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在物理学习中体会探究乐趣

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在许多著名的侦探故事中,一些明显可见的线索却往往把人们的注意力引入错误的判断中,就是说光凭直觉来判定事物常常是靠不住的。在自由落体运动的教学中,我让历史重现,带领学生进行探究并体念科学探究的乐趣。

在两千多年前,亚里士多德曾认为:质量大的物体比质量小的物体下落快。这一结论,符合当时人们认识自然规律的常识,从事物的现象很容易得出这样的结论。以至于其后两千年的时间里,大家都奉为经典。但是这种从表面上的观察得出的结论实际上是错误的。

16世纪末,意大利青年学者伽利略对亚里士多德的论断产生了怀疑。通过大胆猜想和实验研究证明这个结论是错误的。伽利略用简单明了的科学推理,巧妙地揭示了亚里士多德的理论内部包含的矛盾。他在1638年写的《两种新科学的对话》一书中指出:“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,当我们把两块石头拴在一起时,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,结果整个系统的下落速度应该小于8。但是两块石头拴在一起,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,就从重物体比轻物体下落得快的假设,推出了重物体比轻物体下落得慢的结论”。亚里士多德的理论陷入了自相矛盾的境地。伽利略由此推断重物体不会比轻物体下落得快。伽利略曾在著名的比萨斜塔做了著名的自由落体试验,让两个体积相同、质量不同的铁球从塔顶同时下落,结果两个铁球同时落地,以实践驳倒了亚里士多德的结论。从而推翻了两千多年来被人们奉为真理的结论,在当时的物理界产生了极大的轰动。

在“自由落体运动”内容教学中,我们可以身边触手可及的纸片、粉笔及实验室中的牛顿管等来重现我们物理学中的伽利略研究过程。我们可以通过以下实验进行探究。首先,伽利略的结论:重物与轻物应该下落的同样快。

实验一 用纸片和粉笔头从同一#from 本文来自学优高考网www.gkstk.com,全国最大的高考资源网 end#高度同时由静止下落。请猜想:哪一个物体先下落?

实验现象:粉笔头先下落。

结论:质量大的物体先落地。

实验二 用质量相同的纸片,把其中一个揉成团,让它们同时从同一高度由静止下落。请猜想:哪一个物体先下落?

实验现象:纸团。

结论:体积小的物体先下落。

实验三 用质量相同的纸片,把其中一个撕去掉部分并揉成团,让它们同时从同一高度由静止下落。请猜想:哪一个物体先下落?

实验现象:纸团。

结论:体积小的物体先下落。

引导学生对以上实验进行思考:物体的下落时间与质量和体积有关系吗?

师生共同分析实验:影响下落快慢的因素是空气阻力,与质量无关,即与物体重力无关。

大胆猜想:如果没有空气阻力,也就是在真空情况下,物体应同时下落。

实验四 牛顿管实验是在一根长约1.5 m的玻璃管中,放入一些形状和重力均不同的小物体如羽毛、小铁片等,演示实验步骤为:

(1)不抽出玻璃管中的空气,首先竖直管身,使两物体置于管底,将玻璃管在竖直平面内迅速倒转过来,使管身竖直,两物体置于管内顶部,这时观察两物体在大气中下落情形。

(2)抽取玻璃管中部分空气,重复步骤1,观察两物体在稀薄空气中下落情形。

(3)继续抽取玻璃管中空气,使其逐渐接近真空,再重复步骤1,再观察物体在接近真空时下落情形。

(4)接着教师让学生讨论:从该实验中你看到什么现象,这些现象说明什么问题?

实验现象:在接近真空时,小铁片(重)与羽毛(轻)下落快慢相同。

实验结论:物体下落的快慢与质量无关。

通过实验验证伽利略实验结论过程的探究式教学,让学生自己去探索、去寻求,不仅调动了学生的积极性使学生获得了科学知识,最重要的是了解了科学探究的方法与科学思想,还激发了学生思考问题、解决问题的热情,同时也体会到了科学探究的乐趣,学会以发展的眼光看待自己,不断创新,这将使他们终生受益。

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