伽利略对自由落体运动的研究

一、课堂导入亚里士多德和伽利略关于“落体运动”的观点（1）亚里士多德观点：物体下落快慢由物体重力决定。即：物体越重，下落越快。（2）伽利略观点：物体下落的快慢与物体的质量无关。谁的观点正确？二、新课传授结论：物体下落的快慢与质量无关。那么，实际生活中为什么苹果要比树叶下落得快？即：影响物体下落快慢的因素是什么？公元前4世纪，古希腊伟大的思想家、哲学家亚里士多德（Arestotle）根据与我们类似的观察，直接得出结论：重的物体比轻的物体下落得快.亚里士多德的论断流传了近2000年，直到16世纪，在意大利的比萨斜塔上，伽利略做了著名的两个球同时落地的实验.两个轻重不同的小球同时落地的声音，是那样的清脆美妙，又是那样的发聋振聩！它动摇了人们头脑中的旧观念，开创了实验和科学推理之先河，将近代物理学以至近代科学推上了历史的舞台.今天这节课我们就一起来经历伽利略对自由落体运动的研究过程，领悟这位大师的科学精神、物理思想、研究方法，得其精髓，有所借鉴.一、绵延两千年的错误亚里士多德的观点：物体越重，下落越快.公元前，人们对物体下落的研究很少，凭着观察认为重的物体比轻的物体下落得快.当时，著名的思想家亚里士多德（Aristotle，前384～前322）经过了观察和总结认为“物体下落的速度与重力成正比”.这一观点正好应和了人们潜意识里的想法；同时，它又是伟大的亚里士多德提出的论断，人们深信不疑.从那以后，人们判断物体下落的快慢，甚至给孩子们上课时一直坚持这一观点，这一观点一直延续了2000多年，从没有人对它提出异议.交流与讨论：为什么会有错误的认识呢？错误认识的根源在于不注意探索事物的本质，思考不求甚解.16世纪末，意大利比萨大学的青年学者伽利略（GalileoGalilei，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.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？如果没有空气阻力将会怎样呢？学生讨论后回答.三、猜想与假说伽利略认为，自由落体是一种最简单的变速运动.他设想，最简单的变速运动的速度应该是均匀变化的.但是，速度的变化怎样才算均匀呢?他考虑了两种可能：一种是速度的变化对时间来说是均匀的，即经过相等的时间，速度的变化相等；另一种是速度的变化对位移来说是均匀的，即经过相等的位移，速度的变化相等.伽利略假设第一种方式最简单，并把这种运动叫做匀变速运动.四、实验验证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.三、巩固训练1．伽利略认为初速度为零的匀加速运动速度与位移及时间的关系是----------------（）A．速度与位移成正比B．速度与位移的二次方成正比C．速度与时间成正比D．速度与时间的二次方成正比2．伽利略用实验验证v∝t的最大困难是----------------（）A.不能很准确地测定下落的距离B.不能测出下落物体的瞬时速度C.当时没有测量时间的仪器D.伽利略的数学知识太少3．伽利略科学思想方法的核心是把和谐的结合起来，从而有力的推进了人类科学认识的发展，其科学研究过程的基本要素包含：对对象的一般观察、、运用逻辑得出推论、、。4．物体自塔顶自由下落，则它在第1s末的速度是，通过最初10m位移所需时间为，第3s内的位移大小是。5．物体从离地h高处自由落下，当下落h/16时的速度是落地速度的倍；当落到h/2时所用时间和下落全程所用时间之比为。6．一矿井深为125m,在井口每隔一段相同的时间落下一个小球，当第11个小球刚开始下落时，第一个小球恰好到达井底，则相邻两个小球开始下落的时间间隔为s，此时第3个小球和第5个小球间隔为m。7．一组同学研究“物体下落过程所受空气阻力的大小是否变化”的探究过程如下：A．有同学认为：物体下落过程所受空气阻力可能与运动速度有关。B．他们计划利用“小纸杯”作为研究对象，用频闪相机等仪器测量小纸杯在空中的下落运动，并研究下落距离、速度随时间变化的规律，以验证假设。来源：高考资源网高考资源网()C．在相同实验条件下，同学们先测量了单个小纸杯的运动情况，制作了下表并画出了对应的位移—时间图象如图a。然后将不同数量的小纸杯叠放在一起进行运动情况的测量，并最后作出它们的速度—时间图象如图b（图线序号与小纸杯数量相同）。时间（s）下落距离（m）0.00.0000.40.0360.80.4691.20.9571.61.4452.0按上述探究过程回答下面问题：（1）科学探究活动通常包括以下环节：提出问题、作出假设、制定计划、搜集证据、评价交流等。与A，C步骤相对应的探究环节是，。（2）你估算表格中对应2.0s时的下落距离是，图象a中1.2s之后的图线趋向直线，可以看作是运动。图象b中各图线的最初阶段为同一直线，说明各个运动在开始时做相同的运动。（3）由此探究你认为物体下落运动所受空气阻力的关系可能是（）a保持不变b越来越大c开始时增大后来没什么变化d没什么规律有：高考资源网()图b图av/ms-1s/m2.01.02.01.000.40.81.21.62.02.400.40.81.21.62.02.4t/st/s六、1.C2.B3.实验和逻辑推理提出假设通过实验对推论进行检验，对假说进行修正和推广4.10m/s2s25m5.1/41/26.0.5s35m7.(1)作出假设,收集证据(2)1.933匀速直线运动，匀加速直线运动（3）C四、师生小结1、绵延两千年的错误2、逻辑的力量3、猜想与假说4、实验验证5、伽利略的科学方法