再現(xiàn)經(jīng)典 重溫落體運(yùn)動(dòng)規(guī)律的歷史探索

吳紅娜

摘 要：實(shí)驗(yàn)是中學(xué)物理教學(xué)的重要組成部分，讓學(xué)生在真實(shí)的實(shí)驗(yàn)過程中建立物理概念和規(guī)律、理解和掌握物理知識同時(shí)培養(yǎng)學(xué)生的觀察能力、思維能力、探索精神。本文結(jié)合教學(xué)實(shí)例《勻變速直線運(yùn)動(dòng)實(shí)例——自由落體運(yùn)動(dòng)》，談?wù)勅绾胃鶕?jù)教學(xué)內(nèi)容選擇合適的實(shí)驗(yàn)方法，突破教學(xué)難點(diǎn)，與同行們研討。

關(guān)鍵詞：自由落體運(yùn)動(dòng)；演示實(shí)驗(yàn)；有效教學(xué)；經(jīng)典

實(shí)驗(yàn)是物理課的靈魂，利用不同類型的物理實(shí)驗(yàn)，具體形象地展示物理知識的形成和發(fā)展過程，強(qiáng)化學(xué)生的感知并糾正在感知中形成的錯(cuò)覺，從而達(dá)到豐富學(xué)生頭腦中感性材料的儲存及發(fā)展智力、培養(yǎng)能力的目的。現(xiàn)代教育技術(shù)的發(fā)展讓教師擁有更多豐富教學(xué)資源，更現(xiàn)代的教學(xué)手段，信息技術(shù)、多媒體技術(shù)與課堂教學(xué)的有機(jī)整合使我們的課堂教學(xué)更加豐富多彩，但我在《自由落體運(yùn)動(dòng)》物理實(shí)驗(yàn)有效教學(xué)的實(shí)踐研究中有了不同看法，希望與大家一起探討。

這節(jié)課教學(xué)內(nèi)容是司南版《普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書：物理必修1》第三章第3節(jié)《勻變速直線運(yùn)動(dòng)實(shí)例——自由落體運(yùn)動(dòng)》。通過本章前兩節(jié)的學(xué)習(xí)，學(xué)生已經(jīng)知道了勻變速直線運(yùn)動(dòng)的基本規(guī)律和研究方法，會利用規(guī)律分析和解決一些簡單的運(yùn)動(dòng)的問題，知道利用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器和頻閃照片研究運(yùn)動(dòng)。新課改中提倡探究性學(xué)習(xí)，我對《自由落體運(yùn)動(dòng)》這節(jié)的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，有過以下幾種設(shè)想：

（1）學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)，使用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、紙帶以及重物來進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，將重物下落的過程轉(zhuǎn)化為紙帶上靜態(tài)的點(diǎn)，通過對點(diǎn)跡的研究，發(fā)現(xiàn)相鄰的兩段相等的時(shí)間內(nèi)的位移的增量Δh是一個(gè)定值，從而判定該運(yùn)動(dòng)是勻加速直線運(yùn)動(dòng)，同時(shí)根據(jù)Δh=gT2算出加速度。

（2）展示頻閃照片拍攝過程，引導(dǎo)學(xué)生通過頻閃照片看到自由落體運(yùn)動(dòng)的軌跡是一條直線，在連續(xù)相等的時(shí)間內(nèi)通過的位移越來越大，說明自由落體運(yùn)動(dòng)是初速度為零的加速直線運(yùn)動(dòng)，分發(fā)事先打印好的頻閃照片讓學(xué)生通過數(shù)據(jù)計(jì)算分析得出自由落體運(yùn)動(dòng)的規(guī)律。

（3）學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)利用傳感器記錄自由落體運(yùn)動(dòng)不同位置的速度，利用電腦同步繪制速度圖像，速度圖像是一條直線說明自由落體運(yùn)動(dòng)是勻變速直線運(yùn)動(dòng)，同時(shí)利用圖像斜率自動(dòng)算出重力加速度。

