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,1,人教版,物理,1,课前自主学习,课堂师生互动,课后演练提升,第二章,6,人教版,物理,第二章,匀变速直线运动的研究,6,伽利略对自由落体运动的研究,基 础 梳 理,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,决定，即重的物体比轻的物体下落得,这一结论在其后两千年的时间里，被人们奉为经典,快,重量,二、伽利略对自由落体运动的研究过程,1,逻辑的力量：伽利略对自由落体运动的研究是从对自由落体的运动快慢的,开始的，通过逻辑分析，伽利略认为只有一种可能性：重物与轻物下落得,逻辑推理,同样快,2,猜想与假说：伽利略首先建立了描述运动所需的概念，如,、,以及,等伽利略相信，自然界的规律是简洁明了的，从这个信念出发，猜想落体运动一定是一种最简单的变速运动，它的速度应该是,的,平均速度,瞬时速度,加速度,均匀变化,所谓,“,均匀变化,”,，伽利略考虑有两种可能：一种是速度的变化对时间是均匀的，即,v,与,t,成正比；另一种是速度的变化对位移是均匀的，即,v,与,x,成正比通过数学推导，伽利略认为应该是第一种情况,在当时，通过测定瞬时速度来验证这个猜想是不可能的伽利略通过数学运算得出结论，做初速度为零的匀变速运动的物体，所通过的位移与所用时间的,成正比，即,.,若实验验证这个结论成立，就可以说明自由落体运动是,二次方,x,t,2,匀加速运动,3,理想斜面实验：伽利略为了便于测量，让小球沿阻力很小的斜面滚下，通过大量实验，结果表明，只要斜面的,一定，不同质量小球的,都是相同的不断增大斜面的倾角，小球的加速度随斜面倾角的增大而变大把斜面倾角外推到,90,，这时小球的运动就是,了，这时小球仍然保,持,的性质，即所有物体下落时的,都是一样的,自由落体运动,匀加速运动,加速度,倾角,加速度,三、伽利略的科学方法,伽利略科学思想方法的核心是把,和,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,实验,逻辑推,要 点 详 析,一、伽利略对自由落体运动的研究,16,世纪，意大利学者伽利略对亚里士多德的看法提出了质疑，并对自由落体运动进行了深入的研究伽利略对自由落体运动的研究方法大体可归结为以下几点：,发现问题：伽利略发现亚里士多德的观点有自相矛盾的地方伽利略认为，如果亚里士多德的观点是对的，即重物比轻物下落得快，那么把重物和轻物拴在一起下落，它们将是什么结果呢？照亚里士多德的说法，重物下落得快，轻物下落得慢，由于两物拴在一起，,“,快的,”,被,“,慢的,”,拉着，,“,慢的,”,被,“,快的,”,拖着，所以两物拴在一起的速度应是不快不慢同,样，照亚里士多德的说法，两物拴在一起，应该是更重了，那它们应该下落得更快这两个结论都是由亚里士多德的论断推出来的，但得到的却是互相矛盾的结果可见，亚里士多德的观点是错误的,提出假设：伽利略认为，重物与轻物应该下落得同样快他猜想落体运动应该是一种最简单的变速运动，物体的速度应该是均匀变化的但是，速度的变化怎样才算是均匀的呢？他考虑了两种可能：一种是速度的变化对时间来说是均匀的，即,v,与,t,成正比；另一种是速度的变化对位移来说是均匀的，即,v,与,x,成正比,数学推理：伽利略通过数学运算得出：如果,v,与,x,成正比，将会得到荒谬的结论；如果,v,与,t,成正比，它通过的位移,x,就与,t,2,成正比,实验验证：为了便于测量时间，伽利略设法用斜面做实验他在木制斜槽上蒙上羊皮纸，让铜球从光滑的羊皮斜槽上滚下，通过上百次对不同质量的小球沿不同倾角的光滑斜面滚下的定量研究，发现小球沿光滑斜面运动时通过的位移,x,确实与,t,2,成正比，小球的运动是匀变速直线运动，且倾角一定，不同小球的加速度也一定，倾角越大加速度越大,合理外推：伽利略将他在斜面实验中得出的结论做了合理的外推：设想斜面的倾角越接近,90,，小球沿斜面滚下的运动就越接近于自由落体运动；当斜面的倾角达到,90,时，小球就做自由落体运动从而，自由落体运动是初速度为,0,的匀加速直线运动，且所有物体自由下落时的加速度都相同,二、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是科学探究的前提，如果没有发现问题，不能提出问题，科学研究便无从谈起发现问题和提出问题的过程是极具有创造性的过程，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找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