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1、伽利略对自落体 运动的研究,(重走大师之路 体验科学方法),他是谁？,他的全部作品有47部留存。 他的著作包括天文学、 动物学、地理学、地质学、 物理学、解剖学、生理学、 伦理学、心理学、经济学、 政治学、修辞学、美学。 黑格尔：他是历史上最多才、最 渊博的科学天才之一， 他是一个 在历史上无与伦比的人 恩格斯称他是“最博学的人”。 他的名言：“吾爱吾师，吾更爱真理”。,Aristotle(亚里士多德) 前384前322,历史的回顾,公元前4世纪，古希腊伟大的思想家、哲学家亚里士多德根据与我们类似的观察，直接得出结论：重的物体比轻的物体下落快。即“重快轻慢”。由于他在学术界的崇高地位，且该结论
2、符合生活经验，这种论断流传了近2000年。,根据生活常识： 重的物体往往比轻的物体先落地 ? 直接得出结论 物体下落的快慢由它们的重量决定,“重快轻慢”观点,这个观点正确吗？,跨越时空的对话,亚里士多德 (Aristotle，前384前322),伽利略 (GalileoGalilei，15641642),伽利略伽利莱,Galileo Galilei（15641642）,伽利略的发现以及他所应用的科学的推理方法，是人类思想史上最伟大的成就之一，而且标志着物理学的真正开端。 爱因斯坦,逻辑的力量（归缪法）,伽利略用“归缪法” 否定了亚里士多德“重快轻慢”的论断，伽利略认为：重物与轻物应该下落得同样
3、快。,传说中的比萨斜塔实验,16世纪，意大利的科学家伽利略用佯(归)谬的方法巧妙地推翻了这种观点。（并在比萨斜塔用实验证明了这种观点） 在意大利的比萨斜塔上，伽利略做了著名的两个球同时落体的实验。两个轻重不同的小球同时落地的声音，是那样的清脆美妙，又是那样的振聋发聩！它动摇了人们头脑中的旧观念，开创了实验和科学推理之先河，将近代物理以致近代科学推上了历史的舞台。,伽利略的分析（物体的受力情况）,空气中纸片下落,空气中重物下落,真空中重物下落,f空气阻力,f空气阻力,空气阻力f为零,G重力,G重力,G重力,1.观察现象,提出问题(问题)： 既然物体自由下落跟质量无关，那么它到底遵循什么样的规律呢
4、？ 伽利略用推论否定了亚里士多德的观点后，就开始研究落体运动的性质。,伽利略的探索之路： （问题-猜想-数学推理-实验验证-合理外推-得出结论）,1.自然界是简单的，自然界的规律也是简单的。 2.落体运动一定是一种最简单的变速运动。 3.它的速度应该是均匀变化的。,伽利略,随时间均匀变？随位移均匀变？,伽利略的探索之路： （问题-猜想-数学推理-实验验证-合理外推-得出结论）,2. 猜想与假设,伽利略大胆的猜测：下落物体的速度是随时间均匀增加的，即 则：测瞬时速度V与时间t成正比,伽利略的探索之路： （问题-猜想-数学推理-实验验证-合理外推-得出结论）,3. 数学推理（运用逻辑得到推论）,3
5、x1,5x1,困难一 速度无法直接测量,突破：为解决测量速度的困难，伽利略寻求间接验证的途径 即：测下落的高度与时间t2 成正比,伽利略的探索之路： （问题-猜想-数学推理-实验验证-合理外推-得出结论）,推理,困难二 物体下落很快，很难测定不同位移的时间 （思维）为了减缓物体下落速度，伽利略设计了著名的“冲淡重力”（减小加速度）的斜面实验。,4. 实验验证 设计实验 “冲淡重力”,伽利略的探索之路： （问题-猜想-数学推理-实验验证-合理外推-得出结论）,伽利略设计的斜面,4.实验验证：伽利略用铜球从斜槽的不同位置由静止下落，伽利略手稿中记录的一组实验数据 结果表示为： 实验结论： 1.小球
6、沿斜面的运动是匀加速直线运动； 2.同斜面，不同小球，加速度相同； 3.斜面倾斜角越大，小球加速度越大。不同小球加速度仍相同，只是这个常数（加速度）的数值随着的增大而增大。,滴水计时,怀疑者在翻阅亚里士多德的书籍,助手利用自己的脉搏测时间,伽利略,一些贵族,5.合理外推,困难三、伽利略用斜面实验验证了后，怎样说明落体运动也符合这个规律？ 合理外推：随着倾角的增大， （加速度）的数值增大。 倾角很大，接近落体运动，当=900时，就是自由落体运动！这时的数值（加速度）最大。且所有物体下落时的加速度都是一样的！,伽利略的探索之路： （问题-猜想-数学推理-实验验证-合理外推-得出结论）,至此，他终于
7、成功地验证了原来的猜想，不但否定了亚里士多德的错误论断，而且得到了物体下落的规律。自由落体运动是: v00的匀加速直线运动，且所有物体下落的加速度都相同。,伽利略的探索之路： （问题-猜想-数学推理-实验验证-合理外推-得出结论）,6.得出结论,7.修正和推广,伽利略在两种新科学的对话中提到：“重球与轻球在落地时相差两指的宽度”如何理解这“两指宽”？,推广：如果完全排除空气阻力，那么，所有物体下落都将一样快。,为了纪念伽利略的伟大贡献，1993年4月8日，来自世界各地的科学家把木球、铝球、塑料球等不同材料制成的小球从比萨斜塔上44 m高处同时静止释放，用精密电子仪器和摄像机记录，结果发现所有小
8、球几乎同时以同一速度落地。,现代科学验证,观察 现象,提出 假设,运用逻辑 (数 学) 得出推论,实验 验证,修正 推广,科学研究过程的基本要素,总结.伽利略的科学方法,落体 运动?,v t,x t2,小球在斜面 上运动实验,外推至 落体运动,小结,一.绵延两千年的错误 亚里士多德是世界历史上了不起的大人物，在科学界有很大的贡献，他对自由落体运动的认识代表了人类对自由落体运动的初步探究，我们应当这样看待亚里士多德的观点： 第一，是人类迈出的第一步，有很大的进步性； 第二，是错误的； 第三，统治了两千年。,二.伽利略的探究过程 伽利略科学思想方法的核心： 把实验和逻辑推理（包括数学推演）和谐地结合起来。 伽利略的成功，不仅找到了落体运动的规律，更重要的是开辟了一条研究物理学之路。,观察,猜想,推理,实验,修正和推广,再见！,伽利略的发现以及他所应用的科学的推理方法，是人类思想史上最伟大的成就之一，而且标志着物理学的真正开端。 爱因斯坦,
