伽利略對(duì)自由落體運(yùn)動(dòng)的研究

伽利略對(duì)自由落體運(yùn)動(dòng)的研究1一、歷史的回顧亞里士多德通過對(duì)大量的物體自由下落的觀察，直接得出結(jié)論：重的物體比輕的物體下落的快，即“重快輕慢”。由于他在學(xué)術(shù)界的崇高地位，且該結(jié)論符合生活經(jīng)驗(yàn)，這種論斷流傳了近2000年。一、歷史的回顧亞里士多德通過對(duì)大量的物體自由下落的觀察，直接2二、邏輯的力量16世紀(jì)，意大利的科學(xué)家伽利略用佯謬的方法巧妙地推翻了這種觀點(diǎn)。（并在比薩斜塔用實(shí)驗(yàn)證明了這種觀點(diǎn)）伽利略的推理.swf因此，伽利略提出新的觀點(diǎn)：重物與輕物應(yīng)該下落得同樣快二、邏輯的力量16世紀(jì)，意大利的科學(xué)家伽利略用佯謬的方法巧妙3（問題）：既然物體自由下落跟質(zhì)量無關(guān)，那么它到底遵循什么樣的規(guī)律呢？伽利略用推論否定了亞里士多德的觀點(diǎn)后，就開始研究落體運(yùn)動(dòng)的性質(zhì)。（問題）：4三、伽利略的猜想和假設(shè)1、伽利略研究落體運(yùn)動(dòng)首先應(yīng)該解決的問題建立描述運(yùn)動(dòng)所需要的概念：時(shí)間、位移、瞬時(shí)速度、平均速度、加速度2、伽利略的猜想：

v∝x（最后否定了）

v∝t三、伽利略的猜想和假設(shè)1、伽利略研究落體運(yùn)動(dòng)首先應(yīng)該解決的問5四、伽利略的探索之路

（知識(shí)=觀察+實(shí)驗(yàn)+思考）大膽的猜測(cè)：下落物體的速度是隨時(shí)間均勻增加的，即則：測(cè)瞬時(shí)速度V與時(shí)間t成正比四、伽利略的探索之路

（知識(shí)=觀察+實(shí)驗(yàn)+思考）大膽的猜測(cè)：6困難一

瞬時(shí)速度無法準(zhǔn)確測(cè)量為了解決測(cè)量瞬時(shí)速度的困難，伽利略尋求間接驗(yàn)證的途徑（思維的作用）則：測(cè)下落的高度與時(shí)間t2成正比知識(shí)觀察實(shí)驗(yàn)思考困難一瞬時(shí)速度無法準(zhǔn)確測(cè)量為了解決測(cè)量瞬時(shí)速度的7沖淡重力困難二物體下落很快，很難測(cè)定不同位移的時(shí)間（思維）為了減緩物體下落速度，伽利略設(shè)計(jì)了著名的“沖淡重力”的斜面實(shí)驗(yàn)。

沖淡重力困難二物體下落很快，很難測(cè)定不同位移的時(shí)間8實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證：伽利略用銅球從斜槽的不同位置由靜止下落，伽利略手稿中記錄的一組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)結(jié)果表示為：

伽利略發(fā)現(xiàn)，斜面的傾角不同，上述比例關(guān)系同樣成立，只是這個(gè)常數(shù)即加速度a隨著θ的增大而增大。從不同高度開始滾下，只要斜面傾角一定，不同質(zhì)量的小球的加速度都相同時(shí)間單位12345678距離單位32130298526824119216002104實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證：伽利略用銅球從斜槽的不同位置由靜止下落，伽利略手9合理外推