這些設(shè)想在網(wǎng)上很多全國性的比賽中都有不同的體現(xiàn)，很多老師為這些方案自主設(shè)計(jì)出不同的實(shí)驗(yàn)裝置，讓學(xué)生進(jìn)行分組探究性實(shí)驗(yàn)，探究自由落體規(guī)律，自主探究的時(shí)間一般是半節(jié)課，很好的突破教學(xué)難點(diǎn)。但在對教材的研究中，教材中的插圖（如圖1）引起我的注意，這是伽利略“沖淡重力”實(shí)驗(yàn)，也是十大經(jīng)典實(shí)驗(yàn)之一，再現(xiàn) “經(jīng)典實(shí)驗(yàn)”，由物理學(xué)史出發(fā)，讓學(xué)生體會伽利略研究自由落體運(yùn)動(dòng)的思路和方法，掌握自由落體運(yùn)動(dòng)的規(guī)律外，更重要的是學(xué)習(xí)伽利略不畏艱難的科學(xué)探索精神。

我利用實(shí)驗(yàn)室演示凸透鏡成像的燈具臺做成斜面軌道，音樂課用的節(jié)拍器當(dāng)成水鐘計(jì)時(shí)，小鐵模擬“沖淡重力”實(shí)驗(yàn)，通過問題的討論，讓學(xué)生積極參與課堂活動(dòng)，設(shè)疑、解疑、探求規(guī)律，做到師生默契配合、情理交融，使學(xué)生始終處于積極探求知識的過程中，在原有認(rèn)知水平上進(jìn)一步深化拓寬，達(dá)到認(rèn)知的螺旋上升，攻克難點(diǎn)，達(dá)到最佳的學(xué)習(xí)心理狀態(tài)。

演示實(shí)驗(yàn)生動(dòng)有趣，易形成懸念，它在創(chuàng)設(shè)問題情境，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，增強(qiáng)學(xué)生在學(xué)習(xí)中的積極性和主動(dòng)性，引導(dǎo)學(xué)生追根求源探索知識上有極其重要的作用。通過實(shí)驗(yàn)，將各種物理過程生動(dòng)、形象地展示出來，使學(xué)生對理論內(nèi)容本身有透徹的理解、深刻的記憶，激發(fā)學(xué)生對物理學(xué)的濃厚興趣，甚至吸引一些學(xué)生一生投身于物理學(xué)的研究。可見，物理演示實(shí)驗(yàn)在物理教學(xué)中一直起著舉足輕重的作用。簡單的演示實(shí)驗(yàn)也可以得到很好的教學(xué)效果，善用簡單的演示實(shí)驗(yàn)不僅培養(yǎng)學(xué)生對物理的學(xué)習(xí)興趣，更多地拓寬學(xué)生視野豐富他們的想象，而且能有效地提高了學(xué)生的觀察能力、分析問題和解決問題的能力。

附教學(xué)實(shí)例：

[教學(xué)過程]

引入：設(shè)置情景，激發(fā)興趣

素材：日常下落運(yùn)動(dòng)ppt

教師：愛因斯坦曾頗為感慨的說：“有一個(gè)基本問題，幾千年來都因?yàn)樗珡?fù)雜而含糊不清，這就是運(yùn)動(dòng)問題”請看屏幕，熟透的蘋果會落地，露珠下落，飄落的樹葉、雪花，這些落體運(yùn)動(dòng)，我們是司空見慣的，上課前我就兩個(gè)輕重不同的物體，由同一高度，同時(shí)由靜止釋放，誰先落地？進(jìn)行一次隨機(jī)采訪，我們不防先來聽聽他們的說法。

素材：采訪視頻

他們的說法不一，歷史上我們也曾有過這樣的困惑

新課教學(xué)

1. 歷史回顧

演示：鐵球與紙片下落

誰下落快

鐵球快

素材：時(shí)空對話ppt

你們看到了鐵球快，古希臘百科全書式的人物亞里士多德也看到了，他通過反復(fù)的觀察，歸納總結(jié)，提出重的物體比輕的物體下落要快，物體下落快慢由重量決定。這觀點(diǎn)符合人們的生活經(jīng)驗(yàn)，加上亞里士多德的權(quán)威地位，這種觀點(diǎn)在近2000年的時(shí)間里一直被奉為經(jīng)典，寫進(jìn)教科書。

一直到16世紀(jì)末，伽利略對此提出質(zhì)疑，他認(rèn)為物體下落快慢與輕重?zé)o關(guān)，輕物與重物下落一樣快，這種觀點(diǎn)，不被當(dāng)時(shí)的學(xué)術(shù)界認(rèn)可。那么伽利略是如何推翻亞里士多德的觀點(diǎn)呢？

