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1、2.6伽利略对自由落体运动的研究生活中的落体现象：亚里士多德的思考：古古希腊哲学的集大成者，师承柏拉图，被誉为百科全书式希腊哲学的集大成者，师承柏拉图，被誉为百科全书式的哲学家的哲学家；他；他一生勤奋治学，从事的学术研究涉及到逻辑一生勤奋治学，从事的学术研究涉及到逻辑学、修辞学、物理学、生物学、教育学、心理学、政治学、学、修辞学、物理学、生物学、教育学、心理学、政治学、经济学、美学等，写下了大量的著作，据说有四百到一千经济学、美学等，写下了大量的著作，据说有四百到一千部部。主要有工具论、形而上学、物理学、主要有工具论、形而上学、物理学、伦理学、政治学、诗学等。他的思想对人类伦理学、政治学、诗学
2、等。他的思想对人类产生了深远的影响。他创立了形式逻辑学，丰富和发展了产生了深远的影响。他创立了形式逻辑学，丰富和发展了哲学的各个分支学科，对科学哲学的各个分支学科，对科学的发展的发展作出了巨大的贡献作出了巨大的贡献。他的思想曾经统治过全欧洲，几乎改变了全西方的哲学家。他的思想曾经统治过全欧洲，几乎改变了全西方的哲学家。亚里士多德亚里士多德（前（前384前前322年）年）亚里士多德最早对亚里士多德最早对“落体现象落体现象”进行了系统地研究与论进行了系统地研究与论述述研究方法：研究方法：观察观察思考（直觉）思考（直觉）现象象观察：重的物体往往比察：重的物体往往比轻的物体先落地的物体先落地直直观结论
3、：物体下落的快慢由它：物体下落的快慢由它们的重量决定的重量决定亚里士多德的思考： “亚里士多德的详细解析赖以建立的经验很简单，但当时的人们能够像亚里士多德那样接受这些事实。尽管今天的人们已经知道他的宇宙物理学理论是完全错误的，也是不可补救的；但它仍然是物理学，换句话说，是一种高度发展的理论。此理论以常识资料为出发点，并把这些资料上升为一种系统的、连贯的严密的解释.” 法国著名科学史学家 Alexandre Koyre伽利略研究伽利略的 思考：伽利略伽利略伽利雷，物理学家、天文学家、伽利雷，物理学家、天文学家、发明家，他发明了温度计、液压秤和天文发明家，他发明了温度计、液压秤和天文望远镜。是近代
4、实验物理学的开拓者，被望远镜。是近代实验物理学的开拓者，被誉为誉为“近代科学之父近代科学之父”。他是为维护真理。他是为维护真理而进行不屈不挠的科学战士。恩格斯称他而进行不屈不挠的科学战士。恩格斯称他是是“不管有何障碍，都能不顾一切而打破不管有何障碍，都能不顾一切而打破旧说，创立新说的巨人之一旧说，创立新说的巨人之一”。伽利略著。伽利略著有星际使者关于太阳黑子的书信有星际使者关于太阳黑子的书信关于托勒密和哥白尼两大世界体系的对关于托勒密和哥白尼两大世界体系的对话关于两门新科学的对话和数学证明话关于两门新科学的对话和数学证明和试验者和试验者 伽利略伽利略（Galileo Galilei，意大利，意
5、大利，1564-021642-01数学家、物理学家、天文学家，数学家、物理学家、天文学家，近代实验科学的先驱者近代实验科学的先驱者）约约1900年之后，出生于意大利的科学巨擘伽利略同样年之后，出生于意大利的科学巨擘伽利略同样关注到了落体运动现象关注到了落体运动现象伽利略的 思考：1、亚里士多德的、亚里士多德的逻辑悖论逻辑悖论：v128v1=8v2=44v128伽利略的 思考：运用运用逻辑推理的方法，推理的方法，伽利略伽利略证明了明了亚里士多里士多德德“重物比重物比轻物下落得快物下落得快”的的结论是是错误的；的；他他认为“有理由相信，有理由相信，重的物体与重的物体与轻的物体的物体应该下落得同下落
6、得同样快快”伽利略的 思考：为了证明这个结论为了证明这个结论，据信据信伽利略做了大量的实伽利略做了大量的实验，验，（比萨斜塔实验无可靠史实记载，他手稿（比萨斜塔实验无可靠史实记载，他手稿中的表述很可能是一种思想中的实验）中的表述很可能是一种思想中的实验）结果发结果发现现：落体运动中，落体运动中，下落运动与物体的具体特征下落运动与物体的具体特征并无关系。并无关系。无论木制球或铁制球，如果同时开无论木制球或铁制球，如果同时开始下落，始下落，不考虑空气的阻滞或者推动，不考虑空气的阻滞或者推动，它们将它们将同时到达地面。同时到达地面。即使是从塔顶下落，落地的差即使是从塔顶下落，落地的差异不会超过异不会
7、超过“两指两指”。也就是说。也就是说，轻重物体的轻重物体的自由下落速度是相同的自由下落速度是相同的伽利略比他的前人更伟大,就在于他首先采用了以实验检验猜想和假设的科学方法。在他之前,学者们总是通过思辨性的论战来决定谁是谁非。伽利略的 思考：2、深入思考：落体运动遵循怎样的规律呢？、深入思考：落体运动遵循怎样的规律呢？伽利略哲学信念：伽利略哲学信念： 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。2、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， 速度应该是均匀变化的。速度应该是均匀变化的。（坚持同样信仰的还要达芬奇、笛卡尔等巨
