新课标人教版物理必修1全套课件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

1、v6伽利略对自由落体运动的研究 v一、绵延两千年的错误v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，被人们奉为经典重量重量快快v二、伽利略对自由落体运动的研究过程v1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：v重物与轻物下落得v2猜想与假说：伽利略首先建立了描述运动所需的概念，如等伽利略相信，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，它的速度应该是的逻辑推理逻辑推理同样快同样快平均速度、瞬时速度以及

2、加速度平均速度、瞬时速度以及加速度均匀变化均匀变化v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v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二次方xt2匀加速运动匀加速运动v3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

3、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 都是一样的倾角倾角加速度加速度自由落体运动自由落体运动匀加速运动匀加速运动加速度加速度v三、伽利略的科学方法v伽利略科学思想方法的核心是把 (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和逻辑推理实验和逻辑推理v一、伽利略对自由落体运动的研究v16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：v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

4、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v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

5、：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v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t2 成正比v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t2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v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

6、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v二、伽利略对自由落体运动的研究给我们的启示v1要善于观察、勤于思考，勇于发现问题和提出问题v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v2要合理地进行猜想和假设v猜想和假设是科学思维的一种形式，是对所

7、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v3科学地制定实验计划v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v三、怎样才能提出科学的

8、猜想与假设？v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v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

9、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v四、竖直上抛运动的两种分析方法v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v1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v0、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v2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

10、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：v速度公式：vv0gtv注意：上述公式中的t是从抛出时刻开始计时的，x是运动物体对抛出点的位移v五、竖直上抛运动的几个具体问题v1物体上升的时间v设物体经过时间t1上升到最高点，在这一时刻，物体的速度为0，由此可得：v0gt10，v可见，物体落回原地的速度跟抛出的初速度大小相等、方向相反v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

11、等、方向相反的v题型一对伽利略思想观点的理解v【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v(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v()vA它们的质量不等B它们的密度不等vC它们的材料不同 D它们所受的空气阻力不等v(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v()v它们受到的空气阻力不等它们的加速度相等v它们落地的速度不等它们下落的时间相等vABvC只有 D只有v【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v(1)玻璃球先于羽毛到达地面，这主要是因为羽毛受

12、到的空气阻力大的缘故正确选项为D.v(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.v【答案】(1)D(2)Bv规律总结：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v应用111971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)

13、v()v A羽毛先落地，铁锤后落地vB铁锤先落地，羽毛后落地vC铁锤和羽毛都做自由落体运动，重力加速度为9.8 m/s2vD铁锤和羽毛都做自由落体运动，同时落地v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/s2，故C错误v答案：Dv题型二伽利略的研究方法v【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

14、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)159013841072762552340123.5v根据上面的数据，你能验证伽利略当年的研究是否正确吗？v【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v规律总结：熟悉伽利略的工作方法，掌握其中的科学思想和方法v应用21(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v()vA倾角一定时，小球在斜面上的位移与时间成正比vB倾角一定时，小球

15、在斜面上的速度与时间成正比vC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vD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v解析：倾角一定，小球下滑的加速度一定，x at2，vat，故A错B对斜面长度一定，倾角不同，小球下滑加速度不同，到达底端时的速度和所需时间均不同，C、D都不正确，故选B.v答案：Bv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v()v

16、A猜想问题数学推理实验验证合理外推得出结论vB问题猜想实验验证数学推理合理外推得出结论vC问题猜想数学推理实验验证合理外推得出结论vD猜想问题实验验证数学推理合理外推得出结论v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v答案：Cv题型三竖直上抛运动v【例3】一个氢气球以4 m/s2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g10 m/s2)v【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