,猜想和假设是科学思维的一种形式，是对所研究的问题根据已知事实材料和科学知识作出的一种猜测性陈述，对问题中事物的因果性、规律性作出的假设性解释，猜想与假设能帮助科学研究者明确研究的方向，指导科学研究沿着预定的目标展开假设的前一环节是假定，这是一种非常活跃的非逻辑思维，具有发散性，后一环节是对假定作出合理的解释，这是逻辑思维，具有收敛性,3,科学地制定实验计划,假设与猜想的合理性要通过实验来进行探究，要使实验达到预期目标，应特别注意实验的如下五个环节：,知道实验目的和已有条件，制定实验方案；,尝试选择实验方法及所需要的装置与器材；,考虑实验的变量及其控制方法；,根据实验原理、实验目的认真搜集数据；,对实验数据进行分析和论证,三、怎样才能提出科学的猜想与假设？,猜想与假设的基本思维过程，就是根据所观察、发现的事实，调动原有的知识经验，对该事实的成因或结果作出假定、进行解释的过程一是客观事实；二是原有认识，两者结合起来，就是这一过程的基本思维特征要提出科学的猜想与假设，一要有丰富的相关知识，二要勤于观察和思考、善于质疑,要注意，科学猜想不是随意猜测，要善于把新发现的事实与原有认知之间的矛盾揭示出来例如：我们原有的认知是：一、空气是无色透明的；二、仰望无云的天空时看到的就是空气根据这两条推理，应该得出,“,天空无色,”,的结论，而事实却是蓝色的，这就是客观事实跟原有认知之间的矛盾这一背景下提出的问题，就很有价值，因为它动摇了,“,空气无色,”,这一原有认知，使其能发展为,“,组成空气主要成分的气体究竟是什么颜色,”,等各种探究讨论题再如：把一个不知性质的物体放入水中，猜它是沉还是浮，这纯是随意猜想，没体现猜想的本质特征,四、竖直上抛运动的两种分析方法,对于竖直上抛运动，有两种不同的分析方法，即分段法和整体法,1,分段法：在处理竖直上抛运动的问题时，可以分上升和下降两个过程进行分析：上升过程是初速度为,v,0,、加速度为,g,的匀减速直线运动；下降过程是初速度为,0,、加速度为,g,的自由落体运动,2,整体法：由于上升过程和下降过程的加速度矢量是相同的，我们也可以把竖直上抛运动看做是一个统一的匀变速直线运动，而上升运动和下降运动不过是这个统一的运动的两个过程这样，我们就可以用匀变速直线运动的规律来统一讨论竖直上抛运动在讨论这类问题中，我们习惯上总是取竖直向上的方向作为正方向，重力加速度,g,总是取绝对值这样，竖直上抛运动的规律通常就写作：,在竖直上抛运动中，不但上升时间等于下落时间，落地速度大小等于初速度的大小，而且在上升过程中通过某一位置的速度和下落过程中通过该位置的速度总是大小相等、方向相反的,典题分类剖析,题型一对伽利略思想观点的理解,【,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,(,),它们受到的空气阻力不等,它们的加速度相等,它们落地的速度不等,它们下落的时间相等,A,B,C,只有,D,只有,【,解析,】,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,(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.,【,答案,】,(1)D,(2)B,应用,11,1971,年,7,月,26,号发射的阿波罗,15,号飞船首次把一辆月球车送上月球，美国宇航员斯科特驾驶月球车行驶,28,公里，并做了一个落体实验：在月球上的同一高度同时释放羽毛和铁锤，如图,261,所示，出现的现象是,(,月球上是真空,)(,),图,261,A,羽毛先落地，铁锤后落地,B,铁锤先落地，羽毛后落地,C,铁锤和羽毛都做自由落体运动，重力加速度为,9.8 m/s,2,D,铁锤和羽毛都做自由落体运动，同时落地,解析：,羽毛和铁锤均做自由落体运动，它们下落的快慢是相同的，即物体下落速度的变化与其质量大小无关，因为是在同一高度同时释放，它们应同时落地，故,D,正确，月球上的重力加速度与月球对物体的吸引力有关，我们不可能直接由物体下落这个现象来判断月球表面的重力加速度为,9.8 m/s,2,，故,C,错误,答案：,D,题型二伽利略的研究方法,【,例,2,】,1961,年，美国,科学,杂志刊登了根据伽利略当年描述的实验装置所进行的一项重复性斜面实验该实验的倾角为,3.73,，使用水钟测量时间，其结果见下表：,s,(,以英尺为单位,),t,(,以毫升水为单位,),15,90,13,84,10,72,7,62,5,52,3,40,1,23.5,根据上面的数据，你能验证伽利略当年的研究是否正确吗？