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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
学习目标
1.明确伽利略对自由落体运动的研究方法. 2.领会伽利略的科学思想. 自主探究
1.两千多年前的 认为物体下落的快慢是由它们的重量决定的.
2.伽利略给出科学探究过程的基本要素,包括对现象的一般观察、 、 、 、 、对假说进行修正和推广等,伽利略科学思想方法的核心是把 和 和谐地结合起来 合作探究
一、绵延两千年的错误
关于下落物体运动快慢的问题,亚里士多德的观点是 . 二、逻辑的力量
1.简述伽利略是怎样论证亚里士多德的观点是错误的? .
2.既然物体下落过程中的运动情况与物体质量无关,那么在现实生活中,不同物体的落体运动,下落快慢不同的原因是 .
三、伽利略对落体运动的探索之路 1.伽利略的猜想:
2.伽利略提出的假设: . 3.实验验证 (1)困难1: . 解决办法: . (2)困难2: . 解决办法: .
(3)还原伽利略的滴水实验:用注射用的瓶子和输液器模拟滴水计时,利用导轨制作一套斜面小球的实验器材,让小球由静止释放,记滴下1、2、3,…滴水时小球的位置.通过改变倾角,重复实验
水滴 距离 1 2 3 4 5 6 7 8
4.得出结论:结果表示为,===…=常数,伽利略发现,斜面的倾角不同,上述比例关系 ,只是这个常数随着θ的增大而 . 5.合理外推:如果斜面的倾角增大到90°,小球的运动就是 ,小球仍会保持 运动的性质.
6.伽利略用到的科学方法的基本环节: . 课堂检测
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1.19世纪末,意大利比萨大学的年轻学者伽利略通过逻辑推理的方法,使亚里士多德统治人们近2000多年的理论陷入困境,伽利略的猜想是( ) A.重的物体下落得快 B.轻的物体下落得快
C.轻、重两物体下落得一样快 D.以上都不是
2.关于伽利略对落体运动的研究,以下说法不正确的是( )
A.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 B.提出“自由落体”是一种最简单的变速直线运动——匀变速直线运动 C.通过斜面上物体的匀加速运动外推出斜面倾角为90°时,物体做自由落体运动,且加速度的大小跟物体的质量有关
D.总体的思想方法是对现象的观察→提出假设→逻辑推理→实验验证→对假说进行修正和推广
3.伽利略在研究落体运动时,设计了如图所示的斜面实验,他在这个实验中采用过的方法有( )
A.用水钟或节拍器计时
B.用打点计时器打出纸带进行数据分析
C.改变斜面倾角,比较各种倾角得到的的值的大小
D.将斜面实验的结果合理“外推”,说明自由落体运动是特殊的匀变速直线运动 4.伽利略对自由落体的研究,开创了研究自然规律的科学方法,这就是( ) A.对自然现象进行总结归纳的方法 B.用科学实验进行探究的方法
C.对自然现象进行总结归纳,并用实验进行验证的方法 D.抽象思维、数学推导和科学实验相结合的方法 5.伽利略用实验验证v∝t的最大困难是( ) A.不能很准确地测定下落的距离 B.不能测出下落物体的瞬时速度 C.当时没有测量时间的仪器
D.当时没有记录落体运动的数码相机
6.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( ) A.倾角一定时,小球在斜面上的位移与时间成正比 B.倾角一定时,小球在斜面上的速度与时间成正比
C.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 D.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
7.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( )
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
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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
8.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”在空中下落过程中不同时刻的下落距离,将数据填入下表中,图甲是对应的位移—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,如图乙中图线1、2、3、4、5所示.
时间下落距离/s /m 0.0 0.4 0.8 1.2 2.0
0.000 0.036 0.469 0.957 x
D.同学们对实验数据进行分析、归纳后,证实了他们的假设. 回答下列提问:
(1)与上述过程中步骤A、C相对应的科学探究环节分别是 .
(2)图甲中的AB段反映了运动物体在做 运动,表中x处的值为 .
(3)图乙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)比较图乙中的图线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: .
9.频闪摄影是研究变速运动常用的实验手段.在暗室中,照相机的快门处于常开状态,频闪仪每隔一定时间发出一次短暂的强烈闪光,照亮运动的物体,于是胶片上记录了物体在几个闪光时刻的位置.图中是小球自由下落时的频闪照片,频闪仪每隔0.04s闪光一次. (1)根据这张频闪照片,你能获取关于自由落体运动的哪些规律性的东西?
