2.6伽利略对自由落体运动的研究【学习目标】1、让学生了解抽象思维、数学推导和科学实验相结合的科学方法2、使学生体会“观察现象→实验探索→提出问题→讨论问题→解决问题”的科学探究方式【重点、难点分析】教学重点让学生了解抽象思维、数学推导和科学实验相结合的科学方法.教学难点使学生体会“观察现象→实验探索→提出问题→讨论问题→解决问题”的科学探究方式.【自主学习】一、亚里士多德的论断亚里士多德从许多现象，如雨滴的下落、雪片从天而降、树叶飘落、苹果坠地以及石子落入水井中，发现总是轻的物体下落得慢，重的物体下落得快，于是得出重的物体比轻的物体下落得快.二、伽利略的论断1.伽利略用巧妙的推理反驳了“重的物体比轻的物体下落得更快”的说法.2.实验（1）下落的铁球和纸片，铁球下落得快.（2）下落的铁球和纸团，下落快慢差不多.（3）钱毛管实验，有空气时，小钱币下落得快；没有空气时，钱币和羽毛下落得一样快.（4）在月球上的落体实验，锤子和羽毛同时落地.通过这些实验可证明，自由落体运动的快慢是由于空气阻力造成的.
3.伽利略的探究之路（1）大胆的猜想下落物体的速度是随时间均匀增大的，即v∝t.即下落物体其运动性质是匀加速直线运动.（2）数学推理用实验观察和验证v∝t，需要测量不同时刻的瞬时速度，但瞬时速度v很难直接测量.由于位移是比较容易测量的物理量，因此，如果将匀变速直线运动的位移和时间的关系找到，就比较容易进行实验验证了.从静止开始的匀加速直线运动，其位移与时间的平方成正比，即s∝t2.（3）巧妙的“冲淡重力”斜面实验实验再现：①将一条刻有光滑凹槽的长木板的一端垫起.②在盛水的大桶下面装一根细管，让水均匀流出，用流出的水量表示时间.③将铜球从凹槽的某一特定位置由静止释放.④记录下流出一定水量时，铜球的位置.⑤测量水的重量换算成时间t1，测量出铜球的位移s1.⑥重复上述实验步骤，测出t2和s2，t3和s3.……数据处理：求出位移s和时间t的比值.结论归纳：通过计算表明，在误差允许的范围内，有=＝…＝常数，即s∝t2.（4）合理外推伽利略将实验的结果作了合理的外推，把结论从有倾角的情况增大到90°的情况，这时小球将自由下落，成为自由落体.伽利略认为这时小球仍然会保持匀速直线运动的性质.这种从斜面运动到落体运动的外推，是很巧妙的.
（5）伽利略的研究思路及价值思路：问题→猜想→数学推理→实验验证→合理外推→得出结论.价值：伽利略对自由落体的研究，开创了研究自然规律的科学方法，这就是抽象思维、数学推导和科学实验相结合的方法.这种方法对于后来的科学研究，具有重大的启蒙作用，至今仍不失为重要的科学方法之一.三、超越伽利略【合作探究】1.频闪照相就是在同一张底片上，每隔相同的时间Δt曝光一次，连续对一个物体照相，这样就会在同一张底片上呈现出同一物体在不同时刻的像.2.数据处理如：；；；；由以上计算发现，在误差允许的范围内有：＝…＝常量四、我拟定的实验方案1.实验目的（1）记录自由落体运动轨迹.（2）用打点计时器记录自由下落物体的运动信息.2.实验操作（1）把打点计时器安装在铁架台上，用导线把打点计时器和电源连接好.（2）把纸带的一端在重物上用夹子固定好，另一端穿过打点计时器的限位孔，用手竖直提起纸带使重物停靠在打点计时器附近.（3）先接通电源，后松开纸带，让重物自由下落.（4）重复2、3步再打几条纸带.
●问题与探究问题1古希腊哲学家亚里士多德认为，重的物体比轻的物体下落得要快.这符合人们的常识，如玻璃弹子就比羽毛下落得快.其实古代时我国也出现过这种故事：传说三国时期，周仓欲与关羽比力气，关羽说你能把一根稻草丢过河吗？周仓多次试丢未成，反问关羽.关羽随手将一捆稻草轻易丢过了河（如图2－5－1），令周仓折服.这个故事真能说明关羽臂力过人吗？为什么？图2－5－1探究思路：稻草被扔出后，空气阻力对一根稻草运动的影响要远大于对一捆稻草运动的影响，故某一个人不能将一根稻草扔过河，不等于他就不能将一捆稻草扔过河.有时直觉经验会将我们引向错误的结论，抓住事物本质，排除干扰因素的研究方法是物理学中常用的方法.问题2从高空落下的雨滴的运动能否看作自由落体运动？从不太高的水龙头滴下的水滴的运动能否看作自由落体运动？探究思路：下落的物体能否看作自由落体运动，关键是看物体是否受到空气阻力或空气阻力与重力相比能否忽略不计.空气阻力的大小跟物体的速度有关，速度越大，阻力越大.雨滴从高空落下，速度越来越大，所受空气阻力也越来越大，在落地前其阻力已增大到与雨滴的重力等大，即雨滴已匀速运动.而从不太高的水龙头滴下的水滴速度不会很大，所受空气阻力也不会很大.【课堂小结】【当堂检测】
1．伽利略巧妙的推理推翻了亚里士多德的错误观点，从而提出了“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”观点．这种方法在科学研究中叫( )A．数学推演B．实验验证C．猜想与假说D．逻辑推理2．伽利略认为落体运动应该是简单的变速运动，即它的速度是均匀变化的，速度的均匀变化意味着( )A．速度与时间成正比B．速度与位移成正比C．速度与时间的二次方成正比D．位移与时间的二次方成正比3．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4．伽利略给出了科学研究过程的基本要素，这些要素包含对现象的一般观察、________、________、________、对假说进行修正和推广．伽利略科学思想方法的核心是把________和________和谐地结合起来．知识点二 伽利略对自由落体的研究5．一个铁钉和一个棉花团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．伽利略的自由落体实验和加速度实验均被选为最完美的实验．在加速度实验中，伽利略将光滑的直木板槽倾斜固定，让铜球从木槽顶端沿斜面滑下，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，伽利略却证明铜球的运动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的实验中，忽略了空气阻力，抓住了重力这一要素，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，是为了减少铜球运动的______，同时抓住______这一要素．
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