(原创学案 高中物理 必修一 科教版 人教版 适用)第7节 对自由落体运动的研究(1)

学校班级姓名日期第一章运动的描述第7节对自由落体运动的研究（第1课时）●●●目标导航●●●1．通过历史知识,初步了解近代实验科学产生的背景,认识实验对物理学发展的推动作用。

2．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。

◆◆◆课前预习◆◆◆〖自主学习〗1.绵延两千年的错误亚里士多德根据平常观察到的落体现象得出了结论：____________的物体比____________的物体下落得快，这一结论在其后两千年的时间里，被人们奉为经典.2.逻辑的力量（1）伽利略利用逻辑推理的方法对亚里士多德的论断进行了推断，得出了____________的结论，使亚里士多德的理论陷入了困境.（2）伽利略对落体现象提出了一种新的观点：重物与轻物下落得____________.3.伽利略的假说与实验验证（1）伽利略猜想落体运动是一种____________运动，这种运动的速度应该是____________变化的.（2）伽利略让小球从斜面的不同位置由静止滚下，得出小球滚下的_________与__________成正比，即速度均匀变化.当倾角等于90°，即物体竖直下落时，____________与____________仍成正比，即速度是均匀变化的，得到了落体运动的规律.4.伽利略的科学方法伽利略科学思想方法的核心是把____________和____________（包括数学推演）和谐地结合起来，从而有力地推进了人类科学认识的发展.〖问题发现〗◐◐◐课堂突破◐◐◐〖探究1〗伽利略对自由落体运动的研究伽利略起先假设落体速度的变化对位移来说是均匀的，即v与x成正比。

随即他就发现这一假设是错误的，它会推导出荒谬的结论。

你能否推出这一假设的荒谬性？〖典例1〗伽利略以前的学者认为，物体越重，下落越快．伽利略等一些物理学家否定了这种看法．（1）在一高塔顶端同时释放一片羽毛和一个玻璃球，玻璃球先于羽毛到达地面，这主要是因为（）A. 它们的质量不等B. 它们的密度不等C. 它们的材料不同D. 它们所受的空气阻力不等（2）在此塔顶端同时释放大小相等的实心铁球和空心铁球，下列说法中正确的是（）①它们受到的空气阻力不等②它们的加速度相等③它们落地的速度不等④它们下落的时间相等A. ①③B. ②④C. 只有②D. 只有③【归纳反思】〖探究2〗伽利略的科学研究方法（1）．意大利科学家伽利略在研究自由落体运动规律时，进行了著名的斜面实验，其中应用到的物理思想方法是什么？（2）．伽利略通过数学推理得出，如果物体的初速度为0，而且速度与时间成正比，即v ∝t ，它通过的位移就与时间的二次方成正比，即x∝t2，得到了便于实验直接测定的数学关系式。

你能否完成这一推理？〖典例2〗关于落体运动规律，伽利略做了卓有成效的研究。

伽利略采用的方法是：用一个刻有标度的木槽，衬上光滑的羊皮纸，让质量不同的金属球沿槽沟倾斜地自由滚下，分别测出金属球滚过木槽全程的1/4、1/2、2/3等距离所花的时间。

