伽利略“冲淡”重力思想在自由落体中的运用
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伽利略对自由落体运动的研究的总结一、研究背景在伽利略之前,人们对物体下落的认识存在误区,亚里士多德认为重的物体比轻的物体下落得快,这一观点统治了人们的思想长达近两千年。
二、伽利略的逻辑推理1. 归谬法- 假设亚里士多德的观点正确,即重的物体比轻的物体下落得快。
- 设想把一个重的物体和一个轻的物体拴在一起让它们下落。
按照亚里士多德的观点,重的物体下落快,轻的物体下落慢,那么轻的物体就会拖慢重的物体的下落速度,整体的下落速度应该比重的物体单独下落时慢。
- 但是从另一个角度看,拴在一起后的物体总重量比重的物体还重,那么整体下落速度应该比重的物体单独下落时快。
- 这就产生了矛盾,从而说明亚里士多德的观点是错误的。
三、伽利略的实验探究1. 斜面实验- 伽利略时代没有精确的计时工具,直接研究自由落体运动比较困难。
他采用了“冲淡重力”的方法,让小球从斜面上滚下。
- 他发现,小球沿斜面滚下的运动是匀加速直线运动。
通过改变斜面的倾角,发现小球的加速度随斜面倾角的增大而增大。
- 当斜面倾角很大接近90°时,小球的运动就接近自由落体运动。
所以他推断自由落体运动也是匀加速直线运动。
2. 数学推理与实验验证相结合- 伽利略通过数学推理得出初速度为零的匀加速直线运动的位移与时间的平方成正比(x=(1)/(2)at^2)。
- 他在斜面上进行实验,测量小球在不同时间内通过的位移,验证了位移与时间的平方成正比的关系,从而进一步证实了自由落体运动是匀加速直线运动。
四、伽利略研究的意义1. 伽利略开创了以实验事实为根据并具有严密逻辑体系的近代科学,推翻了亚里士多德的错误观点,为牛顿经典力学体系的建立奠定了基础。
2. 他的研究方法(逻辑推理、实验探究、数学推理与实验验证相结合)为后来的科学研究提供了典范,使人们认识到科学研究需要大胆质疑、严谨推理和实证检验。
简述伽利略与自由落体的故事伽利略是伟大的科学家,他在十七世纪前期做出了许多重要的发现。
其中,自由落体是他最著名的研究领域之一。
在这个领域,伽利略通过一系列实验,深入研究了物体的运动规律,提出了许多重要的理论和知识。
简单来说,自由落体就是指任何没有受到阻力或摩擦力的物体,会在重力作用下以一定的速度下落到地面上。
而伽利略最初的探索,则是要证明不同重量的物体,在没有阻力的情况下会以相同的速度下落。
这一观点,被认为是伽利略研究自由落体的最重要的基础。
伽利略通过多次实验,在低阻力环境中,将不同重量的铅球从高处释放,只观察其下落的时间。
他发现,无论是轻的铅球还是重的铅球,它们下落的时间是一样的,差别不到0.1秒。
这一实验结果,显然证明了伽利略的观点,而这也意味着整个世界对自由落体的理解迈出了重要的一步。
除此之外,伽利略还在自由落体领域做出了许多其他重要的工作。
比如,他发现自由落体的下落速度是随着时间的推移而逐渐加速的,而这一规律是在经过长时间的实验后得出的重要结论。
这种加速度是相对恒定的,而且与物体的质量和形状无关。
除了实验外,伽利略还通过数学模型来探索自由落体的物理特性。
他利用另一个伟大的科学家Cavendish提出的物理学规律,即“加速度与力的关系”,来进一步推导出了自由落体的公式——自由落体的距离与时间的平方成正比。
这一公式,后来成为了物理学中自由落体的基本公式之一,并对整个物理学领域产生了深远的影响。
总之,伽利略的自由落体实验以及数学模型为物理学这门科学的发展做出了巨大的贡献。
它不仅深刻地改变了人们对物体运动规律的理解,而且也为今后的物理学研究奠定了坚实的基础。
