姚志清 李建莉

（白銀市實(shí)驗(yàn)中學(xué)，甘肅 白銀）

在“發(fā)射”與“回收”實(shí)驗(yàn)中，使滑塊在水平的氣墊導(dǎo)軌上做勻速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，在某時(shí)刻將滑塊上小槽里小球豎直彈入空中，觀(guān)察到滑塊繼續(xù)前進(jìn)，經(jīng)過(guò)一小段時(shí)間后，小球仍然落到滑塊上的小槽內(nèi)。在這個(gè)實(shí)驗(yàn)中，它仍向前運(yùn)動(dòng)，并最終落回到小槽中，也就是說(shuō)小球向前的運(yùn)動(dòng)不需要力來(lái)維持。

2000多年前，古希臘哲學(xué)家亞里士多德提出：必須有力作用在物體上，物體才能運(yùn)動(dòng)。這種觀(guān)點(diǎn)統(tǒng)治人們的思想有2000年，直到17世紀(jì)，意大利科學(xué)家伽利略，指出這種說(shuō)法是錯(cuò)誤的。他通過(guò)“偵察”方法，發(fā)現(xiàn)了正確的線(xiàn)索，揭示現(xiàn)象的本質(zhì)，成為物理學(xué)的福爾摩斯。

一、伽利略的研究

1.伽利略的觀(guān)點(diǎn)

伽利略認(rèn)為運(yùn)動(dòng)的車(chē)停下來(lái)是由于摩擦力的原因，運(yùn)動(dòng)物體減速的原因是摩擦力。伽利略提出了自己的看法，他指出：物體一旦具有某一速度，如果沒(méi)有減速的原因，這個(gè)速度將保持不變。

2.理想斜面實(shí)驗(yàn)

從生活中獲知，粗糙程度會(huì)影響物體的運(yùn)動(dòng)，當(dāng)球從斜面上向下自由運(yùn)動(dòng)時(shí)，它的速度增大，而向上運(yùn)動(dòng)時(shí)，速度減小。伽利略為了說(shuō)明他對(duì)運(yùn)動(dòng)與力關(guān)系的認(rèn)識(shí)，設(shè)計(jì)了理想斜面實(shí)驗(yàn)，裝置圖略。

小球沿左邊的斜面從靜止開(kāi)始向下運(yùn)動(dòng)，小球?qū)ⅰ皼_”上右邊的斜面，如果沒(méi)有摩擦，小球?qū)⑸仙皆瓉?lái)的高度，減小右邊斜面的傾角，小球在這個(gè)斜面上將達(dá)到同一高度，但這時(shí)它要運(yùn)動(dòng)得遠(yuǎn)些。繼續(xù)減小右邊斜面的傾角，球達(dá)到同一高度時(shí)就會(huì)離得更遠(yuǎn)。伽利略將此實(shí)驗(yàn)外推到將右邊斜面放平，得到結(jié)論：球?qū)⒂肋h(yuǎn)運(yùn)動(dòng)下去，卻不再需要什么力去推動(dòng)。這就是說(shuō)，力不是維持物體運(yùn)動(dòng)的原因。

3.針和單擺實(shí)驗(yàn)

伽利略對(duì)擺球擺動(dòng)現(xiàn)象的實(shí)驗(yàn)觀(guān)察，實(shí)驗(yàn)裝置如下圖：

圖1

圖2

圖1中擺球從某位置釋放，做弧線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，到達(dá)最低點(diǎn)，并繼續(xù)向前做弧線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，到達(dá)與釋放處幾乎等高的位置，圖2擺球前段運(yùn)動(dòng)與圖1相同，繼續(xù)運(yùn)動(dòng)到擺線(xiàn)的一段被擋住后，擺球仍然能運(yùn)動(dòng)至與釋放處幾乎等高的位置。圖2中改變針的位置，小球都試圖到達(dá)與釋放處等高的位置。

