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1、伽利略对自落体伽利略对自落体运动的研究运动的研究( ( ( (重走大师之路重走大师之路重走大师之路重走大师之路 体验科学方法体验科学方法体验科学方法体验科学方法) ) ) )1他是谁？他是谁？他的全部作品有47部留存。他的著作包括天文学天文学、动物学、地理学、地质学、物理学物理学、解剖学、生理学、伦理学、心理学、经济学经济学、政治学、修辞学、美学。黑格尔：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恩格斯称他是“最博学的人最博学的人”。他的名言：“吾爱吾师，吾更爱真理吾爱吾师，吾更爱真理”。 AristotleAristotle(亚里士多德)前前前前
2、384384前前前前3223222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“重快重快轻慢轻慢”。由于他在学术界的崇高地位，且该结论符合生活经验生活经验，这种论断流传了近2000年。 根据根据生活常识生活常识：重的物体往往比轻的物体先落地重的物体往往比轻的物体先落地 ? ? 直接得出直接得出结论结论物体下落的快慢由它们的重量决定物体下落的快慢由它们的重量决定“重快轻慢重快轻慢”观点观点这个观点这个观点这个观点这个观点正确吗？正确吗？正确吗？正确吗？3重的快重的快！一样快一样快！跨越时空的对话跨越时空的对
3、话亚里士多德亚里士多德(Aristotle，前384前322)伽利略伽利略(GalileoGalilei，15641642)伽利略伽利略伽利莱伽利莱Galileo Galilei（15641642） 伽利略的发现以及他伽利略的发现以及他所应用的所应用的科学的推理方科学的推理方法法，是人类思想史上最，是人类思想史上最伟大的成就之一，而且伟大的成就之一，而且标志着物理学的真正开标志着物理学的真正开端端。 爱因斯坦爱因斯坦5v1=8v2=4v1284v128逻辑的力量（归缪法）逻辑的力量（归缪法）伽利略用伽利略用“归缪归缪法法” 否定了亚里否定了亚里士多德士多德“重快轻重快轻慢慢”的论断，伽的论断，
4、伽利略认为：利略认为：重物重物与轻物应该下落与轻物应该下落得同样快得同样快。6传说中的比萨斜塔实验16世纪，意大利的科学家伽利略伽利略用佯(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两个球同时落体的实验验。两个轻重不同的小球同时落同时落地地的声音，是那样的清脆美妙，又是那样的振聋发聩！它动摇了动摇了人们头脑中的旧观念旧观念，开创了实实验和科学推理验和科学推理之先河，将近代物近代物理理以致近代科学近代科学推上了历史的舞台。7 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 f空气阻力
5、f f空气阻力空气阻力f f为零G重力G重力G重力81.观察现象,提出问题(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？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：伽利略的探索之路：（问题问题- -猜想猜想- -数学推理数学推理- -实验验证实验验证- -合理外推合理外推- -得出结论）得出结论）91.1.1.1.自然界是简单的，自然界的规律也是简单的。自然界是简单的，自然界的规律也是简单的。自然界是简单的，自然界的规律也是简单的。自然界是简单的，自然界的规律也是简单的。2.2.2.2.落体运动一定是一种最简单的变速运动。落体运动
6、一定是一种最简单的变速运动。落体运动一定是一种最简单的变速运动。落体运动一定是一种最简单的变速运动。3.3.3.3.它的速度应该是均匀变化的。它的速度应该是均匀变化的。它的速度应该是均匀变化的。它的速度应该是均匀变化的。伽利略伽利略伽利略伽利略随时间均匀变？随时间均匀变？随时间均匀变？随时间均匀变？随位移均匀变？随位移均匀变？随位移均匀变？随位移均匀变？伽利略的探索之路：伽利略的探索之路：（问题问题- -猜想猜想- -数学推理数学推理- -实验验证实验验证- -合理外推合理外推- -得出结论）得出结论）2.2. 猜想与假猜想与假设设10伽利略伽利略大胆的猜测大胆的猜测：下落物体的速度是随时间均
7、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：伽利略的探索之路：（问题问题- -猜想猜想- -数学推理数学推理- -实验验证实验验证- -合理外推合理外推- -得出结论）得出结论）113. 数学推理数学推理（运用逻辑得到推论）（运用逻辑得到推论）t1x1t1x2t1x33 3x x1 15 5x x1 1困难一困难一 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：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）推推理理12困难二困难二 物体下落很快，很难测定不同位移的时间（思维）