这一段小故事,一方面表现了伽利略这位天才科学家的聪明才智,另一方面也向我们阐述了自由落体这个重要的物理学领域的诞生和发展。
伽利略的自由落体实验意义1. 一探究竟:伽利略和他的自由落体实验说到伽利略,我们不得不佩服这位“搞事情”的老爷子。
他生活在16世纪的意大利,是个典型的科学怪才,脑袋里装满了各种奇妙的想法。
你可以把他想象成一个很爱玩科学实验的老顽童。
伽利略最著名的实验之一就是他的自由落体实验,简单来说,就是他掉下东西来看它们掉得有多快。
你一定会想,掉东西有什么好研究的?但实际上,伽利略搞的这个实验,简直可以说是把整个科学界的脑袋给拧了一下,给当时的科学观念来了一次“大洗牌”。
1.1 旧观念的碰撞在伽利略之前,大家普遍相信亚里士多德的理论:重物掉得比轻物快。
那时候,大家都觉得这不是什么值得讨论的问题,反正就是“重的快,轻的慢”,这已经成了大家的共识。
就像你家楼下那个大叔总爱拿自己的算盘来算命,觉得自己有一套。
伽利略却不买账,他决定用实际实验来检验这个“常识”。
他爬到比萨斜塔上,带着一堆不同重量的物体,准备来个“大比拼”。
1.2 实验的独特之处伽利略的实验有一个特别的地方,就是他不只是单纯地让物体自由下落,而是设计了一种很巧妙的方式来记录时间。
他用了一个滚动的斜面,这样可以减缓物体的下落速度,方便他用水滴计时器来精确测量。
说白了,就是他把复杂的东西搞成了简简单单的实验,让他能精准地测量出每个物体的掉落时间。
这种创新思维,真的是把科学实验的门槛降低了不少,简直就是个“科学神操作”。
2. 颠覆认知:自由落体的真实面貌伽利略的实验结果,让当时的人瞠目结舌。
他发现,不论是重物还是轻物,它们的下落速度基本是一样的。
这就像是打破了一个“大碗菜”的假象,告诉大家“重的和轻的,其实没啥差别”。
这可真是大新闻,等于把亚里士多德的理论扔进了垃圾桶里。
这一发现,不仅是对旧有理论的挑战,也让人们对物体运动有了新的认识。
可以说,伽利略的自由落体实验是一场科学的“地震”,震得科学界的一些老大哥们脑袋都晕了。
2.1 理论与实践的结合伽利略的实验不仅仅是一个“噱头”,它还为后来的科学研究奠定了基础。
伽利略对自由落体运动的研究方法加蒂利亚·伽利略是文艺复兴时期意大利物理学家,人们认为他是物理学和天文学观念改变的主要门运动者。
他提出了一系列独特的修正版的物理学模型,挑战了安东尼·阿基米德千年前的一些基本观念,并成就了现代天体物理学的基础。
伽利略的对牛顿的研究非常全面,他的最重要的贡献被认为是他解决了自由落体运动的研究。
伽利略在自由落体运动的研究方法中,开发并广泛应用了有关运动、加速度与力等realtionships 的公式,集中考虑了空气阻力,从测量结果中抽取出统计特征,以改善先前定义的物理定律。
首先,伽利略发现,多体物体经历自由落体运动时,重力加速度是相同的,这是他重新启用重力这一概念时提出的定律。
加速度与其大小息息相关,因此推广它的用途,以获得对落体更多的数据。
与此同时,通过测量落体的速度,伽利略发现速度随着高度的减少而增加,他断定空气阻力必须纳入计算,从而在物理学中获得严格的数据。
他还发现,升力与重量成反比,体现在落体运动中,将会被抵消。
空中抵抗,除重力外,另一个重要的力量是空气的阻力,伽利略认为增加的空气阻力会抵消重力,造成物体落体运动时的变缓,这是他用实验来验证的。
最后,他用一些算法演算的方式得出了一系列精确的数学表达式来量化落体运动中的变化。
他的方法也可以应用到各种情况下的运动学,他的贡献对于不论是应用物理学还是数学都是巨大的,他也为物理上就安多尼科普勒的圆周运动提供了支持。
总之,伽利略在自由落体运动研究中所做出的贡献是巨大的,他证明了落体不仅是重力作用的结果,而且还受到空气阻力的影响,并给出了与此有关的许多精确数学表达式。
