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1、2.6 2.6 伽利略对落体运动的研究伽利略对落体运动的研究第第2 2章章 研究匀变速直线运动研究匀变速直线运动的规律的规律 1. 1.了解自由落体运动的规律。了解自由落体运动的规律。 2. 2.理解伽利略研究自由落体运动规律的方理解伽利略研究自由落体运动规律的方法，体验科学研究的方法。法，体验科学研究的方法。他是谁？他是谁？他的全部作品有他的全部作品有47部留存。部留存。他的著作包括天文学、动物学、他的著作包括天文学、动物学、地理学、地质学、物理学、解剖学、地理学、地质学、物理学、解剖学、生理学、伦理学、心理学、经济学、生理学、伦理学、心理学、经济学、政治学、修辞学、美学。政治学、修辞学、美
2、学。黑格尔：黑格尔：他是历史上最多才、最渊博的科学他是历史上最多才、最渊博的科学 天才之一，他是一个在历史上无与天才之一，他是一个在历史上无与 伦比的人伦比的人亚里士多德亚里士多德马克思、恩格斯：马克思、恩格斯：古希腊著名的思想古希腊著名的思想家和哲学家在西方被称家和哲学家在西方被称为为“最博学的人最博学的人” 古代古代最伟大的思想家最伟大的思想家这个观点这个观点正确吗？正确吗？一、绵延两千年的一、绵延两千年的错误错误生活常识告诉我们：生活常识告诉我们：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通过观察大量事通过观察大量事实，我发现：物实，我发现：物体下落的重快慢体下落的重快慢是
3、由它们重量决是由它们重量决定的，重的物体定的，重的物体下落得快！下落得快！ 意大利物理学家、意大利物理学家、天文学家天文学家 伽利略伽利略你错了！你错了！ 物体下落过物体下落过程中的运动情程中的运动情况与物体的质况与物体的质量无关。量无关。思考：思考： 亚里士多德为什么会有错亚里士多德为什么会有错误的认误的认 识呢？识呢？研究方法：观察研究方法：观察思考（直觉思考（直觉）思考：思考：为什么这个错误被延续了两千多年？为什么这个错误被延续了两千多年？伽利略是怎样论证亚里士多德伽利略是怎样论证亚里士多德的观点是错误的？的观点是错误的？思思 考：考：跨越时空的对话跨越时空的对话逻辑的力量逻辑的力量指出
4、了亚里士多德的观点指出了亚里士多德的观点: : “重物比重物比轻物下落得快轻物下落得快”自相矛盾，是错误的。自相矛盾，是错误的。正确结论：正确结论：重物与轻物，下落得同样快重物与轻物，下落得同样快伽利略运用伽利略运用逻辑推理逻辑推理的方法的方法二、逻辑的力量二、逻辑的力量世界著名的比萨世界著名的比萨斜塔实验证明斜塔实验证明物体下落快慢与轻重物体下落快慢与轻重无关无关研究方法：研究方法：观察观察逻辑推理逻辑推理实验实验(对比实验对比实验)伽利略在研究落体运动过程中首先遇伽利略在研究落体运动过程中首先遇到了什么困难？到了什么困难？伽利略作出了大胆的科学猜想，猜想伽利略作出了大胆的科学猜想，猜想的内
5、容是什么？的内容是什么？没有描述运动的概念没有描述运动的概念思思 考：考：思思 考：考：伽利略伽利略三、猜想与假说三、猜想与假说自然界是简单的，自然界的规律也自然界是简单的，自然界的规律也是简单的。是简单的。物体下落速度是均匀变化的。物体下落速度是均匀变化的。 伽利略伽利略随时间均匀变？随时间均匀变？随位移均匀变？随位移均匀变？爱因斯坦有一句很著名的话爱因斯坦有一句很著名的话：“提提出一个问题往往比解决一个问题更重要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、上或实验上的技巧，而提出新的问题、新的可能
6、性、从新的角度去看旧的问新的可能性、从新的角度去看旧的问题，却需要创造性的想象力，而且标志题，却需要创造性的想象力，而且标志着科学上的真正进步。着科学上的真正进步。”伽利略比他的前人更伟大，就在于伽利略比他的前人更伟大，就在于他首先他首先采采用了以实验检验猜想和假设的用了以实验检验猜想和假设的科学方法科学方法。在他之前，学者们总是通过在他之前，学者们总是通过思辨性的论战来决定谁是谁非。思辨性的论战来决定谁是谁非。伽利略在实验过程中遇到了怎伽利略在实验过程中遇到了怎样的困难，他又是怎样克服的？样的困难，他又是怎样克服的？思思 考：考：伽利略的探索之路（知识伽利略的探索之路（知识=观察观察+实验实