经过上百次的实验。

发现每次所经过的距离之比，都等于相应时间的平方之比，即s∝t2，所有小球在斜面上都做匀加速直线运动，运动的快慢与质量无关。

在这个基础上，伽利略推论，当斜面倾角增大到90°，小球做自由落体运动时，仍然会做匀加速直线运动，运动的快慢与质量无关。

当今，科学界普遍认为，伽利略对落体现象的研究是近代科学的开端。

这种认识的主要理由是（）A、伽利略把实验和数学有机地结合起来，这是后来科学研究中常用的方法B、伽利略的实验装置设计得十分的精巧，这种设计思想对后来的科学实验产生了积极的影响C、伽利略把斜面实验得到的结论外推出落体定律，这是后来科学研究中常用的思想方法D、伽利略认真实验、严格测量、细心运算的作风对后来的科学研究产生了积极的影响【归纳反思】〖探究3〗自由落体运动的认识思考发生在我们身边的物体下落运动，哪些能看作自由落体运动？哪些不能看作自由落体运动？什么情况下物体的下落可看作自由落体运动？〖典例3〗关于自由落体运动，下列说法正确的是（）A. 物体做自由落体运动时不受任何外力的作用B. 在空气中忽略空气阻力的运动就是自由落体运动C. 自由落体运动是初速度为零的匀加速直线运动D. 不同物体做自由落体时其速度变化的快慢是不相同的【归纳反思】▲▲▲当堂展示▲▲▲1、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（）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2、下列说法正确的是（）A．物体从静止开始下落的运动叫做自由落体运动B．物体只在重力作用下从静止开始下落的运动叫做自由落体运动C．从静止开始下落的钢球受到空气阻力作用，不能看成自由落体运动。