因此,伽利略的对自由落体运动的研究得到广泛的认可,给后来的物理学研究带来了宝贵的贡献。
伽利略对自由落体运动的实验在古老的意大利,咱们的朋友伽利略可是个传奇人物。
他就像是科学界的摇滚明星,大家都在瞩目他的每一步。
在那个时代,人们对物体下落的想法还停留在古老的观念上。
你知道吗?那时候大家认为,重的东西下落得比轻的快。
哎,这可真是个误会呀!伽利略决定不再听那些陈旧的说法,他要亲自搞清楚这个问题。
于是,他做了个超级简单却又绝妙的实验。
他找来几样东西,比如一个小球和一个更大的球。
然后,他带着这些东西,爬上了比萨斜塔。
这可不是普通的爬塔,伽利略可是心怀大志。
他站在塔顶,朝下面一看,心里想着:“今天我要让全世界都知道真相!”他同时把两个球扔了下去。
嘿,结果让他惊呆了!两个球几乎同时落地,简直像是双胞胎兄弟一起降落。
人们看到这一幕,可能都傻眼了。
很多人都在想:“这怎么可能?这小球怎么能和那个大球一块儿下落呢?”伽利略可是胸有成竹,他明白,物体的重量并不影响它们下落的速度。
就像咱们说的,轻重不重要,关键看你心态。
这个发现可是颠覆了人们对重力的理解,真是开了个大眼界。
为了进一步验证他的理论,伽利略开始用不同的物体进行实验。
他找来了石头、羽毛,甚至是个小铁球。
嘿,结果都差不多,羽毛掉得慢一点,不过这可怪风啊!伽利略笑着说:“这不怪我,是风在捣乱!”这样一来,他逐渐揭示了自由落体的秘密,简直是神来之笔。
人们开始对他的实验感到好奇,纷纷涌来围观。
有些人不相信,甚至还质疑:“这小子搞的什么鬼?”伽利略可不在乎,他心里明白,科学就是要通过实验和观察来证明一切。
就算众人不信,他也要坚持自己的理念,心中有光,眼中有梦。
他觉得,真理终究会被发现,毕竟“天道酬勤”嘛。
伽利略的实验不仅仅是让人们对下落运动有了新认识,还在科学史上留下了深远的影响。
他的勇气和决心激励了后来的科学家,大家都开始认真观察身边的事物。
也许,正是因为有了伽利略,才让后来的牛顿、爱因斯坦有了启发,真是一代接一代的传承。
伽利略的故事告诉我们,探索真理的路上总会有挑战。
伽利略对自由落体运动的研究伽利略对自由落体运动的研究(精选2篇)伽利略对自由落体运动的研究篇1一、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:引导学生阅读教材第一段,提出问题:为什么会有错误的认识呢?学生活动:思考问题,交流体会。
得出错误认识的根源:不注意探索事物的本质,思考不求甚解。
2、伽利略的逻辑推理教师活动:引导学生阅读教材第三、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?学生活动:带着问题阅读教材,阐述自己的观点。
点评:培养学生语言表达能力,培养学生逻辑推理能力。
课件展示:《逻辑的力量》3、猜想与假说教师活动:引导学生阅读教材“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?学生活动:带着问题阅读教材,阐述自己的观点。
点评:培养学生语言表达能力,培养学生分析概括能力。
16世纪末,伽利略通过在比萨斜塔所做的自由落体实验,推翻了亚里士多德关于物体自从古希腊哲学家亚里士多德提出物体因重量而落体的理论,几乎至16世纪末人们都没有挑战过他的观点。
然而,一位著名的科学家伽利略却不服从于这一傳統,他在1589年完成了一项史无前例的实验。
伽利略认识到,只有通过实验才能验证亚里士多德的假设,因此他经过多次试验开发出一种完美的研究工具,即比萨斜塔实验。
比萨斜塔(Pisa Tower)是一座意大利中心建设的钟楼,它由陡峭的塔面和许多平台组成。