7、验+思考）思考）n大胆的猜测：下落物体的速度是随大胆的猜测：下落物体的速度是随时间均匀增加的，时间均匀增加的，n即即困难一困难一 瞬时速度无法准确测量瞬时速度无法准确测量n为了解决测量瞬时速度的困难，伽利略寻求为了解决测量瞬时速度的困难，伽利略寻求间接间接间接间接验证验证验证验证的途径（思维的作用）的途径（思维的作用） n则：测下落的高度则：测下落的高度S与时间与时间t2成正比成正比 知识知识观察观察实验实验思考思考冲淡重力冲淡重力n困难二困难二 物体下落很快，很难测定不同位移的时物体下落很快，很难测定不同位移的时间间n（思维）为了减缓物体下落速度，伽利略设计（思维）为了减缓物体下落速度，伽利
8、略设计了著名的了著名的“冲淡重力冲淡重力”的斜面实验。的斜面实验。 伽利略的实验设计：伽利略的实验设计：“冲淡重力冲淡重力”怀疑者在翻阅怀疑者在翻阅亚里士多德的亚里士多德的书籍书籍助手利用自己助手利用自己的脉搏测时间的脉搏测时间伽利略伽利略一些贵族一些贵族斜面实验的结论斜面实验的结论n在斜面上物体运动的x与t2成正比关系， 物体做匀加速直线运动物体做匀加速直线运动。n在同一斜面上不同质量的物体x/t2相同，既加速度相同 物体运动的快慢与质量无关物体运动的快慢与质量无关。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，怎伽利略用斜面实验验证了后，怎样说明样说明落体运动落体运动也符合这个
9、规律？也符合这个规律？ 1. 1.伽利略经过多次斜面实验发现：斜面的倾角逐渐增伽利略经过多次斜面实验发现：斜面的倾角逐渐增大时，大时，stst2 2仍然存在，但仍然存在，但 比值随倾角的增大而增大。比值随倾角的增大而增大。 2. 2.伽利略合理推论：伽利略合理推论： 当斜面倾角增大到当斜面倾角增大到90900 0，即斜，即斜面与地面垂直时，面与地面垂直时， stst2 2仍然存在，但仍然存在，但 比值随倾角的比值随倾角的增大而增大。增大而增大。 3. 3. 结论：自由落体运动是一种特殊的匀变速直线运动。结论：自由落体运动是一种特殊的匀变速直线运动。n至此，他终于成功地验证了原先的猜想，不但否定
10、至此，他终于成功地验证了原先的猜想，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了亚里士多德的错误论断，而且得到了物体下落的规律。规律。n分析：伽利略的成功，不仅在于找到了落体运动的分析：伽利略的成功，不仅在于找到了落体运动的规律，更重要的是开辟了一条研究规律，更重要的是开辟了一条研究物理学的研究之物理学的研究之路路。为什么说伽利略把他的结论外推到为什么说伽利略把他的结论外推到90 需要很大的勇气？需要很大的勇气？单纯的逻辑推理和对有限事实的归单纯的逻辑推理和对有限事实的归纳都不会导致新的发现；科学发现中最纳都不会导致新的发现；科学发现中最活跃的因素是猜想、假设与直觉。因为活跃的因素是
11、猜想、假设与直觉。因为这个原因，对于新发现的规律不能有百这个原因，对于新发现的规律不能有百分之百的把握。分之百的把握。思思 考：考：自由落体运动是：自由落体运动是：v0=0的匀加速的匀加速直线运动，且所有物体下落的加速度直线运动，且所有物体下落的加速度都相同。都相同。结结 论：论：伽利略的科学方法伽利略的科学方法重的物重的物体下体下落得比落得比轻的轻的物体快物体快? ?v ts 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落体运动动对现象的对现象的一般观察一般观察提出假设提出假设逻辑逻辑(数学数学)得出推论得出推论对推论对推论进行检验进行检验对假说修对假说修正和推广正和推广
12、现代研究落体运动的方法：现代研究落体运动的方法：1. 用打点计时器用打点计时器2. 用频闪照片用频闪照片3. 用光电计时器（测速计等）用光电计时器（测速计等） 超越伽利略超越伽利略 现在我们不必用斜面来现在我们不必用斜面来“冲淡重冲淡重力力”，可以对落体运动精确地，可以对落体运动精确地“计时计时”、“定位定位”，直接研究落体运动的性质。，直接研究落体运动的性质。超越伽利略超越伽利略 现代研究落体运动的方法：现代研究落体运动的方法： 用频闪照片用频闪照片实验三实验三 牛顿管实验牛顿管实验现现象象 金金属属片片与与羽羽毛毛同同时时落落地地 n人们采用先进的实验手段测得：人们采用先进的实验手段测得：
