新課標(biāo)人教版物理必修1全套課件第二章勻變速直線運(yùn)動的研究6 伽利略對自由落體運(yùn)動的研究

1、v6伽利略對自由落體運(yùn)動的研究 v一、綿延兩千年的錯(cuò)誤v亞里士多德根據(jù)平常觀察到的落體現(xiàn)象得出結(jié)論：物體下落的快慢由它們的 決定，即重的物體比輕的物體下落得 這一結(jié)論在其后兩千年的時(shí)間里，被人們奉為經(jīng)典重量重量快快v二、伽利略對自由落體運(yùn)動的研究過程v1邏輯的力量：伽利略對自由落體運(yùn)動的研究是從對自由落體的運(yùn)動快慢的開始的，通過邏輯分析，伽利略認(rèn)為只有一種可能性：v重物與輕物下落得v2猜想與假說：伽利略首先建立了描述運(yùn)動所需的概念，如等伽利略相信，自然界的規(guī)律是簡潔明了的，從這個(gè)信念出發(fā)，猜想落體運(yùn)動一定是一種最簡單的變速運(yùn)動，它的速度應(yīng)該是的邏輯推理邏輯推理同樣快同樣快平均速度、瞬時(shí)速度以及

2、加速度平均速度、瞬時(shí)速度以及加速度均勻變化均勻變化v所謂“均勻變化”，伽利略考慮有兩種可能：一種是速度的變化對時(shí)間是均勻的，即v與t成正比；另一種是速度的變化對位移是均勻的，即v與x成正比通過數(shù)學(xué)推導(dǎo)，伽利略認(rèn)為應(yīng)該是第一種情況v在當(dāng)時(shí)，通過測定瞬時(shí)速度來驗(yàn)證這個(gè)猜想是不可能的伽利略通過數(shù)學(xué)運(yùn)算得出結(jié)論，做初速度為零的勻變速運(yùn)動的物體，所通過的位移與所用時(shí)間的成正比，即 .若實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證這個(gè)結(jié)論成立，就可以說明自由落體運(yùn)動是二次方二次方xt2勻加速運(yùn)動勻加速運(yùn)動v3理想斜面實(shí)驗(yàn)：伽利略為了便于測量，讓小球沿阻力很小的斜面滾下，通過大量實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明，只要斜面的 一定，不同質(zhì)量小球的都是相同的不斷增

3、大斜面的傾角，小球的加速度隨斜面傾角的增大而變大把斜面傾角外推到90，這時(shí)小球的運(yùn)動就是了，這時(shí)小球仍然保持的性質(zhì)，即所有物體下落時(shí)的 都是一樣的傾角傾角加速度加速度自由落體運(yùn)動自由落體運(yùn)動勻加速運(yùn)動勻加速運(yùn)動加速度加速度v三、伽利略的科學(xué)方法v伽利略科學(xué)思想方法的核心是把 (包括數(shù)學(xué)推演)和諧地結(jié)合起來，從而有力地推進(jìn)了人類科學(xué)認(rèn)識的發(fā)展實(shí)驗(yàn)和邏輯推理實(shí)驗(yàn)和邏輯推理v一、伽利略對自由落體運(yùn)動的研究v16世紀(jì)，意大利學(xué)者伽利略對亞里士多德的看法提出了質(zhì)疑，并對自由落體運(yùn)動進(jìn)行了深入的研究伽利略對自由落體運(yùn)動的研究方法大體可歸結(jié)為以下幾點(diǎn)：v發(fā)現(xiàn)問題：伽利略發(fā)現(xiàn)亞里士多德的觀點(diǎn)有自相矛盾的地方伽

4、利略認(rèn)為，如果亞里士多德的觀點(diǎn)是對的，即重物比輕物下落得快，那么把重物和輕物拴在一起下落，它們將是什么結(jié)果呢？照亞里士多德的說法，重物下落得快，輕物下落得慢，由于兩物拴在一起，“快的”被“慢的”拉著，“慢的”被“快的”拖著，所以兩物拴在一起的速度應(yīng)是不快不慢同樣，照亞里士多德的說法，兩物拴在一起，應(yīng)該是更重了，那它們應(yīng)該下落得更快這兩個(gè)結(jié)論都是由亞里士多德的論斷推出來的，但得到的卻是互相矛盾的結(jié)果可見，亞里士多德的觀點(diǎn)是錯(cuò)誤的v提出假設(shè)：伽利略認(rèn)為，重物與輕物應(yīng)該下落得同樣快他猜想落體運(yùn)動應(yīng)該是一種最簡單的變速運(yùn)動，物體的速度應(yīng)該是均勻變化的但是，速度的變化怎樣才算是均勻的呢？他考慮了兩種可能