因此,伽利略从比萨斜塔上做了他的实验,他从不同高度抛出相同重量的物体,以看看它们在空中的飞行时间是否相同。
如果时间是完全相同的,那么这将意味着所有物体是以同样的方式落下的,而可能是重量很小甚至无关紧要。
这项实验给伽利略带来了难以置信的结果:即使重量不同以及从不同高度抛出,物体也会落下来的速度是相同的。
基于它发现了下落速度只与落下距离成正比,而跟物体质量无关的定律。
这个定律,成为今天伽利略定律,从而证明了亚里士多德理论的错误性。
伽利略的实验也对许多物理现象产生了深远的影响,如我们现在有关流体力学、电磁学、声学等许多领域中的科学解释,都是基于伽利略定律。
这项实验被认为是现代科学实践的第一次尝试,标志着科学实践研究的出现。
与此同时,它的结果也许会使人们感到意外,因为它正负责了亚里士多德的古老理论,并加入了一系列迄今为止最先进的知识。
这使得伽利略被人们认为是新科学实践研究的伟大先驱,并因他提出的定律而广为人知。
从此,伽利略的实验受到科学家欢迎,它成为重要的科学贡献,也促进了科学研究和科技发展的进步。
由于其显著的成就和科学思想,伽利略被称为科学史上的一位伟人。
高中物理--伽利略对自由落体运动的研究 练习1.伽利略在研究自由落体运动时,为了“冲淡重力加速度”,他先将小球置于一个可看成光滑的斜面上,如图甲所示,然后将斜面的倾斜角逐渐变大,最后过渡到自由落体运动。如果在某次实验研究中:他在光滑的斜面上任取三个位置A 、B 、C 。让小球分别由A 、B 、C 滚下,如图乙所示,让A 、B 、C 与斜面底端的距离分别为1x 、2x 、3x ,小球由A 、B 、C 运动到斜面底端的时间分别为1t 、2t 、3t ,小球由A 、B 、C 运动到斜面底端时的速度分别为1v 、2v 、3v ,则下列关系式正确的是( )A .312222v v v == B .312222123x x x t t t == C .312123v v v t t t == D .123v v v <<2.伽利略在著名的斜面实验中,让小球分别沿倾角不同、阻力很小的斜面从静止开始滚下,他通过实验观察和逻辑推理,得到的正确结论有( )A .倾角一定时,小球在斜面上的位移与时间成正比B .倾角一定时,小球在斜面上的速度与时间成正比C .斜面长度一定时,小球从顶端滚到底端时的速度与倾角无关D .斜面长度一定时,小球从顶端滚到底端所需的时间与倾角无关3.将一物体以一初速度竖直上抛,在下列四幅图中,能正确表示物体在整个运动过程中的速率v与时间t的关系(不计空气阻力)的图是( )A.B.C.D.4.图为“探究自由落体运动规律”实验过程中拍摄的频闪照片(照片中的数字是小球落下的距离,单位为cm),为了根据照片测得当地重力加速度值一定要记录的是()A.小球的直径B.小球的质量C.频闪光源的频率D.小球初速度为零的位置5.伽利略理想斜面实验使人们认识到引入能量概念的重要性.在此理想实验中,能说明能量在小球运动过程中不变的理由是()A.小球滚下斜面时,高度降低,速度增大B.小球滚上斜面时,高度增加,速度减小C.小球总能准确地到达与起始点相同的高度D.小球能在两斜面之间来回滚动6.伽利略在研究落体运动时,设计了如图所示的斜面实验,下列哪些方法是他在这个实验中采用过的()A.用水钟或节拍器计时B.用打点计时器打出纸带进行数据分析的比值的大小C.改变斜面倾角,比较各种倾角得到的stD.将斜面实验的结果合理“外推”,说明自由落体运动是特殊的匀变速直线运动7.屋檐上每隔相同的时间间隔滴下一滴水,当第5滴正欲滴下时,第1滴刚好到达地面,而第3滴与第2滴分别位于高为1 m的窗户的上、下沿,如图所示,(g=10m/s2)问:(1)滴水的时间间隔是多少?(2)此屋上屋檐离地面多高?8.杂技演员用一只手把四个球依次向上抛出为了使节目能持续表演下去该演员必须让回到手中的小球隔一个相等的时间再向上抛出,假如他抛出每一个球上升的最大高度都是1.25m,那么球在手中停留的最长时间是多少?(不计空气阻力,g取210m/s,演员同时抛球和接球)9.一物体以20m/s的初速度竖直向上抛出问:在1s末、3s末该物体的速度和位移大小各是多少?。