13、 一切物体的自由落体的加速度都一切物体的自由落体的加速度都相同相同，这个加，这个加速度叫速度叫重力加速度重力加速度，用，用g表示。通常的计算，表示。通常的计算，g值取值取9.8m/s2n 实际意义实际意义 ：当物体所受空气阻力比物体本身重力小得多时，当物体所受空气阻力比物体本身重力小得多时，即即fG时。从时。从静止静止开始的竖直下落运动，可以开始的竖直下落运动，可以按自由落体运动处理。按自由落体运动处理。 为了纪念伽利略的伟为了纪念伽利略的伟大贡献，大贡献，1993年年4月月8日，日，来自世界各地的科学家把来自世界各地的科学家把木球、铝球、塑料球等不木球、铝球、塑料球等不同材料制成的小球从比萨
14、同材料制成的小球从比萨斜塔上斜塔上44m高处同时静止高处同时静止释放，用精密电子仪器和释放，用精密电子仪器和摄像机记录，结果发现所摄像机记录，结果发现所有小球有小球几乎同时以同一速几乎同时以同一速度度落地落地 。伽利略的发现以伽利略的发现以及他所应用的科学的及他所应用的科学的推理方法，是人类思推理方法，是人类思想史上最伟大的成就想史上最伟大的成就之一，而且标志着物之一，而且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 伽利略伽利略物理学家、天文学家物理学家、天文学家德国著名物理学家玻恩说：德国著名物理学家玻恩说：“我荣获我荣获1954年的诺贝尔奖，与其说是因为我所发表年的诺贝尔奖
15、，与其说是因为我所发表的著作里包括了一个自然现象的发现，倒不的著作里包括了一个自然现象的发现，倒不如说是因为那里面包括一个关于自然现象的如说是因为那里面包括一个关于自然现象的新思想方法基础的发现。新思想方法基础的发现。” 伽利略已死去三百多年，他所发现的自伽利略已死去三百多年，他所发现的自由落体规律在物理学知识的长河中所占比例由落体规律在物理学知识的长河中所占比例愈来愈小。他研究问题所创造的一套科学愈来愈小。他研究问题所创造的一套科学方法，却不断为后人所继承、发扬，创造了方法，却不断为后人所继承、发扬，创造了比自由落体规律高出千百倍的财富。比自由落体规律高出千百倍的财富。对伽利略的审判对伽利略
16、的审判从从伽伽利利略略的的一一生生看看科科学学与与社社会会 p49介介绍绍一一本本好好书书1 1伽利略对自由落体运动的研究，是科学实验和伽利略对自由落体运动的研究，是科学实验和逻辑思维的完美结合，如图所示，可大致表示其逻辑思维的完美结合，如图所示，可大致表示其实验和思维的过程，对这一过程的分析，下列说实验和思维的过程，对这一过程的分析，下列说法正确的是（法正确的是（ ）丁丁甲甲乙乙丙丙A A其中的甲图是实验现象，丁图是经过合理的外其中的甲图是实验现象，丁图是经过合理的外推得到的结论推得到的结论B B其中的丁图是实验现象，甲图是经过合理的外其中的丁图是实验现象，甲图是经过合理的外推得到的结论推得
17、到的结论C C运用甲图的实验，可运用甲图的实验，可“冲淡冲淡”重力的作用，使重力的作用，使实验现象更明显实验现象更明显D D运用丁图的实验，可运用丁图的实验，可“放大放大”重力的作用，使重力的作用，使实验现象更明显实验现象更明显丁丁甲甲乙乙丙丙答案答案ACAC2.2.在一高塔顶端同时释放一片羽毛和一个玻璃球，在一高塔顶端同时释放一片羽毛和一个玻璃球，玻璃球先于羽毛到达地面，这主要是因为（玻璃球先于羽毛到达地面，这主要是因为（ ）A. A. 它们的质量不等它们的质量不等 B. B. 它们的密度不等它们的密度不等 C. C. 它们的材料不同它们的材料不同 D. D. 空气阻力的影响不同空气阻力的影
18、响不同D D3 3伽利略对运动的研究，不仅确立了许多用于描伽利略对运动的研究，不仅确立了许多用于描述运动的基本概念，而且创立了一套对近代科学述运动的基本概念，而且创立了一套对近代科学的发展极为有益的科学方法，或者说给出了科学的发展极为有益的科学方法，或者说给出了科学研究过程的基本要素，这些要素包含了以下几个研究过程的基本要素，这些要素包含了以下几个环节：环节：对现象的一般观察；对现象的一般观察；_；运用逻辑得出结论；运用逻辑得出结论；_;_;对假设进行修正和推广。对假设进行修正和推广。提出假设提出假设 通过实验对结论进行检验通过实验对结论进行检验 4. 4. （1 1）请将图中三位科学家的姓名按历史年代）请将图中三位科学家的姓名按历史年代先后顺序排列：先后顺序排列：_、_、_。（2 2）简要说出他们各自在物理学上的一项贡献。）简要说出他们各自在物理学上的一项贡献。牛顿牛顿爱因斯坦爱因斯坦伽利略伽利略1.1.人们对落体问题的认识过程。人们对落体问题的认识过程。2.2.伽利略对落体问题的逻辑推理和实验验证。伽利略对落体问题的逻辑推理和实验验证。3.3.伽利略的科学思想方法。伽利略的科学思想方法。
