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人类对自由落体运动认识过程的探究 佛山市高明区第一中学（528500）周兆富 落体运动作为自然界最普遍的现象之一，人类对其运动规律的发现和探索，经历了一个漫长而曲折过程。教材把“探究自由落体运动”作为第二章的第一节内容，编者就是想通过了解人类探究自由落体运动的历史过程，让同学们学会怎样有目的的进行实验，并通过推理排除假象和干扰因素，理解和认识自由落体运动。 亚里士多德对落体运动的认识 亚里士多德为了解释物体为什么运动，提出了“自然归宿说”。他认为：在人类所能达到的物理范围内，每一种物质均由土、水、气、火四种元素组成。这四种元素中每一种都具有天然的要求，既有回到它原来静止的天然位置的趋势或意向。他认为在地球和月球之间形成四个同心球，土在下方（既球心），水位于土之上，气环绕于水或位于水之上，而火倾向于上升，故在最外层。由这种排序就得到了每种元素的自然归宿。则物体的实际运动就完全取决于占最大数量元素的运动趋势或意向。所以水汽上升是因为在其中火元素太多，而水汽升到高空由于火元素被释放到天空后，水元素又恢复了优势，因此有了落雨。按他的这个原理，一个大石块就比小石块包含的土元素多，因此就下落的快。他认为当物体不受外力时，就力图回到自己的天然位置，这就是亚里士多德提出所谓自然归宿论的天然运动理论和落体规律。 历代科学家对亚里士多德学说的挑战 亚里士多德的理论在伽利略以前就曾经不断受到科学家的批评，1585年意大利的数学家贝内德蒂在他的著作《多种多样的沉思》中，曾用后来伽利略也采用的归谬法来反驳亚里士多德的落体理论；斯特芬在1586年所著的《静力学》一书记载，作者和杨·达·格鲁特在德而夫特合作从30英尺高处同时抛下一个重量是另一个重量十倍的两个铅球，结果落地声音差不多是同时发出的，而不是亚士所说的重球落下所用时间只为轻球的1/10。后来，伽利略在《关于两门新科学的对话》中，通过代表亚里士多德观点的辛普利邱，代表伽利略新观点的萨尔维阿蒂，还有一位持中立观点的沙格列陀三人的对话，机智而又风趣的对亚里士多德的理论进行批评。但是对于伽利略是否在比萨斜塔上做过实验已经成为科学界争论不休的一个谜。这里肯定的是伽利略是通过逐渐增大斜面倾角的著名伽利略斜面实验定性证明了自由落体运动是匀变速直线运动，并进行了定量计算。 对探究自由落体运动规律的思考 自由落体运动规律发现的史实本身就是一部最好的教科书。同学们在学习《探究自由落体运动》这节课中关于对“落体运动的思考”时，怎样去思考？思考什么？笔者认为同学们可以思考以下问题：⑴你可以设计出什么样的实验来探究自由落体运动规律并证明亚里士多德的学说是错误的？例如用打点计时器、乒乓球和篮球、数据采集器、滴水法…等物体进行实验。⑵有人说存在就说明有道理，那么亚里士多德的学说能够存在2000多年，就一定是有道理的，你能否设计一个实验来“证明”这个道理的存在并找出其错误的原因？如用充足气的汽球和铅球从同一高度同时下落，则重量较大的铅球下降的快，这个实验似乎能证明亚里士多德理论的正确性。其原因是空气对汽球的阻力和其重力接近，其下降的加速度较小。铅球则因受空气阻力影响很小而做自由落体运动。那么，亚里士多德落体理论如果“正确”，可能就是因为在一些特殊实验中忽略了不能忽略的空气阻力对落体运动状态的影响。由此可知正确分析影响实验的各种因素，排除干扰对能否得出正确的结果的是多么重要。⑶你能否从教材中提供的石头和树叶捆在一起下落，得到的两个截然相反的结论推翻亚里士多德关于落体运动的结论的例子中学会了运用“归谬法”来解决物理问题。⑷人类在哪些运动中能安全的体验自由落体的感觉？如撑杆跳高、高台跳水、跳伞、蹦极、蹦床等。你能否在设计出一些让人们安全体验自由落体感觉的实验或运动？⑸结合本节所学的内容对自由落体问题的进行探究，并结合探究过程或结果写一篇小论文。 作 者 姓 名： 周兆富 地 址：佛山市高明区第一中学 邮 编：528500 电 话：座机电话号码 座机电话号码 Email：zhou6909@163.com