在物理學習中體會探究樂趣

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在物理學習中體會探究樂趣
        在許多著名的偵探故事中,一些明顯可見的線索卻往往把人們的注意力引入錯誤的判斷中,就是說光憑直覺來判定事物常常是靠不住的。在自由落體運動的教學中,我讓歷史重現,帶領學生進行探究並體念科學探究的樂趣。
        在兩千多年前,亞里士多德曾認為:質量大的物體比質量小的物體下落快。這一結論,符合當時人們認識自然規律的常識,從事物的現象很容易得出這樣的結論。以至於其後兩千年的時間裡,大家都奉為經典。但是這種從表面上的觀察得出的結論實際上是錯誤的。
        16世紀末,義大利青年學者伽利略對亞里士多德的論斷產生了懷疑。通過大膽猜想和實驗研究證明這個結論是錯誤的。伽利略用簡單明瞭的科學推理,巧妙地揭示了亞里士多德的理論內部包含的矛盾。他在1638年寫的《兩種新科學的對話》一書中指出:“根據亞里士多德的論斷,一塊大石頭的下落速度要比一塊小石頭的下落速度大。假定大石頭的下落速度為8,小石頭的下落速度為4,當我們把兩塊石頭拴在一起時,下落快的'會被下落慢的拖著而減慢,下落慢的會被下落快的拖著而加快,結果整個系統的下落速度應該小於8。但是兩塊石頭拴在一起,加起來比大石頭還要重,因此重物體比輕物體的下落速度要小。這樣,就從重物體比輕物體下落得快的假設,推出了重物體比輕物體下落得慢的結論”。亞里士多德的理論陷入了自相矛盾的境地。伽利略由此推斷重物體不會比輕物體下落得快。伽利略曾在著名的比薩斜塔做了著名的自由落體試驗,讓兩個體積相同、質量不同的鐵球從塔頂同時下落,結果兩個鐵球同時落地,以實踐駁倒了亞里士多德的結論。從而推翻了兩千多年來被人們奉為真理的結論,在當時的物理界產生了極大的轟動。
        在“自由落體運動”內容教學中,我們可以身邊觸手可及的紙片、粉筆及實驗室中的牛頓管等來重現我們物理學中的伽利略研究過程。我們可以通過以下實驗進行探究。首先,伽利略的結論:重物與輕物應該下落的同樣快。
        實驗一  用紙片和粉筆頭從同一高度同時由靜止下落。請猜想:哪一個物體先下落?
        實驗現象:粉筆頭先下落。
        結論:質量大的物體先落地。
        實驗二  用質量相同的紙片,把其中一個揉成團,讓它們同時從同一高度由靜止下落。請猜想:哪一個物體先下落?
        實驗現象:紙團。 
         結論:體積小的物體先下落。
        實驗三  用質量相同的紙片,把其中一個撕去掉部分並揉成團,讓它們同時從同一高度由靜止下落。請猜想:哪一個物體先下落? 
        實驗現象:紙團。
        結論:體積小的物體先下落。
        引導學生對以上實驗進行思考:物體的下落時間與質量和體積有關係嗎?        師生共同分析實驗:影響下落快慢的因素是空氣阻力,與質量無關,即與物體重力無關。
        大膽猜想:如果沒有空氣阻力,也就是在真空情況下,物體應同時下落。
        實驗四   牛頓管實驗是在一根長約1.5 m的玻璃管中,放入一些形狀和重力均不同的小物體如羽毛、小鐵片等,演示實驗步驟為:
        (1)不抽出玻璃管中的空氣,首先豎直管身,使兩物體置於管底,將玻璃管在豎直平面內迅速倒轉過來,使管身豎直,兩物體置於管內頂部,這時觀察兩物體在大氣中下落情形。
        (2)抽取玻璃管中部分空氣,重複步驟1,觀察兩物體在稀薄空氣中下落情形。
        (3)繼續抽取玻璃管中空氣,使其逐漸接近真空,再重複步驟1,再觀察物體在接近真空時下落情形。
        (4)接著教師讓學生討論:從該實驗中你看到什麼現象,這些現象說明什麼問題?
        實驗現象:在接近真空時,小鐵片(重)與羽毛(輕)下落快慢相同。
        實驗結論:物體下落的快慢與質量無關。
        通過實驗驗證伽利略實驗結論過程的探究式教學,讓學生自己去探索、去尋求,不僅調動了學生的積極性使學生獲得了科學知識,最重要的是瞭解了科學探究的方法與科學思想,還激發了學生思考問題、解決問題的熱情,同時也體會到了科學探究的樂趣,學會以發展的眼光看待自己,不斷創新,這將使他們終生受益。
        以上是我對自由落體運動教學後的一點思考,請同行批評指正。