孫濛偉

摘要：自由落體運(yùn)動是高中物理學(xué)習(xí)中非常重要的知識點(diǎn)，我通過運(yùn)用“物理學(xué)史-探究”方法學(xué)習(xí)，從學(xué)者知識點(diǎn)發(fā)現(xiàn)歷史來了解和學(xué)習(xí)知識點(diǎn)，取得了不錯(cuò)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(yùn)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]?，F(xiàn)將我在物理“自由落體運(yùn)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(yùn)動”一節(jié)中“勻變速直線運(yùn)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(diǎn)主要在于能夠發(fā)現(xiàn)自由落體運(yùn)動規(guī)律及其運(yùn)用。但因?yàn)槭艿揭酝?jīng)驗(yàn)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(yùn)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(yùn)動，具體方法為：

1.1提出問題

在學(xué)習(xí)自由落體運(yùn)動時(shí)，我首先提出了兩個(gè)問題：（1）蘋果樹上是樹葉和蘋果同事掉落，會同時(shí)落到地上嗎？（2）重的物體一定就落得更快嗎？為了驗(yàn)證這兩個(gè)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(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，我再次思考：在物體下落期間，其運(yùn)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(diǎn)，重點(diǎn)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(diǎn)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(gè)觀點(diǎn)提出了質(zhì)疑，但到了16世紀(jì)末期，伽利略才對此提出了其個(gè)人觀點(diǎn)。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(yùn)動研究的時(shí)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(diǎn)的對比，可以看到兩位學(xué)者的觀點(diǎn)明顯存在反差。而為了驗(yàn)證伽利略的觀點(diǎn)，我首先根據(jù)亞里士多德的觀點(diǎn)進(jìn)行了兩項(xiàng)實(shí)驗(yàn)：（1）選取一張紙和一枚硬幣同時(shí)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(gè)整體將其與紙張、硬幣同時(shí)拋下。通過實(shí)驗(yàn)對比發(fā)現(xiàn)，硬幣第一個(gè)落地，結(jié)合了紙張的硬幣第二個(gè)落地，紙張第三個(gè)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，使得其下落的速度受阻，而紙張則因?yàn)槭艿接矌诺闹亓?，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(gè)硬幣比較明顯減緩。但是若從另一個(gè)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(diǎn)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(diǎn)，其認(rèn)為只是依照物體本身的重量來判斷自由落體運(yùn)動速度必然會存在諸多缺陷。

1.3.2真空管實(shí)驗(yàn)：在對伽利略觀點(diǎn)的了解中，物體在下落的過程中，其速度同時(shí)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(shí)，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(shí)，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(shí)驗(yàn)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(shí)，物體下落時(shí)的速度差也就越??；當(dāng)其在遭遇到稀薄空氣且逐漸接近真空介質(zhì)時(shí)，物體下落的速度也就會無較大差別?；诖?，伽利略提出了一個(gè)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(shí)進(jìn)行了“牛頓管”實(shí)驗(yàn)：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(shí)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，其速度無差別。此時(shí)，我了解到了落體運(yùn)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(shí)驗(yàn)：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(yùn)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(shí)間呈現(xiàn)為正比。為了能夠?qū)@個(gè)實(shí)驗(yàn)做進(jìn)一步驗(yàn)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(yùn)用斜面來進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)方法，也就是較為著名的斜面實(shí)驗(yàn)。這是我提出了這樣一個(gè)問題：伽利略提出的這個(gè)斜面實(shí)驗(yàn)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°時(shí)，即可實(shí)現(xiàn)自由落體運(yùn)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(yùn)用實(shí)驗(yàn)，通過觀察我發(fā)現(xiàn)下滑運(yùn)動為勻變速直線運(yùn)動，而直線落體運(yùn)動也是勻變速直線運(yùn)動。為此，我認(rèn)為如果說抽氣管實(shí)驗(yàn)是一個(gè)非常單純地定性觀察方法，那么斜面實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)觀測以及數(shù)學(xué)驗(yàn)算給我們展現(xiàn)了，敢于提出不同觀點(diǎn)的勇氣以及執(zhí)著驗(yàn)證觀點(diǎn)的精神，非常值得我們共同學(xué)習(xí)。

2結(jié)論

自由落體運(yùn)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(diǎn)更易掌握，印象也非常深刻。

參考文獻(xiàn)

[1]施堅(jiān).應(yīng)用“情境—探究—生成”策略實(shí)現(xiàn)物理思維可視化——以人教版必修1“自由落體運(yùn)動”為例[J].中學(xué)物理教學(xué)參考，2015，44（07）：5-8.

[2]陳顯盈，尤愛惠.對“伽利略對自由落體運(yùn)動的研究”的三點(diǎn)補(bǔ)充[J].物理教學(xué)探討，2012，30（06）：13-15.endprint