到空气阻力的影响，从而引出下一步思维。

【事件4】验证猜想。

教师提出问题：既然物体下落快慢与其质量没有必然联系，实际生活中物体下落快慢不同可能是受什么因素的影响?

学生猜想：从实验现象和生活经验可以猜想到是空气阻力影响。

教师演示实验，学生参与观察分析。

演示实验4：牛顿管演示实验

实验装置如图所示，在一根长约1.5m的玻璃管中，放入羽毛、金属片。

实验步骤及实验现象如下表所示：

实验步骤 可以观察到的现象 1.不抽出玻璃管中的空气，将玻璃管倒立过来。 金属片先于羽毛落到管的底部。 现象与生活中看到与想到的一致。

引导学生思考、猜想，抽出管中部分空气，会有什么现象发生。 实验步骤 可以观察到的现象 2.抽去玻璃管中部分空气，将玻璃管倒立过来。 金属片先于羽毛落到管底部，但两者落到管底的时间差变短。 现象与猜想一致。

引导学生思考、猜想，继续抽出管中空气，会有什么现象发生。 实验步骤 可以观察到的现象 3.继续抽去玻璃管中空气，再将玻璃管倒立过来 。 金属片和羽毛几乎同时落到管的底部。 现象与猜想一致。

引导学生思考、猜想，想象管中没有空气，会有什么现象发生。 实验步骤 可以观察到的现象 4.如果抽出玻璃管中所有空气，再将玻璃管倒立过来。 金属片和羽毛同时落到管的底部。 在教师的引导下可以从实验中得出结论——物体下落受到空气阻力的影响，没有空气阻力时，物体下落过程中运动快慢与质量无关。

【教学设计说明】牛顿管实验，使学生认识到空气阻力在落体运动中的影响，演示结束后，教师总结说明使学生认识到，探究现象背后的实质原因必须考虑或排除外界因素干扰，学习猜想与假设、设计实验、验证猜想、理想实验等实验探究方法。

(三)自由落体运动概念的建立

【事件5】分析归纳形成概念。

教师提出问题：由于落体运动受到空气阻力影响，要想研究落体运动就必须排除空气阻力，那么，如果物体在下落过程中忽略空气阻力，物体的受力有什么特征?

学生回答。

教师根据学生的回答，得出自由落体的定义“物体仅在重力作用下，从静止(即初速度为零)开始竖直下落的运动，叫做自由落体运动。”

【教学设计说明】教师强调自由落体运动实际上是一种理想条件下的运动，实际生活中物体都会受到空气阻力，但一般重力大于空气阻力。在中学阶段，当空气阻力远小于重力时，可近似看做自由落体运动。

(四)自由落体运动规律的自主探究

【事件6】引导学生实验探究自由落体运动的规律

教师提问：若要研究某种运动规律，我们可以采用怎样的方法和器材?带领学生回顾前面学习匀变速直线运动的体验，可想到，利用打点计时器采用示踪(轨迹记录)法研究，并一起回顾电磁打点计时器的使用方法和注意事项。

学生活动：分组实验，利用打点计时器记录重物的下落过程，求出重物的加速度，并总结自由落体运动的规律。(教师巡视学生实验情况，必要时给以指导)师生共同总结自由落体运动的规律，轨迹是直线，方向竖直向下，是变速运动，速度越来越大。并指出由于阻力远小于重物的重力，故重物的下落可看作是自由落体运动，所以同学们计算的结果基本一致。

【教学设计说明】学生已使用过电磁打点计时器探究匀变速直线运动的规律，所以可以让学生自主探究，得出自由落体运动的相关规律，但教师应指出由于自由落体运动与水平方向匀变速直线运动方向上的显著区别。在实验过程中为了减小误差，电磁打点计时器必须固定在竖直方向上，为充分利用课堂时间，教师可事先将电磁打点计时器竖直固定在铁架台上，再分发给学生，强调在试验过程中学生不要碰到电磁打点计时器，以免影响实验数据。

(五)重力加速度

篇8：高中物理 伽利略对自由落体运动的研究教案

关键词：伽利略,科学思维方法,物理学,价值

0 引言

在物理学发展和应用的过程中，人类积累了丰富的方法，有“近代科学之父”的伽利略的科学思维方法无疑是其中的奇葩，它对物理学发展、应用和价值实现所起的作用，是任何力量都不能替代的。本文通过研究伽利略的科学思维方法及其影响，探索物理学广泛地应用于思维活动和实际生活、工作之中的价值。