伽利略自由落体实验通俗讲解
伽利略自由落体实验是一项著名的物理实验,它探究了物体自由下落时的运动规律。
这项实验的结果不仅对物理学产生了深远的影响,而且也改变了人们对自然界的认识。
在中世纪的欧洲,亚里士多德的物理学说广为接受,其中就包括重物比轻物下落更快的观点。
然而,伽利略对这个观点产生了怀疑,并通过实验来验证它。
伽利略选择了一个简单的实验方法:将两个不同重量的物体从相同的高度自由释放,并观察它们的下落速度。
为了消除空气阻力的影响,伽利略使用了一个真空泵来抽出空气。
他发现,两个物体同时落地,它们的下落速度是相同的,与它们的重量无关。
这个实验的结果推翻了亚里士多德的观点。
伽利略的解释是,物体下落的速度只与重力加速度有关,与物体的质量无关。
这个概念今天被称为“等效原理”,它是广义相对论的基础之一。
这项实验的结果对当时的科学界产生了巨大的影响,因为它证明了一个基于实证的科学方法的重要性。
伽利略通过实验和观察来得出结
论,而不是仅仅依靠哲学和逻辑推理。
这种方法成为了现代科学的基础。
此外,伽利略的自由落体实验也启示我们,不要轻易接受传统的观念,而是要通过实验和观察来验证它们的正确性。
这种方法不仅适用于科学研究,也适用于我们日常生活中的决策和判断。
伽利略的自由落体实验的原理
伽利略的自由落体实验是伽利略敷衍了几千年来斯宾诺莎和克劳德所假定的物体自由落体运动原理,通过实验检验斯宾诺莎和克劳德所假定的物体自由落体运动原理,被称为伽利略自由落体实验。
伽利略在实验中,他发现不论物体重量大小,它们在没有受力作用的情况下,都会以一定的速度快慢向下坠落,他认为:物体在任何情况下,坠落的速度大致相同,也就是不论重力作用在物体上的大小,它们的坠落速度差别不会太大,也就是说,物体受到重力作用时,会随着时间推移不断加速。
这就是伽利略发现的物体自由落体运动原理。
伽利略发现的物体自由落体运动原理的实验,被称为伽利略的自由落体实验。
它是如何实验呢?伽利略将对象放置在斜面上,从同一高度让对象自由落体,然后观察掉落的位置和时间,从而比较出物体放置在不同高度时的掉落时间和位置,最终求出物体落体的加速度。
实验结果表明,物体在重力作用下,每秒加速度为9.81米/秒2,这就是所谓的“重力加速度”。
这也是伽利略最重要的实验,它使牛顿之后的科学家更好地理解了物体运动的原理,从而形成了整体的力学学科。
探析伽利略研究自由落体运动的科学思维方法一、归谬法伽利略巧妙的用了一个佯谬否定了亚里士多德得出的“重的物体下落快”的论断,得出一种可能:重物与轻物应该下落的同样快。
二、抽象思维方法抽象即事物主要的、本质的东西联合起来,建立一个轮廓清晰、主题突出的模型,伽利略对自由落体运动的研究就是如此。
在自然状态下,落体运动受空气阻力的干扰,如果要排除空气阻力的干扰,那就需要创设一个真空环境。
于是伽利略运用抽象思维方法,撇开空气阻力的影响,设想在纯重力状态下的落体运动,得出了自由落体运动定律。
其实,伽利略在物理学中的许多成就都可以归功于他能在种种复杂情况下作出抽象,如“理想摆”、“伽利略的理想实验”、及“抛体运动”。
抽象思维方法是他实现科学发现必不可少的条件。
所谓“理想实验”并不是实物实验,而是依据理想化的条件进行推导并想象其结果。
