逍遥学能 2017-01-01 15:15
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。