1 科学思维方法

张宪奎先生认为“方法就是为了解决某一具体问题从实践或理论上所采取的手段或方式的总和。”科学思维方法是一些在自然科学领域中广泛采用、或具有自然科学特性、或以某自然科学为依据的思维方法，它侧重于定量分析和事实分析。物理学是科学的一部分，其本质是观察和探究我们周围无生命的世界，从而确认最基本的原理和统一的规律，体现其价值最重要的手段就是科学方法。因此，从伽利略的科学思维方法中探索物理学价值，培养科学的思维方式和研究方法，弘扬科学精神有着极其重要的意义。

2 伽利略的科学思维方法

伽利略·伽利莱（1564年2月15日-1642年1月8日），出生于意大利的比萨市，9岁时随家移居到佛罗伦萨,青年时代入读比萨大学，并于1589年成为该大学数学系教授。其成就包括研究过物体等加速运动、改进望远镜和其所带来的天文观测，研究应用科学及科技，并改进圆规的设计，制造第一个温度计来测量温度，用摆来测量时间，重视数学在应用科学方法上的重要性，以及支持哥白尼的日心说等等。

作为意大利物理学家、数学家、天文学家及哲学家，科学革命中的重要人物，伽利略被誉为“现代观测天文学之父”、“现代物理学之父”、“科学之父”及“现代科学之父”。史蒂芬·霍金说，“自然科学的诞生要归功于伽利略。”

伽利略之所以有如此辉煌的成就，主要就是得益于他科学的思维方式、科研方法及追求科学真理的精神。

2.1 尊重科学事实、勤于观察实验

科学事实是科学研究的基础。前苏联生理学家巴甫洛夫指出：“不管鸟翼是多美丽，如果不凭借空气，它是永远不会飞翔高空的。事实就是科学家的空气。你们如果不凭借事实，就永远也不能飞腾起来。”在科学研究中，科学假说和理论的提出必须以一定的科学事实为根据，科学假说和理论的真伪必须用科学事实来检验。

观察和实验是搜集科学事实，获得感性经验的基本途径，是形成、发展和检验自然科学理论的实践基础，因此观察和实验方式是自然科学研究中十分重要的认识方法。伽利略是近代实验科学的奠基人和代表人之一，在制定科学方法论的过程中，伽利略顺应时代精神，把观察、实验看作到达真理的、非它不行的唯一途径，他的所有成就是与他重视实验分不开的。他进行实验的突出特点是，把实验方法和理想化抽象方法结合起来，把实验的观测同数学演绎的证明结合起来，而不是单纯依靠经验。

从伽利略开始，实验方法在科学中越来越普遍的采用，使自然科学迅速地获得相对独立的系统的发展。可以说，没有科学实验，就没近代科学。

2.2 分解与组合相结合

为了求得对事物整体的认识，近代科学首先通过把整体分解为若干个组成部分来探求其中的因果联系，进而达到对事物整体的认识。伽利略把前一种方法称之为分解法（决疑法），把后一种方法称之为组合法（结构法）。分解法实质上就是分析、解剖自然界的方法。伽利略分解或分析的思维方法确实使他解释了许多自然现象，最光辉的证据就是他发现了一系列力学定律。比如，1582年前后，他经过长久的实验观察和数学推算，得到了摆的等时性定律；他深入研究古希腊学者欧几里得、阿基米德等人的著作，根据杠杆原理和浮力原理，第一次揭示了重力和重心的实质并给出准确的数学表达式；伽利略对加速度概念的提出，在力学史上是一个里程碑；伽利略提出的惯性定律和外力作用下物体的运动规律，为牛顿运动第一、第二定律奠定了基础。在经典力学的创立上，伽利略可说是牛顿的先驱。