D．从静止开始下落的钢球受到空气阻力作用，因为阻力与重力相比可以忽略，所以能看成自由落体运动。

◎◎◎拓展阅读◎◎◎伽利略与自由落体实验伽利略是意大利著名的数学家、物理学家和天文学家，1564年2月15日生于比萨一个没落贵族的家庭.他曾担任比萨大学和帕多瓦大学的数学教授，并在执教之余从事科研活动.他认真研究了斜面运动、抛物体运动、力的合成和单摆的等时性，提出了物体的抛物线下落定律.此外还在天文学领域取得巨大成就.由于他支持和发展了哥白尼的学说，被罗马宗教裁判以宣传异端罪判处终身监禁.1642年伽利略含冤去世.1979年，罗马教廷为伽利略平反昭雪.伽利略在比萨斜塔上做落体实验的故事广为人知.他在比萨大学任教期间，仔细研读过希腊著名学者亚里士多德的《论天》等著作，并对书中的“物体落下的速度与重量成正比”的理论产生怀疑.为此，他与几个学生在56米高的比萨斜塔上反复实验.结果证明他的结论是正确的.后来，伽利略贴出海报，邀请所有的师生到斜塔下观看他的实验.他的几个学生拿着计时用的沙漏和各种不同重量的铁球及其他实验用品，登上斜塔.伽利略向站在塔上的学生发出信号，学生们立即让物体落下，计算结果仍然证明：不同重量的物体，从同一高处下落，只要所受到的空气阻力和风力等条件相同，就会同时落地.这就是自由落体定律.伽利略的理论为后来科学的发展奠定了基础，“牛顿运动定律”及“万有引力定律”就是在伽利略科学理论的基础上进一步研究得出的.读后思考：伽利略的主要贡献有哪些？蚂蚁从高处落下来为什么摔不死？众所周知，人从楼上掉下摔不死也会摔成重伤，可是蚂蚁从高处落下却会安然无恙，你知道其中的秘密吗？原来是这样：物体在空气中运动时会受到空气的阻力，其阻力的大小与物体和空气接触的表面积大小有关.越小的物体其表面积大小和重力大小的比值越大，即阻力越容易和重力相平衡，从而不致于下降的速度越来越大，也就是说微小的物体可以在空气中以很小的速度下落，所以蚂蚁落地时速度很小，不致于摔死.第7节 对自由落体运动的研究（第1课时）班级 姓名 评价 ■■■课时作业■■■1.在物理学的发展历程中，下面的哪位科学家首先建立了平均速度、瞬时速度和加速度等概念用来描述物体的运动，并首先采用了实验检验、猜想和假设的科学方法，把实验和逻辑推理和谐地结合起来，从而有力地推进了人类科学的发展（ ）A.伽利略B.亚里士多德C.牛顿D.爱因斯坦2.亚里士多德的命题“重的物体下落快，轻的物体下落慢”失误的根源在于他（ ）A.不注意观察自然现象B.对此没有做深刻的逻辑思辨C.对此没有进行科学实验D.对此没有进行归纳和总结3.在学习物理知识的同时，还应当十分注意学习物理学研究问题的思想和方法，从一定意义上说，后一点甚至更重要.伟大的物理学家伽利略的研究方法对于后来的科学研究具有重大的启蒙作用，至今仍然具有重要意义.请你回顾伽利略探究物体下落规律的过程，判定下列哪个过程是伽俐略的探究过程（ ）A.猜想—问题—数学推理—实验验证—合理外推—得出结论B.问题—猜想—实验验证—数学推理—合理外推—得出结论C.问题—猜想—数学推理—实验验证—合理外推—得出结论D.猜想—问题—实验验证—数学推理—合理外推—得出结论4.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.当时没有记录落体运动的数码相机5.一个铁钉和一团棉花同时从同一高处下落，总是铁钉先落地，这是因为（ ）A.铁钉比棉花团重B.棉花团受到的空气阻力不能忽略C.铁钉不受空气阻力D.铁钉的重力加速度比棉花团的大6.根据伽利略的猜想x ∝t 2可知，自由下落的物体，它下落一半路程所用的时间和全程所用的时间之比（ ） A.21 B.2 C.22 D.27.历史上，对于伽利略用斜面实验验证v ∝t 有许多争议.人们认为，他的时间测量不够准确；斜面上的小球是滚下来的，而做落体运动的小球没有滚动.你认为伽利略的实验还存在哪些问题？请提出来并加以讨论.8.物理学家曾评选出十个最美的物理实验.这种“美”是一种经验概念：最简单的仪器和设备，最根本、最单纯的科学结论.其实，科学美蕴藏于各科的实验之中，有待于我们在学习过程中不断地感悟和发现.伽利略的自由落体实验和加速度实验均被评为最美的实验.在加速度实验中，伽利略将光滑直木板槽倾斜固定，让铜球从木槽顶端沿斜面由静止滑下，并用水钟测量铜球每次下滑的时间，研究铜球的运动路程与时间的关系.亚里士多德曾预言铜球的运动速度是均匀不变的.伽利略却证明铜球运动的路程与时间的平方成正比.请将亚里士多德的预言和伽利略的结论分别用公式表示（其中路程用x、速度用v、加速度用a、时间用t表示）.亚里士多德的预言：____________；伽利略的结论：____________.伽利略的两个实验之所以成功，主要原因是在自由落体实验中，忽略了空气阻力，抓住了重力这一主要因素.在加速度实验中，伽利略选用光滑直木板槽和铜球进行实验研究铜球运动，是为了减小铜球运动过程中的____________，同时抓住____________这一主要因素.■■■交流台■■■参考答案◐◐◐课堂突破◐◐◐〖探究1〗设物体下落1m 时速度增加为2m/s ，则平均速度1v ＝1m/s ，下落时间111x v t ==2s ；根据假设，物体下落2m 时速度增加为4m/s ，则平均速度为v ＝2m/s ，下落时间222x v t ==2s 。

结果是12t t =，即物体通过第二米位移不需要时间，这显然是荒谬的。

〖典例1〗点拨：羽毛下落时空气阻力不能忽略，玻璃球和铁球下落时空气阻力可以忽略．解析：（1）玻璃球先于羽毛到达地面，这主要是因为羽毛受到的空气阻力大的缘故．正确选项为D ．（2）大小相等的实心铁球和空心铁球受到的空气阻力相等．在忽略空气阻力的情况下，两球均做自由落体运动，它们的加速度相等．因下落高度相等，故下落的时间相等，落地的速度相等．正确选项为B ．点评：羽毛下落得比玻璃球慢，是由于空气阻力的影响．在空气阻力很小而可以忽略的情况下，实心铁球和空心铁球均做自由落体运动，下落的快慢程度相同．要抛弃亚里士多德的错误观点，不要以为重物比轻物下落得快． 〖探究2〗（1）．理想实验法 （2）．根据自由落体运动的速度公式v ＝gt ，作出v -t 图象如图。