課題： 自由落體運動
馬鞍山市第二中學 黃浩
一、教學設(shè)想：
自由落體運動是自然界中廣泛存在的自由下落物體運動的理想化模型，是一種典型的勻變速直線運動。本節(jié)課研究自由落體運動，想通過剖析“重快輕慢”的生活直覺，推理出的輕重物體同時落地的結(jié)論，并通過對伽利略的探究之路的回顧與分析使學生體會到科學研究的方法的重要意義，啟發(fā)學生用物理學家的眼光觀察生活現(xiàn)象，培養(yǎng)其綜合分析能力。
二、教學目標與要求：
理解物體下落運動的本質(zhì)，知道歷史上的兩種不同觀點，領(lǐng)會伽利略探究的過程和其研究問題的方法（知識=觀察+實驗+思考）。教學中要求學生通過觀察演示實驗，學會用分析、推理、判斷和綜合等方法研究物理問題，提高學生獨立分析和探究問題的能力。
三、教學過程
（一）、引入新課
1、導入：我們今天研究常見的物體的自由下落運動，并探究其規(guī)律。
（二）新課教學
1、演示實驗：讓一個紙片與重物同時自由下落，你看到了什么現(xiàn)象？
生：重物下落得快。
請同學再觀察：把剛才的紙片揉成團，和重物由靜止同時下落，你發(fā)現(xiàn)了什么？
生：幾乎同時落地。
師：同一個紙片，為什么形狀不一樣，其下落時間就不一樣呢？
這是因為空氣的阻力的影響。把紙片揉成團，所受空氣的阻力要比紙片所受空氣的阻力小得多，所以與重物幾乎同時落地。
師：設(shè)想如果沒有阻力，把質(zhì)量、形狀不同的物體放在真空中，從同一高度自由下落，那么請你猜想結(jié)論如何呢？
生：不同的物體會同時落地。
演示：利用牛頓管，用抽氣機將其抽成真空，讓牛頓管中的硬幣、雞毛從靜止一起下落。
現(xiàn)象：同時落下。
說明：如果排除空氣阻力的影響，輕重不同的物體下落快慢完全一樣，即物體下落速度的變化與質(zhì)量大小無關(guān)。
師：這是我們今天通過：觀察+實驗+思考得到的結(jié)論，那么歷史上物理學家是怎么研究物體自由下落的運動的？
歷史的回顧
早期古希臘的哲學家亞里士多德通過對大量的物體自由下落的觀察，直接得出結(jié)論：重的物體比輕的物體下落的快，即“重快輕慢”。由于他在學術(shù)界的崇高地位，且該結(jié)論符合生活經(jīng)驗，這種論斷流傳了近2000年。直到16世紀，意大利的科學家伽利略用佯謬的方法巧妙地推翻了這種觀點。
他假設(shè)：根據(jù)亞里士多德的論斷，一塊大石頭的下落速度要比一塊小石頭下落的速度大，假定大石頭下落的速度為8，小石頭下落的速度為4。把兩塊石頭栓在一起時，下落快的會被下落慢的拖著而減慢，下落慢的會被下落快的拖著而加快，結(jié)果一起下落速度應該小于8。但是兩塊石頭栓在一起，加起來比大石頭還要重，因此重物體比輕物體的下落速度要小。這樣亞里士多德的論斷陷入了自相矛盾的境地。伽利略由此推斷出重物體不會比輕物體下落得快。（并在比薩斜塔用實驗證明了這種觀點。）
意義：不同物體如“重快輕慢”，則大量的物體下落規(guī)律很難研究；如物體的下落與質(zhì)量無關(guān)，則研究某個下落運動就把握各個物體下落的規(guī)律了。（從變化中找出不變的東西，把握物理現(xiàn)象的本質(zhì)）
物體自由下落既然跟質(zhì)量無關(guān)，那么它到底遵循什么樣的規(guī)律呢？
伽利略用推論否定了亞里士多德的觀點后，就開始研究落體運動的性質(zhì)。（問題）
伽利略的探索之路（知識=觀察+實驗+思考）
大膽的猜測：下落物體的速度是隨時間均勻增加的，即
伽利略想用實驗來驗證這個猜想，但在當時的條件下遇到了很多困難，首先：
困難一 ：瞬時速度無法準確測量
解決測量瞬時速度的困難，尋求間接驗證的途徑（思維的作用），
（分析討論為什么
困難二 物體下落很快，當時沒有準確的計時工具，很難測定不同位移對應的時間。
（思維）為了減緩物體下落速度，伽利略設(shè)計了著名的“沖淡重力”的斜面實驗。
介紹“沖淡重力”的的歷史情況。
（說明科學實驗的艱辛，體現(xiàn)分工、合作探究的意義）
實驗驗證 ：伽利略用銅球從斜槽的不同位置由靜止下落，反復實驗后發(fā)現(xiàn)，在同一個傾角θ的斜面上，小球滾下的位移總是與運動時間的平方成正比。
伽利略手稿中記錄的一組實驗數(shù)據(jù)
時間單位 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 |
距離單位 | 32 | 130 | 298+ | 526+ | 824 | 1192 | 1600 | 2104 |
結(jié)果表示為：
伽利略發(fā)現(xiàn)，斜面的傾角不同，上述比例關(guān)系同時成立，只是這個常數(shù)的隨著θ的增大而增大。
困難三、伽利略用斜面實驗驗證了
至此，他終于成功地驗證了原先的猜想，不但否定了亞里士多德的錯誤論斷，而且得到了物體下落的規(guī)律。
分析：伽利略的成功，不僅在與找到了落體運動的規(guī)律，更重要的是開辟了一條研究物理學的研究之路?，F(xiàn)在我們已經(jīng)有足夠的設(shè)備準確的驗證落體運動規(guī)律，
但這種研究問題的方法仍然重要。（“伽利略的發(fā)現(xiàn)以及他所用的科學推理方法，是人類思想史上最偉大的成就之一，而且標志著物理學的真正開端”— 愛因斯坦 ）
說明：現(xiàn)代物理科技總體向兩個極端方向發(fā)展延伸：極大（空間領(lǐng)域），極?。ㄎ⒂^領(lǐng)域，如：夸克領(lǐng)域），也有一些現(xiàn)象研究時設(shè)備不足,或觀測不到，那么怎么研究？就要通過科學思維的方法去研究了。
介紹：科學、技術(shù)、社會發(fā)展的相輔相成的關(guān)系。
現(xiàn)在我們不必用斜面來“沖淡重力”，采用現(xiàn)代化的儀器設(shè)備可以對落體運動精確地“計時”、“定位”，直接研究落體運動的性質(zhì)。
超越伽利略：介紹現(xiàn)代研究自由落體運動的方法
2 、啟發(fā)用打點計時器研究紙帶求出加速度、
3、其它方法（測速計等）
人們采用先進的實驗手段測得：一切物體的自由落體的加速度都相同，這個加速度叫重力加速度，用g表示。通常的計算，g值取
課堂小結(jié)：
當物體所受空氣阻力比物體本身重力小得多時，即f<<G時。從靜止開始的豎直下落運動，可以按自由落體運動處理。（實際意義）
（如：汽車啟動看成勻加速運動，火車進站看成勻減速運動）自由落體運動是
前面學習勻變速直線運動的規(guī)律，而自由落體運動是現(xiàn)實中典型的勻變速直線運動，對它的學習可達到理論聯(lián)系實際的作用。