> 设问:生活中还有哪些类似此类的现象?(由学生思考后回答)
学生答:可能有如静止的自行车用力踩脚踏板才开始运动,如没有对车继续用力,它最终会停下来。静止的秋千用力时,它会摆动起来。停止用力时,它会最终停下来,等等。
两种主要观点:
1.亚里士多德观点:力是维持物体运动的原因
(在得出亚里士多德的观点后)
设问:你认为这个观点有什么问题?(学生思考后回答)
学生也许有不同的观点,由于初中已学习过这部分知识,所以学生会得到此观点是错误的,但不少同学心中的疑虑还是存在的。
在学生提出的观点后指出:亚里士多德的观点一直维持和统治人们的思想近两千年,才到三百年前伽俐略才指出,力不是维持物体运动的原因,物体运动不需要力。指出亚里士多德在当时提出了很多观点,有时候提出问题比证明一个问题更难,所以说亚里士多德毫无疑问是伟大的。
2.伽俐略的观点:物体运动不需要力
说明:爱因斯坦增把一代一代科学家探索自然奥秘的努力,比作福尔摩斯侦探小说中破案过程,有时候明显可见的线索却把人们引向错误的判断。也就是说,光凭经验来做判断常常是靠不住的,在探索运动原因的“侦探小说”里,亚里士多德正是由于凭借生活中明显的线索引出了错误判断。
设问:现在假设你是伽俐略,你会寻找怎样的“侦察”方法去推翻这维持两千年的“错案”。引起亚里士多德错误观点的“罪魁祸首”是什么呢?
(组织学生进行相互讨论思考:然后叫几组学生代表发言)
给学生充分展示自己思维过程的机会,让他们自己去探求物理规律的真伪,让每一个学生都能够深刻体会力和运动之间的关系。
结论:引起亚里士多德错误观点的“罪魁祸首”是:摩擦力(说明自行车停下,停下不是没有受外力,而是受了摩擦力才停的,如没有摩擦力,会永远运动下去不停,看来物体运动是不需力的)。
介绍伽俐略创造的“侦察”方法:理想斜面
这个想法是如何产生的呢?伽俐略注意到,当一个小球沿斜面下滚时速度会增加,小球沿斜面上滚时时速度会减小,他由此猜想,当小球沿水平面滚动时,它的速度应该不增不减,实际上他发现,球越来越慢,最后停下来,伽俐略认为:这是由于摩擦阻力的缘故,他推理:若没有摩擦力,球将永远滚下去,为了说明他的思想,他设计理想斜面实验。
(1)实验演示理想斜面实验整个过程(说明:主要是为了理解伽俐略的思想)
(2)再用视频动画演示理想斜面实验
通过对理想斜面实验的演示,说明物理研究中抓住主要因素,忽略次要因素的必要性,同时也展示了物理研究思想的美妙和逻辑的力量。(由于现实生活中不可能有绝对光滑的斜面,所以这个实验是个“理想实验”。)
尽管现实生活中没有绝对光滑的平面。但可以创造比较光滑的平面去证明伽俐略的想法:
实验:气垫导轨上物体近匀速的运动
视频观看:目前的一项体育项目——冰壶球运动,由于球运动过程阻力很小,能以几乎不变的速度前进。
最后总结(投影):
①伽俐略理想实验对科学研究的意义。
②介绍伽俐略其人其事,通过对伽俐略其人其事的了解,强调指出,在我们今天看来是非常简单的道理。在它发现的最初往往是非常艰难的,如果没有坚强的意志和信念,没有足够的事实和理论依据去支持你,许多人可能会放弃,但伽俐略没有放弃。
让学生意识到:一个规律的发现并不是一帆风顺的,不是一开始的认识就是对的,而是需要人类不断探索才能形成的,并明白科学研究过程的艰难和科学家为此所付出的努力和心血。
至此,我们已经对力和物体运动之间的关系有了一个正确的认识。
3.与伽俐略同时代的法国科学家笛卡儿,补充和完善了伽俐略观点,他认为:如果没有其他原因,运动的物体将继续以同一速度沿着一条直线运动,既不会停下来,也不会偏离原来的方向。他支持了伽利略力不是物体的运动的观点,并且还强调没有力作用时物体的运动情况。他还认为,这应该要作为一个原理加以确立,并且是人类整个自然界的基础。
强调笛卡儿对伽俐略观点的提升与补充,指出两者之间的差异。
3.定律的学习、理解
在伽俐略和笛卡儿的正确结论隔了一代人后,由牛顿总结成整个牛顿力学的一条基本定律。
牛顿第一定律(惯性定律):一切物体总保持匀速直线运动
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