伽利略曾做过让小球沿斜面下滚的实物实验,由于受到了斜面摩擦和空气阻力的作用,从一个斜面滑下冲上另一给斜面,其高度总比原来低。
伽利略设想了一种理想化条件:如果所有阻力减小到零,小球就会上升到原来的高度,这就是伽利略著名的“理想实验”。
三、实验与数学相统一物理是一门以实验为基础的科学,在伽利略以前的不少思想家也指出过实验的重要性,但伽利略与他们不同,他所着眼的不是对自然界的单纯观察,而是有计划的进行实验,在做实验时,研究者就像在向自然界提出他们感兴趣的问题并且得到回答一样。
伽利略认为,理论和自然是否相符,必须由“选择得当的实验”来判断。
及时对那些已经公开的观点也得采用实验法加以探究。
伽利略认为,在对自然界进行实验研究的过程中,必须同时运用数学计算法,所以他特别重视实验的定量分析。
伽利略深信,“自然界”这本“书”使用数学语言写成的,不懂得数学语言,就不能揭开自然界的奥秘。
在对自由落体运动的研究中,伽利略曾大胆地猜测,落体运动是一种最简单的变速运动,即下落物体的速度是随着时间均匀增大的,即v∝t,他也想通过实验来验证,但是如何解决时间的测量问题是个难题。
伽利略的自由落体实验的原理
伽利略的自由落体实验原理:
伽利略在他的著作《系统哲学中》提出了自由落体实验原理:
“所有物体在自由落体运动时,其速度按同一时间因数增加,这个因
数称为重力加速度。
”也就是说,当物体处于自由落体状态时,它的
速度会随着时间而不断增加,而且速度增加的幅度也是确定的,称为
重力加速度。
伽利略的自由落体实验原理是建立在古希腊哲学家亚里士多德的
自由落体假说的基础上的,即物体在重力场中会沿直线向下运动,而
不会受到其他外力干扰。
伽利略通过实验发现,物体在重力场作用下
每秒钟增加的速度是一定的,也就是我们常说的重力加速度,符号为g,值为9.8㎡/s2。
伽利略把重力场看成一个空气密封的袋子,随着形体运动而产生
的空气流动,因为袋子是密封的,所以流动的空气会产生压力,压力
根据形体运动的距离和因数来决定,如果有更大的距离,压力也会更大。
而在自由落体实验中,当物体掉落时,它会不断地运动,而重力
加速度就是这个不断增加的速度的因数。
由于伽利略的自由落体实验原理,我们能够进一步了解物体运动
的规律,为科学发展和技术进步开辟了新的途径。
从此之后,人类不
再把重力场看作一个静态,没有规律的场景,而是可以用科学的方法
来研究它的运动规律。
伽利略“冲淡”重力思想在自由落体中的运用作者:陈英
来源:《新课程·教师》2016年第10期
摘要:伽利略斜面实验中的“冲淡”重力思想巧妙地避开了物体下落时间快导致相关物理量难以测量的难题,最后对斜面实验进行合理外推,最终得到自由落体运动是一种匀加速直线运动。
这种思想其实同样可以用于对于“物体下落快慢是否一致”的探究活动当中。
关键词:伽利略;自由落体;冲淡重力
通常情况下,多数教师在处理自由落体运动这一节内容时,都是先证明不同质量的物体下落的快慢程度相同,然后才能引入自由落体运动。
对于这个理论的证明,笔者认为,比较妥当的处理方式是先要证明重的物体比轻的物体下落得慢这种现象也是存在的。
因为在学生的潜意识中,包括在现实生活中,可能会存在重的物体比轻的物体下落得快。
而从学生的前概念出发,更能激发学生的兴趣。
这一点很好证明,比如,比较半张纸团和整张纸的下落,得到质量轻的物体在某些情况反而比重的物体下落得快,学生看到这个实验后,会意识到是因为空气阻力的原因,导致物体下落快慢存在差别。
但是,这个实验只能证明亚里士多德关于重的物体下落得快是一个悖论,并不能直接证明在没有空气阻力的情况下,所有的物体下落的快慢相同。