5、：一種是速度的變化對時(shí)間來說是均勻的，即v與t成正比；另一種是速度的變化對位移來說是均勻的，即v與x成正比v數(shù)學(xué)推理：伽利略通過數(shù)學(xué)運(yùn)算得出：如果v與x成正比，將會得到荒謬的結(jié)論；如果v與t成正比，它通過的位移x就與t2 成正比v實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證：為了便于測量時(shí)間，伽利略設(shè)法用斜面做實(shí)驗(yàn)他在木制斜槽上蒙上羊皮紙，讓銅球從光滑的羊皮斜槽上滾下，通過上百次對不同質(zhì)量的小球沿不同傾角的光滑斜面滾下的定量研究，發(fā)現(xiàn)小球沿光滑斜面運(yùn)動時(shí)通過的位移x確實(shí)與t2成正比，小球的運(yùn)動是勻變速直線運(yùn)動，且傾角一定，不同小球的加速度也一定，傾角越大加速度越大v合理外推：伽利略將他在斜面實(shí)驗(yàn)中得出的結(jié)論做了合理的外推：設(shè)想斜

6、面的傾角越接近90，小球沿斜面滾下的運(yùn)動就越接近于自由落體運(yùn)動；當(dāng)斜面的傾角達(dá)到90時(shí)，小球就做自由落體運(yùn)動從而，自由落體運(yùn)動是初速度為0的勻加速直線運(yùn)動，且所有物體自由下落時(shí)的加速度都相同v二、伽利略對自由落體運(yùn)動的研究給我們的啟示v1要善于觀察、勤于思考，勇于發(fā)現(xiàn)問題和提出問題v發(fā)現(xiàn)問題和提出問題是科學(xué)探究的前提，如果沒有發(fā)現(xiàn)問題，不能提出問題，科學(xué)研究便無從談起發(fā)現(xiàn)問題和提出問題的過程是極具有創(chuàng)造性的過程，要想從平常的、已經(jīng)習(xí)慣的事件中發(fā)現(xiàn)不平常的因素，這是很不容易的事，它比在現(xiàn)成的問題下尋找解決問題的方法更需要創(chuàng)造性思維v2要合理地進(jìn)行猜想和假設(shè)v猜想和假設(shè)是科學(xué)思維的一種形式，是對所

7、研究的問題根據(jù)已知事實(shí)材料和科學(xué)知識作出的一種猜測性陳述，對問題中事物的因果性、規(guī)律性作出的假設(shè)性解釋，猜想與假設(shè)能幫助科學(xué)研究者明確研究的方向，指導(dǎo)科學(xué)研究沿著預(yù)定的目標(biāo)展開假設(shè)的前一環(huán)節(jié)是假定，這是一種非?；钴S的非邏輯思維，具有發(fā)散性，后一環(huán)節(jié)是對假定作出合理的解釋，這是邏輯思維，具有收斂性v3科學(xué)地制定實(shí)驗(yàn)計(jì)劃v假設(shè)與猜想的合理性要通過實(shí)驗(yàn)來進(jìn)行探究，要使實(shí)驗(yàn)達(dá)到預(yù)期目標(biāo)，應(yīng)特別注意實(shí)驗(yàn)的如下五個(gè)環(huán)節(jié)：知道實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮鸵延袟l件，制定實(shí)驗(yàn)方案；嘗試選擇實(shí)驗(yàn)方法及所需要的裝置與器材；考慮實(shí)驗(yàn)的變量及其控制方法；根據(jù)實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)?zāi)康恼J(rèn)真搜集數(shù)據(jù)；對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和論證v三、怎樣才能提出科學(xué)的

8、猜想與假設(shè)？v猜想與假設(shè)的基本思維過程，就是根據(jù)所觀察、發(fā)現(xiàn)的事實(shí)，調(diào)動原有的知識經(jīng)驗(yàn)，對該事實(shí)的成因或結(jié)果作出假定、進(jìn)行解釋的過程一是客觀事實(shí)；二是原有認(rèn)識，兩者結(jié)合起來，就是這一過程的基本思維特征要提出科學(xué)的猜想與假設(shè)，一要有豐富的相關(guān)知識，二要勤于觀察和思考、善于質(zhì)疑v要注意，科學(xué)猜想不是隨意猜測，要善于把新發(fā)現(xiàn)的事實(shí)與原有認(rèn)知之間的矛盾揭示出來例如：我們原有的認(rèn)知是：一、空氣是無色透明的；二、仰望無云的天空時(shí)看到的就是空氣根據(jù)這兩條推理，應(yīng)該得出“天空無色”的結(jié)論，而事實(shí)卻是藍(lán)色的，這就是客觀事實(shí)跟原有認(rèn)知之間的矛盾這一背景下提出的問題，就很有價(jià)值，因?yàn)樗鼊訐u了“空氣無色” 這一原有認(rèn)