困難三、伽利略用斜面實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了后，怎樣說明落體運(yùn)動(dòng)也符合這個(gè)規(guī)律？合理外推：隨著θ的增大，的數(shù)值在增大。當(dāng)θ=900時(shí)，即物體豎直下落時(shí)，這個(gè)關(guān)系也應(yīng)該成立，這時(shí)的數(shù)值a最大。這時(shí)小球的運(yùn)動(dòng)不就是自由落體運(yùn)動(dòng)嗎？伽利略認(rèn)為這時(shí)小球的運(yùn)動(dòng)仍保持勻加速運(yùn)動(dòng)，而且所有物體下落時(shí)的加速度都是一樣的合理外推困難三、伽利略用斜面實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了后，怎樣說明落體運(yùn)動(dòng)10空氣中紙片下落空氣中重物下落真空中重物下落f空氣阻力f空氣阻力空氣阻力f為零G重力G重力G重力伽利略的邏輯和實(shí)驗(yàn)自然使人欽佩，但人們又疑惑：為什么日常生活中會(huì)看到重的物體下落得快呢？如果排除空氣阻力，所有物體將下落得同樣快，這時(shí)落體運(yùn)動(dòng)也就真正成為自由落體運(yùn)動(dòng)伽利略的解釋：分析物體的受力情況空氣中紙片下落空氣中重物下落真空中重物下落f空氣阻力f空氣阻11至此，他終于成功地驗(yàn)證了原先的猜想，不但否定了亞里士多德的錯(cuò)誤論斷，而且得到了物體下落的規(guī)律。分析：伽利略的成功，不僅在與找到了落體運(yùn)動(dòng)的規(guī)律，更重要的是開辟了一條研究物理學(xué)的研究之路。至此，他終于成功地驗(yàn)證了原先的猜想，不但否定了亞里士多德的錯(cuò)12四、伽利略的科學(xué)研究方法

①對(duì)現(xiàn)象的一般觀察，提出問題→→②提出假設(shè)→→③運(yùn)用邏輯(包括數(shù)學(xué)推理)得出推論→→④實(shí)驗(yàn)進(jìn)行檢驗(yàn)→→⑤對(duì)假設(shè)進(jìn)行修正和推廣→……即科學(xué)探究的過程四、伽利略的科學(xué)研究方法①對(duì)現(xiàn)象的一般觀察，提出13

美國宇航員大衛(wèi)·斯哥特在月球上同時(shí)釋放了一把錘子和一根羽毛，他發(fā)現(xiàn)兩者同時(shí)落地。他說，如果沒有伽利略落體定律的發(fā)現(xiàn)，他就不可能站在那個(gè)地方。于是他情不自禁地在月球上重復(fù)他在中學(xué)時(shí)就在抽空的玻璃管內(nèi)看到的雞毛銅錢實(shí)驗(yàn)美國宇航員大衛(wèi)·斯哥特在月14航天員深刻地知道，雖然僅靠伽利略的落體定律還不能登月，但沒有以伽利略落體定律為代表的科學(xué)基礎(chǔ)，人類社會(huì)是不會(huì)有今天輝煌的科學(xué)技術(shù)成就的。伽利略對(duì)運(yùn)動(dòng)的研究，不僅確立了許多用于描述運(yùn)動(dòng)的基本概念，而且創(chuàng)造了一套對(duì)近代科學(xué)的發(fā)展極為有益的科學(xué)方法。這些方法的核心是把實(shí)驗(yàn)和邏輯推理（包括數(shù)學(xué)演算）和諧地結(jié)合起來，從而發(fā)展了人類的科學(xué)思維方式和科學(xué)研究方法航天員深刻地知道，雖然僅靠伽利略的落體定律還不能登月，但沒有15超越伽利略

現(xiàn)在我們不必用斜面來“沖淡重力”，采用現(xiàn)代化的儀器設(shè)備可以對(duì)落體運(yùn)動(dòng)精確地“計(jì)時(shí)”、“定位”，直接研究落體運(yùn)動(dòng)的性質(zhì)。現(xiàn)代研究落體運(yùn)動(dòng)的方法：1、“自由落體頻閃照片”求加速度2、用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器研究紙帶求出加速度3、其它方法（測(cè)速計(jì)等）現(xiàn)在我們已經(jīng)有足夠的設(shè)備準(zhǔn)確的驗(yàn)證落體運(yùn)動(dòng)規(guī)律超越伽利略現(xiàn)在我們不必用斜面來“沖淡重力”，采用現(xiàn)代化的儀16人們采用先進(jìn)的實(shí)驗(yàn)手段測(cè)得：一切物體的自由落體的加速度都相同，這個(gè)加速度叫重力加速度，用g表示。通常的計(jì)算，g值取9.8m/s2實(shí)際意義：當(dāng)物體所受空氣阻力比物體本身重力小得多時(shí)，即f<<G時(shí)。從靜止開始的豎直下落運(yùn)動(dòng)，可以按自由落體運(yùn)動(dòng)處理。人們采用先進(jìn)的實(shí)驗(yàn)手段測(cè)得：實(shí)際意義：17課題研究1、閱讀教材P48的閱讀材料STS：