而牛顿管实验是证明这个结论最经典的实验,牛顿管虽然现象明显,证明过程严谨,但是牛顿管的缺点是不易操作,需要抽气机将管内空气抽取干净来对比空气存在时物体下落的快慢。
一、伽利略“冲淡”重力思想
伽利略“冲淡”重力思想是源于伽利略著名的斜面实验。
这个实验其实是为了证明自由落体是匀加速直线运动,但是考虑到当时对于“速度”“时间”的测量存在一些困难,伽利略想到了,既然竖直方向上的运动时间短不好测量,能否考虑将物体放在斜面上让之下落?所以,通过在斜面上的测量,伽利略发现,小球在斜面上往下的运动是匀加速直线运动。
随着斜面倾角的增大,小球依然能保持匀加速直线运动,只是加速度的数值发生了变化。
所以,伽利略进行了合理外推,他认为,斜面倾角90度是一个特殊的斜面,小球还是应当遵循之前的运动规律,那就是匀加速直线运动。
在这个实验中,我们发现,伽利略的想法体现了“从量变到质变”的过程,斜面很好地削弱了重力对小球下落的影响。
这种“合理外推”的逻辑推理很符合高中生的认知发展过程,笔者对于这种方法进行了深入的思考,发现还可以用于对物体下落快慢的探讨当中,基于伽利略的“冲淡”重力,笔者将“冲淡”阻力的思想运用到最初的下落快慢实验中来。
二、“冲淡”阻力思想在自由落体中的应用
取6只试管,A组两个试管内部盛有洗洁精,B组两个试管内部盛有纯净水,C组两个试管内部没有任何液体,我们认为内部盛有空气。
从试管内部的物质来看,A组的物质最稠,B 组次之,C组最稀。
假如有物体分别在三组试管中下落,那么,A组受到的阻力将最大,B组次之,C组最小。
这组实验器材达到了“冲淡”阻力的目的。
现在准备一个实心铁球和橡胶球,要求铁球比橡胶球质量大,依次在三组试管中释放小球,观察实验现象。
我们可以看到,在三组试管中,小球的下落情况差别很大,如图所示。
A组中,明显铁球下落的比较快,B组中,虽然依然是铁球下落得比较快,但是相对于A而言,铁球和橡胶球的差距在减少,而在C组中,铁球和橡胶球下落几乎一致。
经过分析,我们可以得出,随着阻力的减小,不同质量的小球下落快慢程度逐渐接近。
就像伽利略对斜面进行合理外推一样,我们可以同样推出,假如是真空,不同质量的物体下落快慢程度相同。
三、总结和反思
在本实验中,因为试管、洗洁精、纯净水、铁球、橡胶球在生活中容易获得,学生自己操作的可能性很大。
因此,本实验是很典型的非常规物理实验。
非常规物理实验是指主要利用学生熟悉的生活易得物品、材料、器具以及儿童玩具等开发进行的一类体现自创性、体验性、趣味性、简易性、生活化的物理实验教学活动。
非常规物理实验这一概念的提出主要是为了弥补常规物理实验在教学中的不足,希望能够将常规物理实验和非常规物理实验结合起来,最大限度地发挥物理实验在中学物理教学中的功能。
非常规实验有着环保、节约、易得、极简、创新等优点。
除此之外,这些实验器材的可替代性也很高,例如,将铁球换成玻璃球,将洗洁精换成食用油,将试管换成矿泉水瓶等,因为选用了生活中常见的实验器材,会让学生有一种亲切感,所以,这种非常规实验也是我们所倡导的。
对于本实验在课堂中的安排,笔者认为需要做一些铺垫。
首先要让学生意识到“阻力”是影响物体下落快慢的重要因素。
我们可以将同一张纸折成纸团和纸张下落对比试验,让学生意识到,质量相同的纸团和纸张下落快慢不同是因为纸张受到的空气阻力比较大引起的。
然后再去做三组阻力不同的实验,探究阻力的变化如何影响物体下落的快慢。
最终得到,没有阻力的时候,不同质量的物体下落快慢相同。
参考文献:
[1]张伟,郭玉英,刘炳升.非常规物理实验:有待深入开发的重要物理课程资源[J].物理教师,2005,26(9):27-28.
[2]张伟,郭玉英,刘炳升.“非常规”物理实验概念探讨[J]. 物理实验,2006,27(8):27-28.
编辑王团兰。