再现经典 重温落体运动规律的历史探索

吴红娜

摘 要：实验是中学物理教学的重要组成部分，让学生在真实的实验过程中建立物理概念和规律、理解和掌握物理知识同时培养学生的观察能力、思维能力、探索精神。本文结合教学实例《匀变速直线运动实例——自由落体运动》，谈谈如何根据教学内容选择合适的实验方法，突破教学难点，与同行们研讨。

关键词：自由落体运动；演示实验；有效教学；经典

实验是物理课的灵魂，利用不同类型的物理实验，具体形象地展示物理知识的形成和发展过程，强化学生的感知并纠正在感知中形成的错觉，从而达到丰富学生头脑中感性材料的储存及发展智力、培养能力的目的。现代教育技术的发展让教师拥有更多丰富教学资源，更现代的教学手段，信息技术、多媒体技术与课堂教学的有机整合使我们的课堂教学更加丰富多彩，但我在《自由落体运动》物理实验有效教学的实践研究中有了不同看法，希望与大家一起探讨。

这节课教学内容是司南版《普通高中课程标准实验教科书：物理必修1》第三章第3节《匀变速直线运动实例——自由落体运动》。通过本章前两节的学习，学生已经知道了匀变速直线运动的基本规律和研究方法，会利用规律分析和解决一些简单的运动的问题，知道利用打点计时器和频闪照片研究运动。新课改中提倡探究性学习，我对《自由落体运动》这节的实验设计，有过以下几种设想：

（1）学生分组实验，使用打点计时器、纸带以及重物来进行实验，将重物下落的过程转化为纸带上静态的点，通过对点迹的研究，发现相邻的两段相等的时间内的位移的增量Δh是一个定值，从而判定该运动是匀加速直线运动，同时根据Δh=gT2算出加速度。

（2）展示频闪照片拍摄过程，引导学生通过频闪照片看到自由落体运动的轨迹是一条直线，在连续相等的时间内通过的位移越来越大，说明自由落体运动是初速度为零的加速直线运动，分发事先打印好的频闪照片让学生通过数据计算分析得出自由落体运动的规律。

（3）学生分组实验利用传感器记录自由落体运动不同位置的速度，利用电脑同步绘制速度图像，速度图像是一条直线说明自由落体运动是匀变速直线运动，同时利用图像斜率自动算出重力加速度。

这些设想在网上很多全国性的比赛中都有不同的体现，很多老师为这些方案自主设计出不同的实验装置，让学生进行分组探究性实验，探究自由落体规律，自主探究的时间一般是半节课，很好的突破教学难点。但在对教材的研究中，教材中的插图（如图1）引起我的注意，这是伽利略“冲淡重力”实验，也是十大经典实验之一，再现 “经典实验”，由物理学史出发，让学生体会伽利略研究自由落体运动的思路和方法，掌握自由落体运动的规律外，更重要的是学习伽利略不畏艰难的科学探索精神。

我利用实验室演示凸透镜成像的灯具台做成斜面轨道，音乐课用的节拍器当成水钟计时，小铁模拟“冲淡重力”实验，通过问题的讨论，让学生积极参与课堂活动，设疑、解疑、探求规律，做到师生默契配合、情理交融，使学生始终处于积极探求知识的过程中，在原有认知水平上进一步深化拓宽，达到认知的螺旋上升，攻克难点，达到最佳的学习心理状态。

演示实验生动有趣，易形成悬念，它在创设问题情境，激发学生的学习兴趣，增强学生在学习中的积极性和主动性，引导学生追根求源探索知识上有极其重要的作用。通过实验，将各种物理过程生动、形象地展示出来，使学生对理论内容本身有透彻的理解、深刻的记忆，激发学生对物理学的浓厚兴趣，甚至吸引一些学生一生投身于物理学的研究。可见，物理演示实验在物理教学中一直起着举足轻重的作用。简单的演示实验也可以得到很好的教学效果，善用简单的演示实验不仅培养学生对物理的学习兴趣，更多地拓宽学生视野丰富他们的想象，而且能有效地提高了学生的观察能力、分析问题和解决问题的能力。