组合法则是通过一系列的演绎来检验分析过程中所提出的假说的真理性，这是一种在分解法基础上演绎出新结论或者说做出预测、假说的方法。伽利略认为，在一个完整的科学认识活动中，分解与组合的方法总是协同使用的，只有同时使用分解法和组合法，科学家才能发现新的有意义的真理。伽利略在自己的研究工作中，明显地应用了这种方法，并且把这种方法的运用与数学计算结合起来。比如，伽利略从抛射体抛物线轨迹的假说中推演出45°达到最大射程。在45°时达到最大射程在伽利略以前人们就知道了。伽利略的成就是对这一事实作了科学的解释。伽利略还从抛物线的轨迹出发，推论出仰角在45°以外移动时也能达到同样的射程。他详尽地研究了抛射体的运动,发现假设抛射体以某一水平初速度被抛出，抛射体的轨迹是物体不受重力时所作的匀速直线运动和不存在水平初速度时匀加速自由下落运动的合成。在第一种情况下，通过的距离与时间的一次方成正比；在第二种情况下，通过的距离与时间的二次方成正比。与当时的自然科学发展水平相适应，伽利略同时代的许多科学家都采用了分解和组合的思维方法来探求事物的因果联系，伽利略高出同时代科学家的地方在于：他在自己的科学研究活动中，进一步采用数学的程式来表示事物的因果联系。

显然,伽利略的组合法是放在真正科学的基础上，他找到了研究自然的经验归纳法和抽象演绎法的结合点，这个结合点使人们有可能把抽象的科学思维与对自然现象的具体感受有机地联系起来。

2.3 实验与数学相统一

实验与数学相统一的科学研究模式，是伽利略科学思维方法论思想的核心，也是伽利略对科学方法论的重要贡献。

对研究对象进行定量分析和准确的数学计算，能精确反映事物的特点和变化规律。伽利略认为，任何一项科学结论都必须在事实基础之上经过严密的推理和精确的计算，再提出定性的说明和定量的描述，并通过实验的检验，才能成为真正的科学。这也是近代自然科学研究问题的一般程序和经典方法。

伽利略曾经说过，数学是大自然的语言。他在处理观察、实验所提供的归纳证据时，善于运用数学计算的方法进行定量的研究。正因为他深刻地认识到量的分析对研究自然界所起的巨大作用，所以他确定了对自然界的实验（归纳）同数学（演绎）的统一关系。

例如：伽利略想设计一个实验来证明自由落体运动是匀加速运动，但是要直接测定速度v和下落时间t很困难。于是他转向数学，进行了著名的斜面实验。伽利略用木板做了一个很长的光滑斜面，让一个黄铜球从斜面顶端从静止开始滚下，他测量出了这样的结果：

(1)在相同的时间间隔内，小球滚下的距离之比为1:3:5:7：…。他由此推出S与t2成正比。

(3)改变α值，仍有这种规律。α改变，S/t2随之改变。

(4)他进一步想，当α=90°时，小球的运动就变为自由落体运动。

于是伽利略根据数学理论证明了自由落体运动是一种匀加速直线运动。

另外，伽利略在研究抛体运动时，还引入了运动的迭加原理。并利用几何关系建立了匀速运动的平均速度与末速度关系的数学表达式。将温度概念由人体对物体冷热的主观感觉转变为对物体热状态的客观表述。所有这些都是利用数学语言表述自然规律取得成功的例证。也是实验与数学相统一的典范。

2.4 抽象思维和逻辑推理相结合

抽象思维、逻辑推理都是重要的科学思维方法。伽利略通常通过周密细致、反复多次的实验和观察，并进行理论演绎或逻辑推理，得出了许多超过实验本身的更为普遍的理论结论。

例如，伽利略通过推理，否定了亚里士多德关于轻重不同的物体以不同的速度下落的学说。伽利略想，如果物体越重下落越快，那么一块大石头下落速度一定要比一块小石头的下落速度大，假定大石头下落速度为V，小石头的下落速度是u，当我们把两块石头拴在一起时，下落快的大石头会受下落慢的小石头拖着而减慢，下落慢的小石头会被下落快的大石头拉着而加快，结果这拴在一起的两块石头的下落速度应该小于V而大于u。但是两块石头拴在一起后总的重量比大石头的重量还要大，这不是重物体的下落速度反而小于轻物体的下落速度了吗？这样，就从重物体比轻物体下落得快的假设，推出了重物体比轻物体下落得慢的结论。伽利略由此推断重物体不会比轻物体下落得快。用同样的方法不难推断重物体也不会比轻物体下落得慢。所以，轻重不同的物体下落速度只能相等。