8、（思维）为了减缓物体下落速度，伽利略设计了著名的“冲淡重力冲淡重力”（减小加速度）的斜面实验。 4. 实验验证实验验证 设计实验设计实验 “ “冲淡重力冲淡重力”伽利略的探索之路：伽利略的探索之路：（问题问题- -猜想猜想- -数学推理数学推理- -实验验证实验验证- -合理外推合理外推- -得出结论）得出结论）13伽利略设计的斜面伽利略设计的斜面144.4.实验验证实验验证：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：实验结论：1.小球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
9、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。时间单位12345678距离单位32130298526824119216002104滴水计时滴水计时15怀疑者在翻阅怀疑者在翻阅怀疑者在翻阅怀疑者在翻阅亚里士多德的亚里士多德的亚里士多德的亚里士多德的书籍书籍书籍书籍助手利用自己助手利用自己助手利用自己助手利用自己的脉搏测时间的脉搏测时间的脉搏测时间的脉搏测时间伽利略伽利略伽利略伽利略一些贵族一些贵族一些贵族一些贵族165.合理外推合理外推 困难三困难三、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：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
10、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：伽利略的探索之路：（问题问题- -猜想猜想- -数学推理数学推理- -实验验证实验验证- -合理外推合理外推- -得出结论）得出结论）17至此，他终于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。自由落自由落体运动是体运动是: v0: v00 0的匀加速直线运动，且所有物体下落的加的匀加速直线运动，且所有物体下落的加速度都相同。速度都相同。 伽利略的探索之路：伽利略的探索之路：（问题问题- -猜想猜想- -数学推理数学推理- -实验验证实
11、验验证- -合理外推合理外推- -得出结论）得出结论）6.得出结论得出结论7.7.修正修正和推广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”？推广推广：如果完全排除空气阻力，那么，所有物体下落都如果完全排除空气阻力，那么，所有物体下落都将一样快。将一样快。18 为了纪念伽利略的伽利略的伟大贡献贡献，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，用精密精密电子仪器和摄像机电子仪器和摄像机记录，结果发现所有小球几乎几乎同时以同一速度同时以同一速度落地。现代科学
12、验证现代科学验证19观观察察 现现象象 提提出出 假假设设 运运用用逻逻辑辑 (数数学学) 得得出出推推论论 实实验验验验证证修修正正推推广广科学研究过程的基本要素科学研究过程的基本要素总结总结.伽利略的科学方法伽利略的科学方法 落体落体运动运动? ?v tx t2小球在斜面小球在斜面上运动实验上运动实验 外推至外推至落体运动落体运动20小结小结一一. .绵延两千年的错误绵延两千年的错误 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，献，他对自由落体运动的认识代表了人
13、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：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；第一，是人类迈出的第一步，有很大的进步性； 第二，是错误的；第二，是错误的； 第三，统治了两千年。第三，统治了两千年。二二. .伽利略的探究过程伽利略的探究过程 伽利略科学思想方法的核心：伽利略科学思想方法的核心：把把实验实验和和逻辑推理逻辑推理（包括数学推演）和谐地（包括数学推演）和谐地结合起来结合起来。 伽利略的成功，不仅找到了落体运动的规律，伽利略的成功，不仅找到了落体运动的规律，更重要的是更重要的是开辟了一条开辟了一条研研究物理学之路究物理学之路。观察观察猜想猜想推理推理实验实验修正和推广修正和推广21再见！再见！ 伽利略的发现以及他所应用的伽利略的发现以及他所应用的科学的推理方法科学的推理方法，是人类思想史上最伟大的成就之一，而且是人类思想史上最伟大的成就之一，而且标志着物标志着物理学的真正开端理学的真正开端。 爱因斯坦爱因斯坦22