附教学实例：

[教学过程]

引入：设置情景，激发兴趣

素材：日常下落运动ppt

教师：爱因斯坦曾颇为感慨的说：“有一个基本问题，几千年来都因为它太复杂而含糊不清，这就是运动问题”请看屏幕，熟透的苹果会落地，露珠下落，飘落的树叶、雪花，这些落体运动，我们是司空见惯的，上课前我就两个轻重不同的物体，由同一高度，同时由静止释放，谁先落地？进行一次随机采访，我们不防先来听听他们的说法。

素材：采访视频

他们的说法不一，历史上我们也曾有过这样的困惑

新课教学

1. 历史回顾

演示：铁球与纸片下落

谁下落快

铁球快

素材：时空对话ppt

你们看到了铁球快，古希腊百科全书式的人物亚里士多德也看到了，他通过反复的观察，归纳总结，提出重的物体比轻的物体下落要快，物体下落快慢由重量决定。这观点符合人们的生活经验，加上亚里士多德的权威地位，这种观点在近2000年的时间里一直被奉为经典，写进教科书。

一直到16世纪末，伽利略对此提出质疑，他认为物体下落快慢与轻重无关，轻物与重物下落一样快，这种观点，不被当时的学术界认可。那么伽利略是如何推翻亚里士多德的观点呢？

问题：伽利略是如何推翻亚里士多德的观点？

素材：比萨斜塔实验 、逻辑推理（归谬法）

实验：学生设计小实验推翻亚里士多德的观点

问题：那日常生活中，物体下落有快慢，是因为轻重不同吗？那是因为什么原因？

学生：空气阻力

推进：如果减少空气阻力，铁球与纸片下落快慢越接近。

如果没有空气阻力铁球与纸片下落快慢一样

教育：看待问题不能凭直觉，要透过现象看本质

2. 自由落体运动

（1）定义：物体只在重力作用下从静止开始下落的运动。

（2）条件：①只受重力 ②从静止开始

（3）自由落体运动是一种理想化的模型，阻力远小于重力，就可看成自由落体运动（抓住主要因素，忽略次要因素）

（4）运动特点：同一地点同时做自由落体运动，快慢相同，与轻重无关

素材：牛顿管实验、阿波罗登月实验

教育：实践是检验真理的唯一标准

3. 探究自由落体运动的规律

问题：那自由落体运动是一种怎样的运动，有怎样的规律？

学生：直线 、加速、匀加速直线

老师：在伽利略时代，测量手段非常落后，滴水法测时间，那么伽利略是如何研究自由落体运动的规律？让我们一起来重走大师路，体验科学研究方法，希望大家可以习其方法得其精髓。

素材：伽利略对研究自由落体运动的探究过程ppt

实验：模拟“冲淡重力”实验

教育：学习研究自然规律的科学方法“提出假设→数学推理→实验验证→合理外推”，更要学习伽利略不畏艰难的科学探索精神。

老师：刚才我们穿越到几百年前过了一把伽利略的瘾，但是实际上，以现在的水平，我们想要探究自由落体运动的性质，我们能想到哪些办法？需要那些仪器？

学生：打点计时器、频闪照片、光电门等。

素材：频闪照片、打点计时器

学生：根据上节内容，通过对频闪照片、打点计时器的测量与计算，判断是否匀加速，如是，利用逐差法求加速度

4. 重力加速度g=9.8m/s2 方向：竖直向下估算时取g=10m/s2

素材：ppt展示书47页表3-5不同地区重力加速度大小

（1）纬度越高，g越大。南北两级比赤道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我们在后面的学习中还会讨论。

5. 自由落体运动的运动公式

学生：写在书47页空白的方框中

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. 应用

游戏：书48页迷你实验室，测量反应时间

7. 作业

（1）阅读教材第三章第3节《匀变速直线运动实例——自由落体运动》

（2）书51页1～4

8. 诗歌小结

物体运动有快慢？ 生活经验误判断！不畏质疑与艰难，追求真理走在前。自由落体之概念，忽略阻力要先言。物体从空自由下，轻重没有快慢差。你我一个加速度，共同享受九点八。