2.6伽利略对自由落体运动的研究

姓名班级时间§2.6 伽利略对自由落体运动的研究【导学目标】1、了解伽利略研究自由落体运动的科学方法和巧妙的实验构思。

2、了解伽利略研究自由落体运动的探究历史。

【导学过程】【问题一】绵延两千年的错误“一块石头比一块树叶下落的快，从而亚里斯多德推导出物体下落的快慢由物体的质量决定”这种我们现在很容易反驳的观点为什么在那个时候可以持续2000多年？【问题二】逻辑的力量接近二千年后的伽利略通过亚里斯多德的观点，“重的物体比轻的物体下落的快”如何得出了一个自相矛盾的结论？伽利略认为怎么样才能解决这种矛盾？【问题三】猜想与假说物理学家们总是认为这个世界原本应该是很简单的，复杂只是表象，伽利略在反驳了亚里斯多德的观点后，自己大胆的假设，这种运动应该是最简单的形式即速度“均匀变化”的，他认为的速度均匀变化是什么情况呢？【问题四】实验验证1，在实验时伽利略面临哪些困难?2，伽利略是如何得出自由落体运动是匀加速直线运动的？3，伽利略把斜面实验外推到900需要很大的勇气，为什么这么说？注：1969年美国实现登月，这是人类首次登月成功，在一次登月活动中，宇航员David R．Scott 在月球上证实了榔头与羽毛下落一样快，月球的引力加速度为1.67 m/s2.【导学典例】【典例一】某人在高层楼房的阳台外侧以2 0 m/s的速度竖直向上抛出一个石块，石块运动到离抛出点15m处时，所经历的时间为多少？（不计空气阻力，取g =10m/s2）分析：石块运动到离抛出点15m处时，石块的位置是在抛出点上方还是在抛出点下方？如果是在抛出点上方的话，是处于上升阶段还是处于下降阶段？。

这样石块运动到离抛出点15 m处的位置必定有两个，如图所示，因而所经历的时间必为三个。

【典例二】一个苹果从高处自由下落，下落0.5s时，一颗子弹从其正上方向下射击，要使苹果在下落1.8m时被击中，则子弹发射的初速度是多大？分析：设子弹射击后t内击中苹果，则苹果下落的时间为t+0.5s，二者的位移相等。

二、逻辑的力量
重的物体 下落的快！ 重物与轻 物下落得 同样快！
V2=4
世界古代史上 最伟大的哲学 V1=8 家，教育家， 科学家,结论： 重的物体比轻 的物体下落快。
4<v12<8
V12>8
16世纪末，伽利 略用简单的反推 实验打破了绵延 2000年的错误。
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，速度 应该是均匀变化的。 均匀变化的两种可能性：一是速度随时间均匀变化，即v 与t成正比（现在的V=V0+at）；二是速度随位移均匀变化， 即v与x成正比。
2.6 伽利略对自由落体运动的研究
一、历史的回顾
亚里士多德通过对大量 的物体自由下落的观察（具 有片面性），直接得出结论： 重的物体比轻的物体下落的 快，即“重快轻慢”。由于 他在学术界的崇高地位，且 该结论符合生活经验，这种 论断流传了近2000年。
亚里士多德的论断流传了近2 000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 震聋发聩！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 代科学推正比，将会导出十分复杂的 结论。所以伽利略开始以实验来检验v与t成正比的猜想 （现在的V=at）是否是真实的。 但是，自由落体下落时间太短，当时用实验直接 验证有困难，伽利略采用了间接验证方法。他让一个 铜球从阻力很小的斜面上滚下，做了上百次实验。小 球在斜面上运动加速度要比它竖直落下时小得多，所 以时间容易测出。 实验结果表明，光滑斜面倾角不变时，从不同位 置让小球滚下，小球的位移与时间的平方之比不变 （现在的x=1/2at² ），即由此证明了小球沿光滑斜面 下滑的运动是匀变速直线运动；换用不同质量的小球 重复实验，结论不变。

伽利略对自由落体运动的研究［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。

［重点难点］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。

“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。

［学习过程］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？（陈述）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。

典例探究1、在一塔顶同时释放一片羽毛和一个玻璃球，玻璃球先于羽毛落到地面，这主要因为（）A、它们的重量不同B、它们的密度不同C、他们的材料不同D、它们受到的空气阻力不同2、关于自由落体运动的加速度g，下列说法正确的是（）A、重的物体 g 大B、地球上同一地点，轻、重物体的g值一样大C、g 值在地球上任何地方都一样大D、g 值在赤道处大于北极处3、（参考课后练习3）为了测出井口到水面的距离，让一小石块从井口自由下落，经过2.5秒后石块撞击水面，估算水面到井口的距离。

后据此推导出荒谬的结果，由结果的荒谬推出该论
断的荒谬，这样间接地否定错误论断的论证手法就
叫归谬法。伽利略推倒亚里士多德的观点应用了此
方法。
学习 目标
思考
1.亚里士多德的观点是：重的物体比轻的物体下落得快。 （√ ） 2.伽利略的观点是：重的物体与轻的物体下落得一样快。 （√ ） 3.伽利略推翻亚里士多德的观点运用了归谬法。
学习 目标
伽利略的研究方法 及其意义 1.伽利略的研究方法 （1）归谬法：运用“归谬法”否定了亚里士多德关 于重的物体下落快、轻的物体下落慢的论断。 （2）提出假设：自由落体运动是一种最简单的变速 运动——匀变速直线运动。 （3）间接验证：由于不能用实验直接验证自由落体
运动是匀变速直线运动，伽利略采用了间接验证的
化相等。
学习 目标
2.数学推理 伽利略通过数学推理发现，如果 v 与 x 成正比，将 会推到出十分复杂的结论，因此他开始转而研究 v
与 t 是否成正比。由于当时技术的限制，无法直接
测定物体的瞬时速度，他根据数学运算，将 v 与 t
的关系转化为了 x 与 t 的关系。但是，物体下落得
很快，当时没有准确的计时工具，无法准确测定物
（2）合理外推
x 不断增大斜面倾角，重复上述实验，得出 2 的值随倾角增大 t 而增大，这说明小球做匀变速运动的加速度随斜面倾角的增
大而增大。当斜面倾角增大到 90°时，小球将做自由落体运
动，是匀加速直线运动。
学习 目标
正确理解“外推法”
“外推”也叫推广应用，伽利略把小球在斜面上的运动推广 到自由落体运动的方法是很巧妙的。不过用外推法得出的结 论不一定都是正确的，现代物理研究中也常用外推法，但用 这种方法得到的结论都要经过实践的验证。