1、第二章模擬直線運(yùn)動(dòng)的研究，學(xué)案6伽利略關(guān)于自由落體運(yùn)動(dòng)的研究，我們用手拿著小球和紙片，放開(kāi)后，小球和紙片從靜止開(kāi)始落下，可以看到小球先著地，紙片后著地。 公元前4世紀(jì)，古希臘偉大的思想家哲學(xué)家亞里士多德(Arestotle )根據(jù)與我們相似的觀察，直接得出重物體比輕物體落得快的結(jié)論。 亞里士多德的論斷被傳了將近000年，直到16世紀(jì)，伽利略在意大利的比薩斜塔進(jìn)行了萩名的兩個(gè)球同時(shí)落地的實(shí)驗(yàn)。 兩個(gè)輕重不同的小球同時(shí)落地的聲音，是那樣清澈美妙的聲音，也是那樣顫抖的聲音。它動(dòng)搖了人們腦海中的舊觀念，打開(kāi)了實(shí)驗(yàn)和科學(xué)推論的先河，把從近代物理學(xué)到近代科學(xué)推上了歷史舞臺(tái)。 學(xué)習(xí)自由落體運(yùn)動(dòng)的研究(1).

2、2000年的失誤，古代的學(xué)者們認(rèn)為，物體落體的速度取決于它們的重量，物體越重，落體越快。 亞里士多德首先闡述了這一觀點(diǎn)，其論斷影響深遠(yuǎn)，在隨后的兩千多年中，人們一直信奉他的學(xué)說(shuō)。 偉大的物理學(xué)家伽利略用巧妙的推論揭示了亞里士多德理論內(nèi)部的矛盾。 假設(shè)大石頭的落下速度為8，小石頭的落下速度為4，那么如果把兩塊石頭捆在一起，整體的落下速度應(yīng)該小于8，但如果把兩塊石頭捆在一起，總重量比大石頭重的話，整體的落下速度應(yīng)該大于8。 就這樣，以“重的東西比輕的東西掉得快”為前提推測(cè)了矛盾的結(jié)論。 伽利略認(rèn)為重物和輕物應(yīng)該同樣快地掉落。 (2) .合乎邏輯的力量，(3) .根據(jù)假說(shuō)，伽利略認(rèn)為自由落體是最簡(jiǎn)單

3、的變速運(yùn)動(dòng)，速度應(yīng)該是均勻變化的。 均勻變化的兩種可能性：一種是速度隨時(shí)間均勻變化，即v與t成比例；另一種是速度隨位移均勻變化，即v與x成比例。 (4) .伽利略認(rèn)為，如果合理地外推上述結(jié)果，使斜面的傾斜角增大到90度，小球就會(huì)自由落下，成為自由落下運(yùn)動(dòng)，伽利略認(rèn)為，小球仍然保持加速運(yùn)動(dòng)的性質(zhì)，所有物體落下時(shí)的加速度都相同。 (5) .合理外推；(6) .伽利略的科學(xué)方法，對(duì)伽利略運(yùn)動(dòng)的研究，不僅確立了許多描述運(yùn)動(dòng)的基本概念，也為現(xiàn)代科學(xué)的發(fā)展創(chuàng)造了極有益的科學(xué)方法，提供了科學(xué)研究過(guò)程的基本要素。 伽利略科學(xué)思想方法的核心是協(xié)調(diào)實(shí)驗(yàn)和邏輯推理(包括數(shù)學(xué)推導(dǎo))，有力推進(jìn)人類(lèi)科學(xué)認(rèn)識(shí)的發(fā)展。 在學(xué)

4、習(xí)物理知識(shí)的同時(shí)，也要充分注意學(xué)習(xí)物理研究問(wèn)題的思想和方法，在某種意義上，后者更為重要。 偉大的物理學(xué)家伽利略的研究方法對(duì)其后的科學(xué)研究具有重大的啟蒙作用，至今仍具有重要意義。 回顧伽利略探索物體落下規(guī)律的過(guò)程，以下哪個(gè)過(guò)程是伽利略的探索過(guò)程() a .推測(cè)問(wèn)題數(shù)學(xué)推論實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證合理外推結(jié)論b .問(wèn)題推測(cè)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證數(shù)學(xué)推論合理外推結(jié)論c .問(wèn)題推測(cè)數(shù)學(xué)推論驗(yàn)證合理外推結(jié)論d .推測(cè)問(wèn)題實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證數(shù)學(xué)推論合理外推結(jié)論【解析】對(duì)伽利略自由落下運(yùn)動(dòng)的研究邏輯思考：輕重物體自由落下運(yùn)動(dòng)數(shù)學(xué)推論：均勻變速運(yùn)動(dòng)符合x(chóng)t2。 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證：從斜面運(yùn)動(dòng)向自由落體運(yùn)動(dòng)外推。c、【例2】科學(xué)探索活動(dòng)通常包括以下環(huán)節(jié)：提出問(wèn)