又如，伽利略将两块斜面对接起来做实验，并用下面的抽象思维方法证明了惯性运动的存在。

思考之一：从下落速度来看，物体沿第一块斜面向下运动时，速度越来越大；物体沿第二块斜面向上运动时，速度越来越小。由此伽利略推想，物体在不倾斜的平面上运动时，速度应该是即不变大也不变小。

思考之二：从上升高度来看，从第一块斜面上某一高度滚下的小球，会沿第二块斜面上升到同样的高度。改变后一块斜面的倾斜角会得到同一结论，并且倾斜角越小时，小球会滚得越远，最终上升到同样高度。于是他推测，如果倾斜角减小至零时，即斜面变为水平面，小球将永远达不到原来的高度，它将永远运动下去。这就是“惯性定律”的思想。

伽利略的许多理论虽然不是直接从实验得出的，但是都有其可靠的事实基础。正是他发挥了极为可贵的科学抽象能力，使用了推理方法，从而达到了纯实验方法所无法达到的好效果。

2.5 科学性与灵活性相结合

在科学的道路上更需要解放思想，克服僵化思想，反对教条主义和经验主义。有时，需要故意改变观测条件，使研究对象易于认识；有时，也需要放弃传统方法，发挥超常规的想象。

例如，前面提到的伽利略用斜面研究自由落体运动，实际上是采用了“冲淡引力”，“放大时间”的思想，便得自由落体运动在当时的测量条件下变得可以测量。

伽利略发明的空气温度计，实际上是利用气体的热胀冷缩现象将测量温度转化为测量长度。

伽利略利用脉搏测量单摆周期，是将测量时间转化为测量次数。

伽利略还设计了测量光速的方案，实际上是将测量速度，转化为测量距离与时间，再通过公式v=S/t计算出光速。并将实验条件放大到野外，从而减少相对误差。

在研究问题、处理问题时，要善于去粗取精，去伪存真，由此及彼，由表及里地揭露现象的本质。伽利略在他的研究中常常建立理想模型，从而丢开一些次要因素，而抓住问题的根本。例如在研究物体运动时不考虑空气阻力，不计物体与接触面之间的摩擦力，忽略物体的形状。同时又力求把实验条件做得尽量符合数学要求。这样就可以获得超越实验本身的条件的根本性的认识。

在物理学发展史上，每次测量工具或实验设备的诞生和改进，往往都会引起新理论出现。伽利略是善于制造和利用观测工具，他发明望远镜，开辟了天文物理学的新纪元；他发明温度计，迎来了热学的真正开端；他发明简易计时水钟、流体静力天平等，为许多领域做出过贡献。

2.6 科学态度和科学精神

伽利略把他的一生都投入到了科学研究事业之中；在受到教会迫害的情况下仍然继续工作，并发表了《关于托勒密和哥白尼两大世界体系的对话》一书；在被判处了终身监禁之后，他仍然坚持科学著述，并将他成熟的科学思想和科研成果撰写成了《关于两门新科学的对话与数学证明对话集》，并托友人带出国境到荷兰出版。体现了他不畏艰难险阻，敢于修正谬误，不断追求科学真理，为人类思想解放和文明发展做贡献的高尚品质和精神，他的这种精神，永远为后人所敬仰。

可以说，伽利略对待科学的态度，以及他的思维方式、科研方法，是物理学价值的现实体现。

3 伽利略科学思维方法产生的影响

著名意大利物理学家、天文学家和数学家伽利略是首先在科学实验的基础上融会贯通了数学、天文学、物理学三门学科的科学巨人。他是科学革命的先驱，毕生把哥白尼、开普勒开创的新世界观加以证实和广泛宣传，并以自己在教会迫害下的牺牲唤起人们对日心说的公认，在人类思想解放和科学文明发展过程中作出了划时代的贡献。他的工作和思想不仅为近代物理学的建立奠定了基础，而且为以后的科学家提供了一种有效的从事科学研究的方法模式，为此他被冠之以“近代物理学之父”。