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(2)如果要通过这幅照片测量自由落体加速度,可以采用哪几种方法?(照片中的数字是小球距下落点的距离,单位:cm)
参考答案 自主探究 1.亚里士多德
2.提出假设 运用逻辑得出结论 通过实验推论进行检验 实验 逻辑推理 合作探究
一、绵延两千年的错误
物体下落得快慢是由它们的重量决定的 二、逻辑的力量
1.根据亚里士多德的论断,大块的石头比小块的下落速度大,如果把两块捆在一起,大石头会被小石头拖着而减慢,但是两石头捆在一块,总质量比大石头的还要重,速度会比大石头的大.这样,就从“重物比轻物落得快”的前提推出了互相矛盾的结论,从而论证了亚里士多德的观点是错误的
2.空气阻力的影响
三、伽利略对落体运动的探索之路
1.落体运动一定是一种最简单的变速运动,而简单的变速运动,它的速度应该是均匀变化的 2.一种是速度的变化对时间来说是均匀的;另一种是速度的变化对位移来说是均匀的
3.(1)由于当时技术不发达,无法直接测定瞬时速度 如果物体的初速度为0,而且速度随时间变化是均匀的,只要测出物体通过不同位移所用的时间,就能检验速度是否随时间均匀变化 (2)落体下落得很快,当时的计时工具不能测量自由落体运动所需的时间 冲淡“重力”,让铜球沿阻力很小的斜面滚下,加速度小,时间长,容易测量 4.不同 增大
5.自由落体运动 匀加速
6.观察→提出猜想→运用逻辑推理→实验对推理验证→对猜想进行修正→推广应用 课堂检测
1.C 2.C 3.ACD 4.D 5.B
6.B 解析:伽利略通过斜面实验,测得小球通过的位移跟所用时间的二次方之比是不变的,即===…由此证明了小球沿斜面向下的运动是匀变速运动.且小球的加速度随斜面倾角的增大而变大.结合运动学公式我们可知,倾角一定时,小球在斜面上的位移与时间的二次方成正比,选项A错误;小球在斜面上的速度与时间成正比,选项B正确;斜面长度一定时,倾角越大,加速度越大,小球到达底端时的速度越大,选项C错误;倾角越大,加速度越大,小球到达底端所需的时间越短,选项D错误.
7.C 解析:伽利略探究物体下落规律的过程是:先对亚里士多德对落体运动的观察得出的结论提出质疑——大小石块捆在一起下落得出与其矛盾的结论;猜想——下落的运动是最简单的运动,速度与时间成正比;数学推理——如果v∝t,则有x∝t2;实验验证——设计出斜面实验
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并进行研究,得出光滑斜面上滑下的物体的规律x∝t2;合理外推——将光滑斜面上滑下的物体的规律x∝t2推广到落体运动.从探究的过程看,选项C正确. 8.解析:(1)步骤A是作出假设;步骤C是搜集证据.
(2)由位移—时间图象可以看出,图线的AB段位移随时间近似均匀变化,说明物体做的是匀速运动.由图线可求得匀速运动时的速度v≈1.22m/s,则物体从1.2~2.0s的时间内下落的距离h=vt=0.976m,所以表中x=0.957m+0.976m=1.933m.
(3)由速度—时间图象可知,速度先增大,后保持稳定,其变化率一直减小,即加速度一直减小.最后“小纸杯”做匀速直线运动.
(4)由题图乙可知,在1.0~1.5s时间段内,图线1反映速度不随时间变化,图线5反映速度随时间继续增大(或图线1反映纸杯做匀速运动,图线5反映纸杯依然在做加速度减小的加速运动). 答案:(1)作出假设与搜集证据 (2)匀速 1.933 (3)加速度逐渐减小的加速 匀速 (4)图线1反映速度不随时间变化,图线5反映速度随时间继续增大(或图线1反映纸杯做匀速运动,图线5反映纸杯依然在做加速度减小的加速运动) 9.解析:(1)从题图中可知,球的自由落体运动是: ①直线运动; ②变速直线运动; ③加速直线运动;
④x1∶x2∶x3∶x4∶…=1∶3∶5∶7∶…; ⑤Δx=1.6cm=恒量.
(2)要通过这幅图测出自由落体的加速度的方法有多种,如: ①由Δx=aT2,其中T=0.04s;
②由x=gt2,测量出自下落点与图中某一位置的距离x,确定相应时间t,代入公式求解;
③计算出图中某一位置的瞬时速度:一段时间中间时刻的瞬时速度等于这段时间内的平均速度;再运用vt=gt求解. 答案:见解析
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2020人教版高中物理必修一2.6伽利略对自由落体运动的研究word学案