9、知，使其能發(fā)展為“組成空氣主要成分的氣體究竟是什么顏色”等各種探究討論題再如：把一個(gè)不知性質(zhì)的物體放入水中，猜它是沉還是浮，這純是隨意猜想，沒體現(xiàn)猜想的本質(zhì)特征v四、豎直上拋運(yùn)動的兩種分析方法v對于豎直上拋運(yùn)動，有兩種不同的分析方法，即分段法和整體法v1分段法：在處理豎直上拋運(yùn)動的問題時(shí)，可以分上升和下降兩個(gè)過程進(jìn)行分析：上升過程是初速度為v0、加速度為g的勻減速直線運(yùn)動；下降過程是初速度為0、加速度為g的自由落體運(yùn)動v2整體法：由于上升過程和下降過程的加速度矢量是相同的，我們也可以把豎直上拋運(yùn)動看做是一個(gè)統(tǒng)一的勻變速直線運(yùn)動，而上升運(yùn)動和下降運(yùn)動不過是這個(gè)統(tǒng)一的運(yùn)動的兩個(gè)過程這樣，我們就可以

10、用勻變速直線運(yùn)動的規(guī)律來統(tǒng)一討論豎直上拋運(yùn)動在討論這類問題中，我們習(xí)慣上總是取豎直向上的方向作為正方向，重力加速度g總是取絕對值這樣，豎直上拋運(yùn)動的規(guī)律通常就寫作：v速度公式：vv0gtv注意：上述公式中的t是從拋出時(shí)刻開始計(jì)時(shí)的，x是運(yùn)動物體對拋出點(diǎn)的位移v五、豎直上拋運(yùn)動的幾個(gè)具體問題v1物體上升的時(shí)間v設(shè)物體經(jīng)過時(shí)間t1上升到最高點(diǎn)，在這一時(shí)刻，物體的速度為0，由此可得：v0gt10，v可見，物體落回原地的速度跟拋出的初速度大小相等、方向相反v在豎直上拋運(yùn)動中，不但上升時(shí)間等于下落時(shí)間，落地速度大小等于初速度的大小，而且在上升過程中通過某一位置的速度和下落過程中通過該位置的速度總是大小相

11、等、方向相反的v題型一對伽利略思想觀點(diǎn)的理解v【例1】伽利略以前的學(xué)者認(rèn)為，物體越重，下落越快伽利略等一些物理學(xué)家否定了這種看法v(1)在一高塔頂端同時(shí)釋放一片羽毛和一個(gè)玻璃球，玻璃球先于羽毛到達(dá)地面，這主要是因?yàn)関()vA它們的質(zhì)量不等B它們的密度不等vC它們的材料不同 D它們所受的空氣阻力不等v(2)在此塔頂端同時(shí)釋放大小相等的實(shí)心鐵球和空心鐵球，下列說法中正確的是v()v它們受到的空氣阻力不等它們的加速度相等v它們落地的速度不等它們下落的時(shí)間相等vABvC只有 D只有v【解析】羽毛下落時(shí)空氣阻力不能忽略，玻璃球和鐵球下落時(shí)空氣阻力可以忽略v(1)玻璃球先于羽毛到達(dá)地面，這主要是因?yàn)橛鹈?/p>

12、到的空氣阻力大的緣故正確選項(xiàng)為D.v(2)大小相等的實(shí)心鐵球和空心鐵球受到的空氣阻力相等在忽略空氣阻力的情況下，兩球均做自由落體運(yùn)動，它們的加速度相等因下落高度相等，故下落的時(shí)間相等，落地的速度相等正確選項(xiàng)為B.v【答案】(1)D(2)Bv規(guī)律總結(jié)：羽毛下落得比玻璃球慢，是由于空氣阻力的影響在空氣阻力很小而可以忽略的情況下，實(shí)心鐵球和空心鐵球均做自由落體運(yùn)動，下落的快慢程度相同v應(yīng)用111971年7月26號發(fā)射的阿波羅15號飛船首次把一輛月球車送上月球，美國宇航員斯科特駕駛月球車行駛28公里，并做了一個(gè)落體實(shí)驗(yàn)：在月球上的同一高度同時(shí)釋放羽毛和鐵錘，如圖261所示，出現(xiàn)的現(xiàn)象是(月球上是真空)