,【,解析,】,水钟流出水的体积与时间成正比，如果小球沿斜面滚动的距离与水钟流出水的体积平方成正比，则说明小球位移与时间平方成正比，即可验证小球沿斜面做匀变速直线运动,应用,21,(2008,广东高考,),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,答案：,B,应用,22,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利略的探究过程,(,),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,解析：,回顾伽利略的探究过程，是首先提出问题：重的物体比轻的物体下落快吗？之后提出自己的猜想，并通过数学推理，确定了用实验验证,v,与,t,成正比，之后又经过合理外推，得出结论,答案：,C,题型三竖直上抛运动,【,例,3,】,一个氢气球以,4 m/s,2,的加速度由静止从地面竖直上升，,10 s,末从气球上面掉下一重物，此重物最高可上升到距地面多高处？此重物从氢气球上掉下后，经多长时间落回地面？,(,忽略空气阻力，取,g,10 m/s,2,),【,解析,】,重物的运动过程共分三个阶段：先随气球向上做匀加速直线运动，然后从气球上掉下此时重物不是自由下落，而是由于惯性继续向上做竖直上抛运动达到最高点后，重物开始做自由落体运动，最后回到地面，如图,262,所示,图,262,所以重物从氢气球上掉下后，落回地面所用的时间为：,t,t,2,t,3,4 s,7.48 s,11.48 s.,应用,31,某人站在高楼的平台边缘，以,20 m/s,的初速度竖直向上抛出一石子，不考虑空气阻力，,g,取,10 m/s,2,，求：,(1),石子上升的最大高度是多少？回到抛出点的时间是多少？,(2),石子抛出后通过距抛出点下方,20 m,处所需的时间是多少？,1,小鹏揺动苹果树，从同一高度一个苹果和一片树叶同时从静止直接落到地上，苹果先落地下面的说法中正确的是,(,),A,苹果和树叶做的都是自由落体运动,B,苹果和树叶的运动都不能看成自由落体运动,C,苹果的运动可看做自由落体运动，树叶的运动不能看成自由落体运动,D,假如地球上没有空气，则苹果和树叶会同时落地,解析：,由于苹果所受到的空气阻力比苹果自身所受的重力小得多，可以忽略不计，因此苹果的运动可以视为自由落体运动；在没有空气阻力的情况下，苹果、树叶只受重力作用，因此都是自由落体运动,答案：,CD,2,关于伽利略对自由落体运动的研究，下列说法中正确的是,(,),A,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,B,提出,“,自由落体运动是一种最简单的变速直线运动,匀变速直线运动,”,C,通过斜面上物体的匀加速运动外推出斜面倾角为,90,时，物体做自由落体运动，且加速度的大小跟物体的质量无关,D,总体的思想方法是：对现象的观察,提出假说,逻辑推理,实验检验,对假说进行修正和推广,答案：,ABCD,3,钱毛管实验中，有空气的和抽掉空气的两根管中的钱币和羽毛下落情况不同，这个实验说明了什么道理？,(,),A,真空管中的羽毛比有空气管中的羽毛受到的重力大,B,羽毛比钱币下落慢是由于羽毛受到空气阻力，钱币不受空气阻力,C,羽毛比钱币下落慢是由于羽毛受到的空气阻力和羽毛的重力相比较大，影响了羽毛的下落,D,所有物体如果不受空气阻力，只在重力作用下，在同一地方由静止释放，下落的快慢均一样,解析：,抽掉空气的真空管中钱币和羽毛都只受重力作用而做自由落体运动，其下落的快慢相同在有空气的管中钱币受的空气阻力比其重力小，而羽毛所受的空气阻力跟其重力相差不多，故二者相比钱币下落得较快一些,答案：,CD,4,物体做竖直上抛的运动后又落回到原出发点的过程中，下列说法正确的是,(,),A,上升过程中，加速度方向向上，速度方向向上,B,下落过程中，加速度方向向下，速度方向向下,C,在最高点处，加速度大小为零，速度大小为零,D,到达最高点后，加速度的方向不变，速度方向改变,解析：,竖直上抛运动先做速度向上的减速运动，到最高点后，再做速度向下的自由落体运动，整个过程加速度的大小和方向没有变化,答案：,BD,5,对,“,落体运动快慢,”“,力与物体运动关系,”,等问题，亚里士多德和伽利略存在着不同的观点请完成下表：,亚里士多德的观点,伽利略的观点,落体运动的快慢,重的物体下落快，,轻的物体下落慢,力与物体运动关系,维持物体运动,不需要力,答案：,物体下落快慢与物体的轻重无关维持物体运动需要力,课时作业,(,11,),
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