自由落體運動中物理學(xué)史-探究的學(xué)習(xí)方法探討

1、    自由落體運動中“物理學(xué)史探究”的學(xué)習(xí)方法探討    孫濛偉摘要：自由落體運動是高中物理學(xué)習(xí)中非常重要的知識點，我通過運用“物理學(xué)史-探究”方法學(xué)習(xí)，從學(xué)者知識點發(fā)現(xiàn)歷史來了解和學(xué)習(xí)知識點，取得了不錯的學(xué)習(xí)效果，故對這種學(xué)習(xí)方法進(jìn)行總結(jié)，并推薦給更多的同學(xué)。關(guān)鍵詞：自由落體運動；物理學(xué)史-探究；學(xué)習(xí)方法物理學(xué)史主要表現(xiàn)了人類探索以及認(rèn)識物理世界特征、現(xiàn)象、本質(zhì)以及規(guī)律非常重要的歷程。我們在對物理知識進(jìn)行探索的過程中，通過將物理學(xué)史與教學(xué)融合起來，通過對知識進(jìn)行“再發(fā)現(xiàn)”以及對科學(xué)家發(fā)現(xiàn)科學(xué)的“過程、起因”了解，感受科學(xué)家們的思維以及探索過程，感悟物

2、理規(guī)律和物理概念的形成，發(fā)掘更好的科學(xué)方法和思想，明確科學(xué)的本質(zhì)，才能夠更好的形成物理認(rèn)知結(jié)構(gòu)，達(dá)到學(xué)習(xí)的事倍功半1。現(xiàn)將我在物理“自由落體運動”知識的學(xué)習(xí)中，通過“物理學(xué)史-探究”具體學(xué)習(xí)過程作如下總結(jié)。1“物理學(xué)史-探究”學(xué)習(xí)方法在“自由落體運動”一節(jié)中“勻變速直線運動的研究”一章主要起著示例、總結(jié)的作用，可以說本章非常重要的部分。其學(xué)習(xí)難點主要在于能夠發(fā)現(xiàn)自由落體運動規(guī)律及其運用。但因為受到以往經(jīng)驗的影響，我們通常會認(rèn)為“重物體落得相對較快，輕物體落得相對較慢”，這可能會困擾我們在“自由落體運動”上的學(xué)習(xí)2。為此，我們可以通過“物理學(xué)史-探究”的方法來探索自由落體運動，具體方法為：1.1

3、提出問題在學(xué)習(xí)自由落體運動時，我首先提出了兩個問題：（1）蘋果樹上是樹葉和蘋果同事掉落，會同時落到地上嗎？（2）重的物體一定就落得更快嗎？為了驗證這兩個問題，我拿了兩張相同大小和材質(zhì)的紙張，其中一張將其揉成團(tuán)，讓它們從同高度的桌面上一起下落。根據(jù)實驗現(xiàn)象，我再次思考：在物體下落期間，其運動的情況與哪些因素相關(guān)呢？1.2回顧歷史收集亞里士多德的歷史信息，充分了解其生平事跡，總結(jié)其對歷史的正面和負(fù)面影響，概括他的主要物理觀點，重點了解亞里士多德在物體所受到的重力與其下落速度呈現(xiàn)為正比觀點的了解，簡單來說就是傳統(tǒng)認(rèn)為的重物體比輕物體先落到地。通過歷史的回顧，我發(fā)現(xiàn)早在一千多年前，就有學(xué)者對這個觀點提

4、出了質(zhì)疑，但到了16世紀(jì)末期，伽利略才對此提出了其個人觀點。再次，我對伽利略的的歷史信息，充分了解其生平事跡，并分析了伽利略在自由落體運動研究的時代背景以及研究的起因。1.3重塑歷史1.3.1質(zhì)疑：通過對亞里士多德以及伽利略觀點的對比，可以看到兩位學(xué)者的觀點明顯存在反差。而為了驗證伽利略的觀點，我首先根據(jù)亞里士多德的觀點進(jìn)行了兩項實驗：（1）選取一張紙和一枚硬幣同時從同一高度的桌面拋下；（2）將硬幣置于紙張的上方，將其視為一個整體將其與紙張、硬幣同時拋下。通過實驗對比發(fā)現(xiàn)，硬幣第一個落地，結(jié)合了紙張的硬幣第二個落地，紙張第三個落地。我認(rèn)為出現(xiàn)這種情況，可能是由于紙張的輕輕托起了硬幣，使得其下落