13、v()v A羽毛先落地，鐵錘后落地vB鐵錘先落地，羽毛后落地vC鐵錘和羽毛都做自由落體運(yùn)動，重力加速度為9.8 m/s2vD鐵錘和羽毛都做自由落體運(yùn)動，同時(shí)落地v解析：羽毛和鐵錘均做自由落體運(yùn)動，它們下落的快慢是相同的，即物體下落速度的變化與其質(zhì)量大小無關(guān)，因?yàn)槭窃谕桓叨韧瑫r(shí)釋放，它們應(yīng)同時(shí)落地，故D正確，月球上的重力加速度與月球?qū)ξ矬w的吸引力有關(guān)，我們不可能直接由物體下落這個(gè)現(xiàn)象來判斷月球表面的重力加速度為9.8 m/s2，故C錯(cuò)誤v答案：Dv題型二伽利略的研究方法v【例2】1961年，美國科學(xué)雜志刊登了根據(jù)伽利略當(dāng)年描述的實(shí)驗(yàn)裝置所進(jìn)行的一項(xiàng)重復(fù)性斜面實(shí)驗(yàn)該實(shí)驗(yàn)的傾角為3.73，使用水鐘

14、測量時(shí)間，其結(jié)果見下表：s(以英尺為單位)t(以毫升水為單位)159013841072762552340123.5v根據(jù)上面的數(shù)據(jù)，你能驗(yàn)證伽利略當(dāng)年的研究是否正確嗎？v【解析】水鐘流出水的體積與時(shí)間成正比，如果小球沿斜面滾動的距離與水鐘流出水的體積平方成正比，則說明小球位移與時(shí)間平方成正比，即可驗(yàn)證小球沿斜面做勻變速直線運(yùn)動v規(guī)律總結(jié)：熟悉伽利略的工作方法，掌握其中的科學(xué)思想和方法v應(yīng)用21(廣東高考)伽利略在著名的斜面實(shí)驗(yàn)中，讓小球分別沿傾角不同、阻力很小的斜面從靜止開始滾下，他通過實(shí)驗(yàn)觀察和邏輯推理，得到的正確結(jié)論有v()vA傾角一定時(shí)，小球在斜面上的位移與時(shí)間成正比vB傾角一定時(shí)，小球

15、在斜面上的速度與時(shí)間成正比vC斜面長度一定時(shí)，小球從頂端滾到底端時(shí)的速度與傾角無關(guān)vD斜面長度一定時(shí)，小球從頂端滾到底端所需的時(shí)間與傾角無關(guān)v解析：傾角一定，小球下滑的加速度一定，x at2，vat，故A錯(cuò)B對斜面長度一定，傾角不同，小球下滑加速度不同，到達(dá)底端時(shí)的速度和所需時(shí)間均不同，C、D都不正確，故選B.v答案：Bv應(yīng)用22在學(xué)習(xí)物理知識的同時(shí)，還應(yīng)當(dāng)十分注意學(xué)習(xí)物理學(xué)研究問題的思想和方法，從一定意義上說，后一點(diǎn)甚至更重要偉大的物理學(xué)家伽利略的研究方法對于后來的科學(xué)研究具有重大的啟蒙作用，至今仍然具有重要意義請你回顧伽利略探究物體下落規(guī)律的過程，判定下列哪個(gè)過程是伽利略的探究過程v()v

16、A猜想問題數(shù)學(xué)推理實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證合理外推得出結(jié)論vB問題猜想實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證數(shù)學(xué)推理合理外推得出結(jié)論vC問題猜想數(shù)學(xué)推理實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證合理外推得出結(jié)論vD猜想問題實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證數(shù)學(xué)推理合理外推得出結(jié)論v解析：回顧伽利略的探究過程，是首先提出問題：重的物體比輕的物體下落快嗎？之后提出自己的猜想，并通過數(shù)學(xué)推理，確定了用實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證v與t成正比，之后又經(jīng)過合理外推，得出結(jié)論v答案：Cv題型三豎直上拋運(yùn)動v【例3】一個(gè)氫氣球以4 m/s2的加速度由靜止從地面豎直上升，10 s末從氣球上面掉下一重物，此重物最高可上升到距地面多高處？此重物從氫氣球上掉下后，經(jīng)多長時(shí)間落回地面？(忽略空氣阻力，取g10 m/s2)v【解析】重物的運(yùn)動過程共分三個(gè)階段：先隨氣球向上做勻加速直線運(yùn)動，然后從