實(shí)驗(yàn)中選密度大的擺球，可減小阻力對(duì)實(shí)驗(yàn)的影響。由分析可知，這個(gè)實(shí)驗(yàn)與伽利略理想斜面實(shí)驗(yàn)具有內(nèi)在聯(lián)系，改變針的位置相當(dāng)于改變斜面的傾角，實(shí)驗(yàn)結(jié)果給理想斜面上小球能回到原來(lái)的高度提供了證據(jù)。

二、探究力與運(yùn)動(dòng)的關(guān)系

實(shí)驗(yàn)?zāi)康模禾骄克矫嫔线\(yùn)動(dòng)的物體會(huì)停下來(lái)與什么因素有關(guān)。

1.探究思路

實(shí)驗(yàn)方案：小車(chē)從斜面上同一位置滑下以相同速度開(kāi)始在粗糙程度不同的水平面運(yùn)動(dòng)，比較其運(yùn)動(dòng)的距離。

實(shí)驗(yàn)裝置：斜面、鋪毛巾的木板、鋪衛(wèi)生紙的木板、一般的木板。

實(shí)驗(yàn)步驟：a.固定實(shí)驗(yàn)裝置；b.在木板上鋪上毛巾，把小車(chē)從斜面適當(dāng)?shù)奈恢米杂舍尫?，記錄其在最終停止時(shí)的位置；c.取下毛巾，并在木板上鋪上衛(wèi)生紙，讓小車(chē)再?gòu)耐晃恢米杂舍尫?，記錄最終停止時(shí)的位置；d.取下紙巾，重復(fù)實(shí)驗(yàn)，記錄小車(chē)在木板上面停止時(shí)的位置；e.整理器材。

2.實(shí)驗(yàn)信息處理（實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象初步分析）

實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象描述

實(shí)驗(yàn)次數(shù) 接觸面材料 受阻情況 小車(chē)運(yùn)動(dòng)的距離1毛巾 大 短2紙巾 較大 較短3木板 較小 長(zhǎng)

對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象進(jìn)行分析得出，表面越是粗糙小車(chē)越容易停下來(lái)，反之，小車(chē)運(yùn)動(dòng)更長(zhǎng)的距離后停下。

3.外推到光滑平面

用伽利略研究的方法，我們把實(shí)驗(yàn)結(jié)論外推到光滑，若沒(méi)有阻力，小車(chē)將永遠(yuǎn)運(yùn)動(dòng)下去。

4.補(bǔ)充

完成該實(shí)驗(yàn)應(yīng)該注意的事項(xiàng)：a.木板必須調(diào)至水平；b.小車(chē)每次都必須從斜面同一高度自由靜止釋放；c.實(shí)驗(yàn)過(guò)程中裝置、定位標(biāo)記要始終保持不變。

三、總結(jié)

伽利略用理想斜面實(shí)驗(yàn)和針與擺球?qū)嶒?yàn)從“點(diǎn)到線(xiàn)，線(xiàn)到面”的方法推廣到了“若將平面放平，則小球會(huì)一直運(yùn)動(dòng)下去”，從而得出“力不是維持物體運(yùn)動(dòng)的原因”這一結(jié)論。應(yīng)用伽利略研究的方法，可以將實(shí)驗(yàn)結(jié)論外推到光滑情形中，這樣小車(chē)將永遠(yuǎn)運(yùn)動(dòng)下去。

四、研究心得

諾貝爾獎(jiǎng)獲得者湯川秀樹(shù)曾說(shuō)，對(duì)以往知識(shí)的熟知和對(duì)新鮮事物及其發(fā)展前景的敏感是一個(gè)人創(chuàng)造力的源泉。生活處處都是“物理”，關(guān)鍵要有一雙善于發(fā)現(xiàn)的眼睛和善于思考的頭腦。通過(guò)研究性學(xué)習(xí)，體會(huì)物理世界的神奇，感受前人的偉大，掌握許多學(xué)習(xí)方法，提升了自身的能力。