5、的速度受阻，而紙張則因為受到硬幣的重力，使得其下落的速度加快；紙張與硬幣的整體較之單紙張明顯加快，而與單個硬幣比較明顯減緩。但是若從另一個層面來看，紙張與硬幣的結(jié)合明顯增加了重力，但卻并未沒有增加其下落的速度，這與亞里士多德的觀點明顯不符。為此，伽利略可能是通過這種方式來推翻亞里士多德的觀點，其認(rèn)為只是依照物體本身的重量來判斷自由落體運動速度必然會存在諸多缺陷。1.3.2真空管實驗：在對伽利略觀點的了解中，物體在下落的過程中，其速度同時還與物體穿過的介質(zhì)重量存在相關(guān)性；而從密度的角度來分析，當(dāng)物體的密度超過了介質(zhì)密度時，那么它就會出現(xiàn)明顯的下沉，反之則會上升；而材料相同的物體，無論其大小在相同

6、的介質(zhì)中均會表現(xiàn)出同樣的下落速度。為此，伽利略得出了這樣的結(jié)論：在真空環(huán)境下下落時，不同材質(zhì)的物體其下落的速度主要受到其密度的決定。但經(jīng)過實驗觀察，伽利略發(fā)現(xiàn)不同材質(zhì)的物體在不同的介質(zhì)中下落的速度存在差異，并且表現(xiàn)出明顯的介質(zhì)密度逐漸減小時，物體下落時的速度差也就越小；當(dāng)其在遭遇到稀薄空氣且逐漸接近真空介質(zhì)時，物體下落的速度也就會無較大差別。基于此，伽利略提出了一個大膽的質(zhì)疑：在真空條件下，所有物體的下落速度無差別。通過上述分析，我同時進(jìn)行了“牛頓管”實驗：在充滿空氣的玻璃管內(nèi)放入金屬片與羽毛各一片，將其同時倒轉(zhuǎn)下落，金屬片明顯下落的更快；但當(dāng)我將玻璃管中的空氣抽取后，兩者再次下落，其速度無差

7、別。此時，我了解到了落體運動快慢最大的影響的因素是其介質(zhì)產(chǎn)生的阻力；在沒有任何阻力的情況下，物體的下落與其重量大小無關(guān)。1.3.3斜面實驗：因伽利略主要是受到開普勒和哥白尼數(shù)學(xué)形式獲得行星運動規(guī)律表述的啟發(fā)，對物體下落的精確規(guī)律進(jìn)行重新構(gòu)思。根據(jù)不同的情況和因素其提出了兩種可能：速度可能與位移呈現(xiàn)為正比；速度可能與時間呈現(xiàn)為正比。為了能夠?qū)@個實驗做進(jìn)一步驗證，充分考慮豎直方向下落物體速度過快，不容易觀察和獲取相關(guān)數(shù)據(jù)的情況，故提出了運用斜面來進(jìn)行的實驗方法，也就是較為著名的斜面實驗。這是我提出了這樣一個問題：伽利略提出的這個斜面實驗與自由落地到底有什么關(guān)系?？赡苁怯捎诋?dāng)斜面的傾斜角度達(dá)到90

8、°時，即可實現(xiàn)自由落體運動。這是我通過我網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)資料進(jìn)行了物體沿斜面下滑的運用實驗，通過觀察我發(fā)現(xiàn)下滑運動為勻變速直線運動，而直線落體運動也是勻變速直線運動。為此，我認(rèn)為如果說抽氣管實驗是一個非常單純地定性觀察方法，那么斜面實驗就是伽利略提出的一種定量的測量方法。伽利略通過邏輯推理、實驗觀測以及數(shù)學(xué)驗算給我們展現(xiàn)了，敢于提出不同觀點的勇氣以及執(zhí)著驗證觀點的精神，非常值得我們共同學(xué)習(xí)。2結(jié)論自由落體運動是我們物理知識學(xué)習(xí)中非常重要的章節(jié)，但是我想不少同學(xué)與我一樣經(jīng)常面臨著傳統(tǒng)觀念和物理觀念的混淆，但我發(fā)現(xiàn)在結(jié)合了物理學(xué)者探究歷史的學(xué)習(xí)之后，我不僅對這種學(xué)習(xí)方式更加充滿興趣，并且知識點更易掌握，印象也非常深刻。參考文獻(xiàn)1施堅.應(yīng)用“情境探究生成”策略實現(xiàn)