厚德 励学 敦行

课题： 自由落体运动

马鞍山市第二中学     黄浩

一、教学设想：

自由落体运动是自然界中广泛存在的自由下落物体运动的理想化模型，是一种典型的匀变速直线运动。本节课研究自由落体运动，想通过剖析“重快轻慢”的生活直觉，推理出的轻重物体同时落地的结论，并通过对伽利略的探究之路的回顾与分析使学生体会到科学研究的方法的重要意义，启发学生用物理学家的眼光观察生活现象，培养其综合分析能力。

二、教学目标与要求：

理解物体下落运动的本质，知道历史上的两种不同观点，领会伽利略探究的过程和其研究问题的方法（知识=观察+实验+思考）。教学中要求学生通过观察演示实验，学会用分析、推理、判断和综合等方法研究物理问题，提高学生独立分析和探究问题的能力。

三、教学过程

（一）、引入新课

1、导入：我们今天研究常见的物体的自由下落运动，并探究其规律。

（二）新课教学

1、演示实验：让一个纸片与重物同时自由下落，你看到了什么现象？

生：重物下落得快。

请同学再观察：把刚才的纸片揉成团，和重物由静止同时下落，你发现了什么？

生：几乎同时落地。

师：同一个纸片，为什么形状不一样，其下落时间就不一样呢？

这是因为空气的阻力的影响。把纸片揉成团，所受空气的阻力要比纸片所受空气的阻力小得多，所以与重物几乎同时落地。

师：设想如果没有阻力，把质量、形状不同的物体放在真空中，从同一高度自由下落，那么请你猜想结论如何呢？

生：不同的物体会同时落地。

演示：利用牛顿管，用抽气机将其抽成真空，让牛顿管中的硬币、鸡毛从静止一起下落。

现象：同时落下。

说明：如果排除空气阻力的影响，轻重不同的物体下落快慢完全一样，即物体下落速度的变化与质量大小无关。

师：这是我们今天通过：观察+实验+思考得到的结论，那么历史上物理学家是怎么研究物体自由下落的运动的？

历史的回顾

早期古希腊的哲学家亚里士多德通过对大量的物体自由下落的观察，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。直到16世纪，意大利的科学家伽利略用佯谬的方法巧妙地推翻了这种观点。

他假设：根据亚里士多德的论断，一块大石头的下落速度要比一块小石头下落的速度大，假定大石头下落的速度为8，小石头下落的速度为4。把两块石头栓在一起时，下落快的会被下落慢的拖着而减慢，下落慢的会被下落快的拖着而加快，结果一起下落速度应该小于8。但是两块石头栓在一起，加起来比大石头还要重，因此重物体比轻物体的下落速度要小。这样亚里士多德的论断陷入了自相矛盾的境地。伽利略由此推断出重物体不会比轻物体下落得快。（并在比萨斜塔用实验证明了这种观点。）

意义：不同物体如“重快轻慢”，则大量的物体下落规律很难研究；如物体的下落与质量无关，则研究某个下落运动就把握各个物体下落的规律了。（从变化中找出不变的东西，把握物理现象的本质）

物体自由下落既然跟质量无关，那么它到底遵循什么样的规律呢？

伽利略用推论否定了亚里士多德的观点后，就开始研究落体运动的性质。（问题）

伽利略的探索之路（知识=观察+实验+思考）

大胆的猜测：下落物体的速度是随时间均匀增加的，即  即：测瞬时速度与时间成正比。

伽利略想用实验来验证这个猜想，但在当时的条件下遇到了很多困难，首先：

困难一 ：瞬时速度无法准确测量

解决测量瞬时速度的困难，寻求间接验证的途径（思维的作用），  ， 推出  （间接测量的方法是一种重要的思路）（数学推理）

（分析讨论为什么 比 较容易用实验验证？）

困难二 物体下落很快，当时没有准确的计时工具，很难测定不同位移对应的时间。

（思维）为了减缓物体下落速度，伽利略设计了著名的“冲淡重力”的斜面实验。

介绍“冲淡重力”的的历史情况。

（说明科学实验的艰辛，体现分工、合作探究的意义）

实验验证 ：伽利略用铜球从斜槽的不同位置由静止下落，反复实验后发现，在同一个倾角θ的斜面上，小球滚下的位移总是与运动时间的平方成正比。

伽利略手稿中记录的一组实验数据

结果表示为：

伽利略发现，斜面的倾角不同，上述比例关系同时成立，只是这个常数的随着θ的增大而增大。

困难三、伽利略用斜面实验验证了 后，怎样说明落体运动也符合这个规律？

合理外推：随着θ的增大， 的数值在增大。当θ=90⁰时，即物体竖直下落时，这个关系也应该成立，这时 的数值最大。

至此，他终于成功地验证了原先的猜想，不但否定了亚里士多德的错误论断，而且得到了物体下落的规律。

分析：伽利略的成功，不仅在与找到了落体运动的规律，更重要的是开辟了一条研究物理学的研究之路。现在我们已经有足够的设备准确的验证落体运动规律，

但这种研究问题的方法仍然重要。（“伽利略的发现以及他所用的科学推理方法，是人类思想史上最伟大的成就之一，而且标志着物理学的真正开端”— 爱因斯坦 ）

说明：现代物理科技总体向两个极端方向发展延伸：极大（空间领域），极小（微观领域，如：夸克领域），也有一些现象研究时设备不足,或观测不到，那么怎么研究？就要通过科学思维的方法去研究了。

介绍：科学、技术、社会发展的相辅相成的关系。

现在我们不必用斜面来“冲淡重力”，采用现代化的仪器设备可以对落体运动精确地“计时”、“定位”，直接研究落体运动的性质。

超越伽利略：介绍现代研究自由落体运动的方法

1、“自由落体频闪照片”求加速度

2 、启发用打点计时器研究纸带求出加速度、

3、其它方法（测速计等）

人们采用先进的实验手段测得：一切物体的自由落体的加速度都相同，这个加速度叫重力加速度，用g表示。通常的计算，g值取9.8m/s²，粗略计算：g=10m/s²

课堂小结：

当物体所受空气阻力比物体本身重力小得多时，即f<<G时。从静止开始的竖直下落运动，可以按自由落体运动处理。（实际意义）

（如：汽车启动看成匀加速运动，火车进站看成匀减速运动）自由落体运动是 ，

前面学习匀变速直线运动的规律，而自由落体运动是现实中典型的匀变速直线运动，对它的学习可达到理论联系实际的作用。