伽利略对亚里士多德理论中的某些重要结论提出批驳，起到了散布怀疑种子的作用，促使人们从亚里士多德的宇宙论中解放出来，从而为创立新宇宙论开辟了道路。

伽利略搬掉了亚里士多德研究运动理论的绊脚石。自由落体运动的研究和惯性定律的发现，彻底推翻了两千多年来被奉为金科玉律的亚里士多德的物理学，是近代力学赖以建立的自然基础，为牛顿最后完成经典力学奠定了坚实的基础。

伽利略首创了实验与数学理论相结合的科学方法，他倡导实验与理论计算相结合的方法，把实验事实与抽象思维结合起来，用实验检验理论推导，开创了以实验为基础具有严密逻辑理论体系的近代科学，使得力学就发展成为近代科学的范式。爱因斯坦为之评论说:“伽利略的发现,以及他所用的科学推理方法，是人类思想史上最伟大的成就之一，而且标志着物理学的真正开端。”大量事实表明，只有认识到数学方法和精细测量的价值，科学理论才得以真正发展，这正是伽利略科学思维方式的成功之道。

伽利略倾心地支持哥白尼的日心说。伽利略对天体的观察，最为轰动的是发现了绕木星运行的四颗卫星，这对地心说又是一次沉重的打击。伽利略以理性的批评以及开放和公平的精神为指引，对哥白尼学说给予了强有力的辩护。

伽利略的成就，与其说是他研究运动所得出的结论，毋宁说是他在得出这些结论所采用的科学思维和研究方法，这些至今依然有效，被众多科学家所采用。

4 从伽利略科学思维方法看物理学价值

物理学的发展是一个传承与突破交互作用的辨证过程，既包含有进化式的量的积累，又包含有飞跃式的质的变革。物理学发展的历史充分说明人类在探索自然过程中，一方面是自身知识积累的必然———从量变到质变；另一面，客观的历史背景给予我们足够的推动力。换言之，物理学发展的背后蕴涵着人类社会进步的历史动力，其具有的价值也是多方面的。

4.1 美学价值

物理学研究的是物质世界最基本最普遍的规律，回答的是人类对于物质世界中原始而又最深刻的问题，面对的是客体世界对人类的主观世界平台上的投影———物理模型世界。物质世界在最原始的层面上是按美学原理构筑的，所以庄子说：“判天地之美，析万物之理。”伽利略把对自然奥秘的探索与对自然美的追求统一起来，把寻求自然界的和谐成为推动天文学发展的基本路标。

物理学的美学价值还在于具有浓厚的简洁性、对称性、守恒性。物理能激励人产生审美意识，在人的心灵中润泽出愉悦，感到和谐轻松、心旷神怡，具有探索、灵感美。物理家对物理美的本质有其独到的心灵体验，在获得快慰的壮丽感觉中，同时催生出创新的智慧。伽利略在比萨大学学医的时候常常去比萨城里的一座大教堂，一天伽利略坐在教堂里，正好一位司事来灌注教堂顶悬挂的油灯，司事走后，这盏灯仍然在空中摆动，这件极平常的事引起了伽利略的注意，吊灯的摆动幅度尽管越来越小，每摆动一次所花的时间似乎相等。伽利略回到家里把绳子和铁块再作实验证实，就这样伽利略发现了单摆的等时性，并制作了摆时针，后来荷兰物理学家惠更斯利用此原理制成了摆钟。

伽利略是一位伟大的物理学家，整个物理学可以说是从伽利略起步的，理论的形成也就是灵感的开始，促进对物理本质的领悟。

4.2 科学价值

物理学作为一门最最基础的学科，她具有的科学价值自然是不言而喻的了。

正如大家所知道的，物理学是研究物质结构、性质、基本运动规律及其相互作用的学科。物理学的性质决定了它是整个自然科学的重要基础，是许多高新技术的重要源泉，是工程科技的重要基石。

伽利略的科学发现，不仅在物理学史上而且在整个科学中上都占有极其重要的地位。他不仅纠正了统治欧洲近两千年的亚里士多德的错误观点，更创立了研究自然科学的新方法。伽利略在总结自己的科学研究方法时说过，“这是第一次为新的方法打开了大门，这种将带来大量奇妙成果的新方法，在未来的年代里，会博得许多人的重视。”

