高中物理 2.1 伽利略对落体运动的研究课件 沪科版必修1.ppt

第1课时伽利略对落体运动的研究 第二章研究匀变速直线运动的规律 课前自主学习 1 亚里士多德认为物体下落的快慢是由它的 决定的 物体越重 下落得 2 伽利略认为 重物和轻物应该下落的 他猜想落体应该是一种最简单的 即它的 应该是均匀变化的 3 日常生活中常会见到 较重的物体下落得比较快 这是由于 对不同物体的 知识梳理 重力 越快 一样 快 匀变速运动 速度 空气 阻力不同 4 伽利略的理想斜面实验 1 如果速度随时间的变化是均匀的 初速度为零的匀变速直线运动的位移s与运动所用的时间t的平方成 即s t2 2 让小球从斜面上的不同位置由静止滚下 测出小球从不同起点滚动的位移s和所用的时间t 斜面倾角一定时 判断s t2是否成立 改变小球的质量 判断s t2是否成立 3 将斜面倾角外推到 90 时的情况 小球自由下落 认为小球仍会做 运动 从而得到了落体运动的规律 正比 匀变速直线 5 伽利略研究自然规律的科学方法 把实验和逻辑推理 包括数学推演 和谐地结合起来 他给出了科学研究过程的基本要素 问题 猜想 实验验证 得出结论 数学推理 合理外推 1 在物理学的发展历程中 下面的哪位科学家首先建立了平均速度 瞬时速度和加速度等概念用来描述物体的运动 并首先采用了实验检验 猜想和假设的科学方法 把实验和逻辑推理和谐地结合起来 从而有力地推进了人类科学的发展 a 伽利略b 亚里士多德c 牛顿d 爱因斯坦答案 a 基础自测 2 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 判定下列过程是伽利略的探究过程的是 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 得出结论答案 c 3 亚里士多德的命题 重的物体下落快 轻的物体下落慢 失误的根源在于他 a 不注意观察自然现象b 对此没有做深刻的逻辑思辨c 对此没有进行科学实验d 对此没有进行归纳和总结答案 bc 4 一个铁钉和一团棉花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答案 b 5 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 a 真空管中的羽毛比有空气管中的羽毛受到的重力大b 羽毛比钱币下落慢的原因是由于羽毛受到空气阻力作用 钱币不受空气阻力c 羽毛比钱币下落慢的原因是因为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 下落的快慢均一样答案 cd 6 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 逻辑推理答案 d 课堂互动探究 1 逻辑推理亚里士多德凭经验认为 重的物体比轻的物体下落的快 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的下落速度大 假定大石头的下落速度为8 小石头的下落速度为4 当我们把两块石头捆在一起时 大石头会被小石头拖着而减慢 结果整个系统的下落速度应该小于8 但两块石头捆在一起 总的重力比大石头还要重 因此整个系统下落的速度要比8还大 这样 就从 重物比轻物落得快 的前提中推断出了互相矛盾的结论 这使亚里士多德的理论陷入了困境 伽利略进一步猜想速度的变化是均匀的 伽利略对自由落体运动的研究 2 猜想假说伽利略认为 自由落体是一种最简单的变速运动 他设想 最简单的变速运动的速度应该是均匀变化的 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 即经过相等的时间 速度的变化相等 另一种是速度的变化对位移来说是均匀的 即经过相等的位移 速度的变化相等 伽利略假设的第一种方式最简单 并把这种运动叫做匀变速运动 3 实验验证伽利略设计了一个斜面实验 如图2 1 2所示 因为物体实际下落太快 伽利略想办法把物体运动的速度放慢 即先研究小球在斜面上的运动 探究一个光滑黄铜小球沿倾斜直槽滑下时的运动情况 图2 1 2 例1 在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 这主要是因为书 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 1 玻璃球先行羽毛到达地面 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 题后反思 羽毛下落得比玻璃球慢 是由于空气阻力的影响 在空气阻力很小而可以忽略的情况下 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 不要以为重物比轻物下落得快 1 伽利略的研究方法 1 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 2 提出自由落体运动是一种最简单的变速运动 匀变速直线运动的假说 3 由于不能用实验直接验证自由落体运动是匀变速运动 伽利略采用了间接验证的方法 研究方法和科学意义 2 科学意义伽利略对自由落体运动的研究 开创了研究自然规律的科学方法 抽象思维 数学推导和科学实验相结合 这种方法到现在仍然一直是物理学乃至整个自然科学最基本的研究方法 不但标志着物理学的真正开端 也有力地推进了人类科学认识的发展 近代科学研究的大门从此打开 并且对我们科学素质的培养仍有重要的现实意义 例2 科学探究活动通常包括以下环节 提出问题 作出假设 制定计划 搜集证据 评估交流等 一组同学研究 运动物体所受空气阻力与运动速度关系 的探究过程如下 a 有同学认为 运动物体所受空气阻力可能与其运动速度有关 b 他们计划利用一些 小纸杯 作为研究对象 用超声测距仪等仪器测量 小纸杯 在空中直线下落时的下落距离 速度随时间变化的规律 以验证假设 c 在相同的实验条件下 同学们首先测量了单只 小纸杯 在空中下落过程时的下落距离 将数据填入下表中 图2 1 3 a 是对应的位移 时间图线 然后将不同数量的 小纸杯 叠放在一起从空中下落 分别测出它们的速度 时间图线 如图2 1 3 b 中图线1 2 3 4 5所示 d 同学们对实验数据进行分析 归纳后 证实了他们的假设 图2 1 3 根据上图回答下列提问 1 与上述过程中a c步骤相对应的科学探究环节分别是 2 图 a 中的ab段反映了运动物体在做 运动 3 图 b 中各条图线具有共同特点 小纸杯 在下落的开始阶段做 运动 最后 小纸杯 做 运动 4 比较图 b 中的图线1和5 指出在1 0 1 5s时间段内 速度随时间变化关系的差异 解析 图 a 是s t图像 ab段是直线 说明ab段运动物体在做匀速直线运动 从图 b 中可以看出开始阶段速度随时间增大 做加速运动 后来是一条平行于时间轴的直线 说明后来做匀速直线运动 1 0 1 5s时间内图线1是平行于t轴的 而图线5是不平行于t轴的 答案 1 作出假设 搜集证据 2 匀速直线 3 加速匀速直线 4 图线5速度有明显变化 变化率比图线1大 题后反思 科学研究方法的基本要素按发生顺序的排列 体现了科学研究的思路 过程 是科学研究成败的关键 学习科学方法的同时 一定要领会科学方法的思路和本质 例3 对于物体的运动情况 可以用列表法进行描述 下面表格中