8、匠）（坚持同样信仰的还要达芬奇、笛卡尔等巨匠）伽利略的 思考：2、v x假设：假设：1、v t提出一个问题往往比解决一个问题更重要,因为解决一个问题有时仅仅是一个数学上或实验上的技巧,而提出新的问题、新的可能性,从新的角度去看旧的问题,却需要创造性的相像力,而且标志着科学上真正进步。 爱因斯坦利用当时伽利略定义的瞬时速度V和平均速度 的概念，假设2将得出复杂的结论：时间凝滞；由此，伽利略由此，伽利略大胆猜测：下落物体的速度是大胆猜测：下落物体的速度是随时间均匀增加的，即随时间均匀增加的，即 v t伽利略的 思考：实验验证遇到的困难：实验验证遇到的困难：困困难难一一：瞬瞬时时速度无法直接速度无法
9、直接测测量量解决方案：解决方案：间接接验证：若初速若初速v0=0，v t 则有则有x t2 伽利略的 思考：困困难难二：二： 落体运落体运动时间动时间太快太快，利用，利用“铜壶滴漏滴漏”根本根本无法准确无法准确测测量量时间时间解决方案：解决方案： 为为了减了减缓缓物体下落速度，伽利略物体下落速度，伽利略设计设计了了著名的著名的“冲淡重力冲淡重力”的斜面的斜面实验实验怀疑者在翻阅亚怀疑者在翻阅亚怀疑者在翻阅亚怀疑者在翻阅亚怀疑者在翻阅亚怀疑者在翻阅亚里士多德的书籍里士多德的书籍里士多德的书籍里士多德的书籍里士多德的书籍里士多德的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助手利用自己助手
10、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的脉搏测时间的脉搏测时间伽利略伽利略伽利略伽利略伽利略伽利略伽利略的实验验证：重走巨人之路，再现规律：伽利略的实验模拟： 实验数据处理伽利略的实验数据：伽利略斜面实验数据手稿伽利略斜面实验数据手稿小球沿斜面的运动是小球沿斜面的运动是匀加速直线运动匀加速直线运动。且斜面倾斜角越大，小球加速度越大。且斜面倾斜角越大，小球加速度越大。伽利略“冲淡重力”实验初步结论：伽利略“冲淡重力”实验结论外推的逻辑合理性：等末速度法：等末速度法：物体从相同的位置物体从相同的位置经不同的路途不同的路途 落于同一高度，落于同一高度，终了速度大小相等了速度大小相等
11、 。h hl lA1B1A2B2B3A3如果斜面倾角增大到如果斜面倾角增大到900，小球仍然保持，小球仍然保持匀加速直线运动匀加速直线运动的性质，且所的性质，且所有物体下落时的有物体下落时的加速度都是一样加速度都是一样的！的！伽利略结论的修正推广（合理外推）：在科学研究中，懂得忽略什么，有时与懂得重视什么同等重要。 伽利略 后人在用伽利略的器材重复他的实验时发现:铜球沿斜面滚下,如果斜面倾角超过5就很难准确计时。伽利略把他的结论外推至90是需要很大勇气的。伽利略的勇气：伽利略运用最大胆的思辨弥补了经验材料之间的空隙，伽利略的方法是理论和实验相结合的方法。伽利略当之无愧的成为近代物理之父 爱因斯
12、坦 伽利略成功验证了自己的猜想，不仅伽利略成功验证了自己的猜想，不仅彻底否定了亚里士多德关于落体运动的错误彻底否定了亚里士多德关于落体运动的错误论断，而且得到了落体运动的规律论断，而且得到了落体运动的规律:自由落自由落体运动是匀加速直线运动。体运动是匀加速直线运动。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忽略空气忽略空气阻力阻力对现象的对现象的一般观察一般观察提出猜想提出猜想逻辑逻辑(数学数学)得出推论得出推论通过实验通过实验对推论验证对推论验证修正推广修正推广伽利略科学思想方法的核心：伽利略科学思想方法的核心： 把实验和逻辑推理（包括数学推
13、演）把实验和逻辑推理（包括数学推演）和谐地结合起来。和谐地结合起来。 伽利略的发现以及他所应用的科学的推理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。且标志着物理学的真正开端。 爱因斯坦爱因斯坦伽利略科学方法十大最美丽物理实验伽利略科学方法的深远影响： 伽利略创立近代科学时用了三个方法：实验方法、数学方法和思想实验方法。在其后的200年中，自然科学迅猛发展，涌现出了许许多多物理学巨匠，当人类进入20世纪时，思想实验的方法突然被频繁的运用起来。爱因斯坦创立了相对论，当人们离开伽利略的船舱来到爱因斯坦的火车上时，关于尺缩效应、关于同时的相对性、关于只有在高速世界里才可能发生的奇妙景象，被爱因斯坦用思想实验论述得合情合理。波尔和爱因斯坦关于量子的概率进行争论时，他们用思想实验进行辩论，让人类看到世界上第一流的科学巨匠是怎样畅游在理念的世界里。当今人们建立了大爆炸宇宙模型，当代理论物理学家霍金站在人们面前演讲的时候，谈到世界是十维的，并说了一句意味深长的话：我们看到的世界就是火光照在洞壁上的影子啊！ 时至今日，伽利略的科学方法依然在发挥它应有的作用. .多了解一些：（推荐两本拓展阅读资料）