科学精神和科学态度是物理学的科学价值重要体现，正如伽利略所说：“追求科学，需要有特殊的勇敢，思考是人类最大的快乐。”、“真理不在蒙满灰尘的权威著作中，而是在宇宙、自然界这部伟大的无字书中。”可以说物理学的发展，促进了各个领域科学技术的进步。在近代人类认识自然和改造自然的过程中，作为基础学科的物理学，一直在引领、开拓着科学的更新。

4.3 社会价值

物理学是全人类的事业和财富。首先物理学是一项激动人心的智力探险活动，它鼓舞着年轻人，并扩展着我们关于大自然知识的疆界；其次物理学发展着未来技术进步所需的基本知识，而技术进步将持续驱动着世界经济发动机的运转；第三物理学有助于技术的基本建设，它为科学进步和发明的利用，提供所需训练有素的人才；第四物理学在培养化学家、工程师、计算机科学家等的教育中，是一个重要的组成部分；第五物理学扩展和提高我们对其他相关学科、交叉学科的理解；第六物理学提供发展应用于医学的新设备和新技术所需的基本知识，改善了我们生活的质量。

任何一个物理概念的形成，每一个科学定律的建立，所有重大的物理学发现，都是经过不同国家一代乃至几代人的艰苦积累，汇聚和利用了许多人的研究成果才得以完成的。伽利略以对亚里士多德运动理论的检验和批判为起点，对阿基米德静力学理论进行了继承和发展，以1632年出版的《关于两大世界体系的对话》和1638年出版的《关于力学和局部运动两门新科学的谈话和数学证明》两本书为标志；牛顿概括了伽利略、笛卡儿、开普勒、惠更斯、胡克等人的研究成果以及他自己的创造，在1687年著名的《自然哲学的数学原理》中，首次创立了一个地面力学和天体力学统一的严密体系，成为经典力学的基础，实现了物理学史上的第一次大综合。二次大战中核武器的应用，加速了人们对核物理世界的认识，使人们对物质的认识越来越细微和深入。同样，为解决物理学晴朗的天空中漂浮着的两朵令人不安的“乌云”，狭义相对论和量子力学便因运而生，为当代物理学的发展叩开了大门。

伽利略在天文学的发现和对尼古拉·哥白尼学说的研究已经传给世界一笔永存的遗产，这笔遗产包括伽利略发现并归类的木星四大卫星(合称伽利略卫星)。物理学的社会价值正是这样体现出来的。

4.4 教育价值

物理学是一门理论和实验高度结合的精确科学，其中有系统严密的物理学知识，有一套最全面最有效的科学方法，有能影响人的世界观、价值观、人生观的物理学思想，在对公民的科学素质和科学精神教育有着无可替代的重要作用。

从认知角度看，对物理文化系统进行恰当的教育，使学习者在掌握物理知识与技能的基础上，深入领会物理方法与原则，逐步感悟物理思想与相应的物理理念，可以获得物理研究与技术创新的基本能力，获得物理思维的基本元素和处理物理基本问题的操作范式，从而奠定领悟物理本质与思想方法的基础。

物理方法是在研究物理问题过程中所遵循的途径和使用的手段。例如物理学的自由落体知识在现代物理系统中已是苍海一粟，但伽利略在其发现过程中所运用的科学思维方法仍在物理中发挥重要作用，其价值远高于物理知识本身。物理教育应注重物理思维方法的训练和运用物理原则意识的培养，这是提高物理素质的重要途径。

物理文化精神是物理家在物理实践中励练出的物理信念、意志品质、行为规范及价值观念等精神特质的综合表现，张扬出一种内蓄外奋的总体风范，能使人们心智更加敏锐，思想更加豁达开放，使其能不断地改变和丰富自已的认识理念和价值准则。

正如伽利略所说：“你无法教别人任何东西，你只能帮助别人发现一些东西。”、“生命犹如铁砧，愈被敲打，愈能发出火花。”物理教育就是这种“敲打”。

参考文献

[1]吴国盛.物理历程卷[M].北京:物理出版社.

[2]袁正光.物理精神与人文精神[J].教育物理论坛,2004,(11):56.

[3]黄华新.伽利略的科学思维方法论探析[J].浙江大学学报(人文社会科学版).2000,(5).