5、題、假設(shè)、訂立訂劃、收集證據(jù)、評(píng)價(jià)交流等。某同學(xué)研究“運(yùn)動(dòng)物體受到的空氣阻力與運(yùn)動(dòng)速度的關(guān)系”的過(guò)程為： A。 某同學(xué)認(rèn)為：運(yùn)動(dòng)物體受到的空氣阻力可能與其運(yùn)動(dòng)速度有關(guān)的圖2-6-2(a )是對(duì)應(yīng)的位移時(shí)序圖。 然后，使不同數(shù)量的“小紙杯”重疊從空中落下，測(cè)定各自的速度時(shí)序圖，圖2-6-2(b )的圖表1、2、3、4、5所示的d同學(xué)們分析、總結(jié)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)后，他們的(2)圖2-6 (3)圖2-6-2(b )的各圖表具有共同的特征，“小紙杯”在落下的開(kāi)始階段，比較圖2-6-2(b )的圖表1和圖表5， 在圖2-6-2、【解析】a中提出了關(guān)于空氣阻力和速度的假設(shè)，在c中，在“小紙杯子”中實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證的圖(a

6、 )中的AB級(jí)的位移隨著時(shí)間而變化從工作臺(tái)修正等速運(yùn)動(dòng)時(shí)的速度為v=(1. 4770.957 )/(1. 61.2 ) m/s=1. 225 m/s。 在圖(b )中，全部開(kāi)始加速運(yùn)動(dòng)，傾斜逐漸減小，由于速度時(shí)序圖的傾斜表示加速度的大小，所以加速度減小，最終可見(jiàn)到0，即最后進(jìn)行等速運(yùn)動(dòng)。 比較1和5，在1.01.5 s時(shí)，圖表1所示的速度不再隨時(shí)間變化，進(jìn)行等速運(yùn)動(dòng)，但圖表5中的速度隨時(shí)間持續(xù)增大，進(jìn)行加速度減少的加速運(yùn)動(dòng)。 【評(píng)定】科研方法的基本要素按發(fā)生順序排列，體現(xiàn)科研的思路、過(guò)程，在科研成敗的關(guān)鍵方面，在學(xué)習(xí)科學(xué)方法的同時(shí)，必須理解科學(xué)方法的思路和本質(zhì)。 用“歸錯(cuò)法”否定了亞里士多德重

7、物體下落快，輕物體下落慢的論斷。 提出自由落體運(yùn)動(dòng)是最簡(jiǎn)單的變速運(yùn)動(dòng)均勻變速運(yùn)動(dòng)的假說(shuō)。 由于實(shí)驗(yàn)不能直接驗(yàn)證自由落體運(yùn)動(dòng)是模擬運(yùn)動(dòng)，伽利略采用了間接驗(yàn)證的方法：采用數(shù)學(xué)推導(dǎo)的方法初始速度為零的模擬直線運(yùn)動(dòng)符合x(chóng)t2。 用斜面實(shí)驗(yàn)測(cè)得的小球沿光滑斜面向下的運(yùn)動(dòng)符合x(chóng)t2，是均勻變速直線運(yùn)動(dòng)。 不同質(zhì)量的小球沿著相同傾斜角的斜面運(yùn)動(dòng)，x/t的值不變，顯示它們的運(yùn)動(dòng)相同。 隨著斜面傾斜角的增大，x/t2的值也隨之增大，這表示隨著傾斜角的增大，小球進(jìn)行均勻變速直線運(yùn)動(dòng)的加速度也隨之增大。 如果將斜面實(shí)驗(yàn)結(jié)果取消到斜面傾斜角90，可以認(rèn)為小球自由落下，小球保持均勻的變速直線運(yùn)動(dòng)的性質(zhì)。 伽利略開(kāi)始研究自由落體運(yùn)動(dòng)，將研究自然規(guī)律的科學(xué)方法抽象思考、數(shù)學(xué)推導(dǎo)和科學(xué)實(shí)驗(yàn)相結(jié)合。 這種方法至今仍是物理學(xué)乃