問題：伽利略是如何推翻亞里士多德的觀點(diǎn)？

素材：比薩斜塔實(shí)驗(yàn) 、邏輯推理（歸謬法）

實(shí)驗(yàn)：學(xué)生設(shè)計(jì)小實(shí)驗(yàn)推翻亞里士多德的觀點(diǎn)

問題：那日常生活中，物體下落有快慢，是因?yàn)檩p重不同嗎？那是因?yàn)槭裁丛颍?/p>

學(xué)生：空氣阻力

推進(jìn)：如果減少空氣阻力，鐵球與紙片下落快慢越接近。

如果沒有空氣阻力鐵球與紙片下落快慢一樣

教育：看待問題不能憑直覺，要透過現(xiàn)象看本質(zhì)

2. 自由落體運(yùn)動(dòng)

（1）定義：物體只在重力作用下從靜止開始下落的運(yùn)動(dòng)。

（2）條件：①只受重力 ②從靜止開始

（3）自由落體運(yùn)動(dòng)是一種理想化的模型，阻力遠(yuǎn)小于重力，就可看成自由落體運(yùn)動(dòng)（抓住主要因素，忽略次要因素）

（4）運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)：同一地點(diǎn)同時(shí)做自由落體運(yùn)動(dòng)，快慢相同，與輕重?zé)o關(guān)

素材：牛頓管實(shí)驗(yàn)、阿波羅登月實(shí)驗(yàn)

教育：實(shí)踐是檢驗(yàn)真理的唯一標(biāo)準(zhǔn)

3. 探究自由落體運(yùn)動(dòng)的規(guī)律

問題：那自由落體運(yùn)動(dòng)是一種怎樣的運(yùn)動(dòng)，有怎樣的規(guī)律？

學(xué)生：直線 、加速、勻加速直線

老師：在伽利略時(shí)代，測量手段非常落后，滴水法測時(shí)間，那么伽利略是如何研究自由落體運(yùn)動(dòng)的規(guī)律？讓我們一起來重走大師路，體驗(yàn)科學(xué)研究方法，希望大家可以習(xí)其方法得其精髓。

素材：伽利略對研究自由落體運(yùn)動(dòng)的探究過程ppt

實(shí)驗(yàn)：模擬“沖淡重力”實(shí)驗(yàn)

教育：學(xué)習(xí)研究自然規(guī)律的科學(xué)方法“提出假設(shè)→數(shù)學(xué)推理→實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證→合理外推”，更要學(xué)習(xí)伽利略不畏艱難的科學(xué)探索精神。

老師：剛才我們穿越到幾百年前過了一把伽利略的癮，但是實(shí)際上，以現(xiàn)在的水平，我們想要探究自由落體運(yùn)動(dòng)的性質(zhì)，我們能想到哪些辦法？需要那些儀器？

學(xué)生：打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、頻閃照片、光電門等。

素材：頻閃照片、打點(diǎn)計(jì)時(shí)器

學(xué)生：根據(jù)上節(jié)內(nèi)容，通過對頻閃照片、打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的測量與計(jì)算，判斷是否勻加速，如是，利用逐差法求加速度

4. 重力加速度g=9.8m/s2 方向：豎直向下估算時(shí)取g=10m/s2

素材：ppt展示書47頁表3-5不同地區(qū)重力加速度大小

（1）緯度越高，g越大。南北兩級比赤道g大。

（2）海拔越高，g越小。高山比海平面g小，位置越高g越小。

重力加速度g我們在后面的學(xué)習(xí)中還會討論。

5. 自由落體運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)公式

學(xué)生：寫在書47頁空白的方框中

vt=gt

h=（1/2）gt2 g取9.8m/s2

vt2=2gh

注意式中的h是指下落的高度

6. 應(yīng)用

游戲：書48頁迷你實(shí)驗(yàn)室，測量反應(yīng)時(shí)間

7. 作業(yè)

（1）閱讀教材第三章第3節(jié)《勻變速直線運(yùn)動(dòng)實(shí)例——自由落體運(yùn)動(dòng)》

（2）書51頁1～4

8. 詩歌小結(jié)

物體運(yùn)動(dòng)有快慢？ 生活經(jīng)驗(yàn)誤判斷！不畏質(zhì)疑與艱難，追求真理走在前。自由落體之概念，忽略阻力要先言。物體從空自由下，輕重沒有快慢差。你我一個(gè)加速度，共同享受九點(diǎn)八。