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6伽利略对自由落体运动的研究1.了解落体运动研究的史实,了解逻辑推理的过程。2.理解任何猜想和假说要被认可都需要经过实验验证。一二三一、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结论:物体下落的快慢由它们的重量决定,即重的物体比轻的物体下落得快。这一结论在其后两千年的时间里,被人们奉为经典。一二三二、伽利略对自由落体运动的研究过程大胆的猜想→落体运动应该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加的,即v∝t困难之一:瞬时速度不易测量→解决方法:把注意力放在易测量的距离与时间的关系上,通过数学推理得出,从静止开始做匀加速直线运动的物体,通过的位移一定与时间的二次方成正比,即x∝t2困难之二:没有准确的计时工具→解决方法:设计了著名的“冲淡重力”的斜面实验。在同一个倾角的斜面上,小铜球滚下的位移总是与运动时间的二次方成正比一二三困难之三:如何让由斜面实验得出的结果说明落体运动也符合这个规律→解决方法:伽利略认为,比例常数是随着倾角的增大而增大,当倾角等于90°,即物体竖直下落时,这个关系也应该成立,并且此时的比例常数最大,从而得到了落体运动的规律伽利略的研究思路→问题→猜想→数学推理→实验验证→合理外推→得出结论一二三三、伽利略的科学方法伽利略科学思想方法的核心是把实验和逻辑推理(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。一二三一、伽利略对落体运动的研究思路的概括提出问题落体运动的性质是什么猜想v∝t数学推理x∝t2实验验证斜面实验合理外推xt2的数值随倾角的增大而增大,当倾角等于90°时,转化为自由落体运动得出结论自由落体运动是一种速度均匀增加的运动一二三二、如何领会伽利略对自由落体运动的研究思想和方法伽利略提出自由落体运动是一种最简单的变速运动——匀变速运动。而在当时的实验条件下测量较短的时间有困难,伽利略就采用了间接验证的方法。1.运用数学推导的方法得出初速度为零的匀变速运动应有v∝t。2.(1)运用斜面实验测出小球沿光滑斜面向下的运动符合x∝t2是匀变速运动;(2)不同质量的小球沿同一倾角的斜面运动𝑥𝑡2的值不变,说明它们的运动情况相同;3不断增大斜面倾角,𝑥𝑡2的值随之增大,说明小球做匀变速运动的加速度随倾角的增大而增大;4伽利略将斜面实验结果外推到斜面倾角增大到90°的情况——小球自由下落,认为小球仍会保持匀变速运动的性质。一二三三、伽利略对自由落体运动的研究给我们的启示1.要善于观察、勤于思考、勇于发现问题和提出问题。发现问题和提出问题对科学探究具有重要意义。如果没有发现问题、不能提出问题,科学探究便无从谈起。因此,发现问题和提出问题是进行科学探究的前提。发现问题和提出问题的过程是极具创造性的过程,要想从平常的、已经习惯的事件中发现不平常的因素,这是很不容易的事,它比在现成的问题下寻求解决问题的方法更需要创造性思维。2.要合理地进行猜想和假设。猜想不是胡猜乱想,猜想是应用现有的经验和知识,对问题中的事实寻求可能解释的过程。尽管所提出的猜想不一定是最终的科学结论,但对问题成因的猜想仍需要有一定的依据:一是已有的经验和知识,二是科学事实。一二三推测和假设的根据是探究者自己的经验、知识以及所探究问题的科学事实。推测和假设的结论必须是可检验的,检验的结果有两种可能:一是支持假设,即证实;二是否定假设,即证伪。一个无法检验的陈述是没有探究价值的,因而也就不是一个科学假设。猜想与假设在科学探究中的重要作用首先在于它是科学结论的先导,如果猜想与假设一旦能得到实验结果的支持,它就可能发展成为科学结论。因此,猜想与假设能帮助探究者明确探究的内容和方向,指导探究沿预定目标展开,避免探究的盲目性。一二三3.科学地制定实验计划。要根据确定的探究课题,设计科学的探究计划和方案。探究计划应包括探究的课题、实验器材和资料的准备、探究的程序和过程(包括观察、实验、信息和数据的收集和处理)、通过怎样的分析整理得出探究的结论,以及怎样对探究过程进行评估和反思等。在制定探究计划时,应搞清物理学已有的研究成果。类型一类型二类型一对落体运动的认识【例题1】一些学者认为,物体越重,下落越快。伽利略等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类型一类型二点拨: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。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。答案:(1)D(2)B题后反思在空气阻力很小且可以忽略的情况下,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,不要认为重物比轻物下落得快。类型二伽利略对自由落体运动的研究类型一类型二【例题2】(多选)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,右图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、乙、丙图是实验现象,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、乙、丙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,使时间更容易测量D.运用丁图的实验,可“放大”重力的作用,使实验现象更明显类型一类型二点拨:伽利略把斜面实验的结果推广到竖直的情况,是他思维方法上的一种升华,这种方法被后人称为合理外推。解析:甲、乙、丙图是实验现象,丁图是经过合理的外推得到的结论;运用甲图的实验,可以冲淡重力的作用,时间容易测量。答案:AC题后反思伽利略研究方法的核心是把实验和逻辑思维(包括数学推演)和谐地结合起来,从而有力地推动了人类科学认识的发展。