《從伽利略的一生看科學(xué)與社會(huì)》2、P49做一做3、亞里士多德是古代偉大的思想家、哲學(xué)家，但他在物理方面的結(jié)論，如重快輕慢、物體的運(yùn)動(dòng)需要力來維持，卻是錯(cuò)誤的。這是為什么？請(qǐng)帶著這個(gè)問題去圖書館或上網(wǎng)查找亞里士多德和伽利略的有關(guān)資料，做一點(diǎn)關(guān)于這兩位學(xué)者的科學(xué)觀念、方法、態(tài)度等方面的調(diào)查。課題研究1、閱讀教材P48的閱讀材料STS：18一、認(rèn)識(shí)兩位科學(xué)家伽利略①伽利略全名伽利略·伽利萊，他是文藝復(fù)興后期近代實(shí)驗(yàn)科學(xué)的創(chuàng)始人。1564年伽利略生于意大利的比薩城，1611年，伽利略應(yīng)邀來到羅馬，在羅馬期間，伽利略為了確立新的自然研究法—實(shí)驗(yàn)法的地位，又同教會(huì)的唯心論世界觀進(jìn)行了激烈的斗爭，這就更加激怒了教會(huì)。1632年，他的名著《關(guān)于兩大世界體系的對(duì)話》出版，但立即被教會(huì)列為禁書。1633年6月22日，伽利略受到宗教法庭審判，并被判終身軟禁，成了“宗教裁判判所”的囚徒。1638年，伽利略在荷蘭出版了《關(guān)于兩門新學(xué)科與數(shù)學(xué)證明的談話》一書，對(duì)自己多年來在力學(xué)方面的研究進(jìn)行了總結(jié)。一、認(rèn)識(shí)兩位科學(xué)家伽利略19②他的父親是一位才華出眾的音樂家和教育家。他在科學(xué)上的創(chuàng)造才能，在青年時(shí)代就顯示出來了。當(dāng)他還是比薩大學(xué)醫(yī)科學(xué)生時(shí)，就發(fā)明了能測(cè)量脈搏速率的擺式計(jì)時(shí)裝置。后來他的興趣轉(zhuǎn)向了數(shù)學(xué)和物理學(xué)。②他的父親是一位才華出眾的音樂家和教育家。他在科學(xué)上的創(chuàng)造20③1581年，17歲的伽利略對(duì)古希臘的物理學(xué)及亞里士多德、埃夫克利德和阿基米德的著作著迷。伽利略在數(shù)學(xué)、天文學(xué)，特別是力學(xué)方面有了很深的造詣，學(xué)術(shù)上成果累累。他通過大量的觀察和實(shí)驗(yàn)總結(jié)出了慣性定律、自由落體運(yùn)動(dòng)規(guī)律和相對(duì)性原理；發(fā)現(xiàn)了單擺振動(dòng)的等時(shí)性原理；用自制的33倍望遠(yuǎn)鏡觀察天象，發(fā)現(xiàn)了一系列令人震驚的天文現(xiàn)象。伽利略將觀察到的天文現(xiàn)象寫成《星際使者》一書，于1610年發(fā)表。書中介紹了月球上的環(huán)狀山脈，無數(shù)星體構(gòu)成的銀河系，金星的盈虧，木星的四顆衛(wèi)星，太陽黑斑等等，從而對(duì)哥白尼的“天體運(yùn)行”論提供了有力的支持，同時(shí)也動(dòng)搖了亞里士多德—托勒密的地心說。③1581年，17歲的伽利略對(duì)古希臘的物理學(xué)及亞里士多德、埃21亞里士多德①作為一位偉大的、百科全書式的科學(xué)家，亞里士多德對(duì)世界的貢獻(xiàn)之大，令人震驚。他至少撰寫了170種著作，其中流傳下來的有47種。他的科學(xué)著作，在那個(gè)年代簡直就是一本百科全書。但他的成就遠(yuǎn)不止于此。他還是一位真正哲學(xué)家，對(duì)哲學(xué)每個(gè)學(xué)科幾乎都做出了貢獻(xiàn)。亞里士多德集中古代知識(shí)于一身，在他死后幾百年中，沒有一個(gè)人像他那樣對(duì)知識(shí)有過系統(tǒng)考察和全面掌握。他的著作是古代的百科全書。恩格斯稱他是“最博學(xué)的人”。亞里士多德22②亞里士多德最大的貢獻(xiàn)在于創(chuàng)立了形式邏輯這一重要分支學(xué)科。邏輯思維是亞里士多德在眾多領(lǐng)域建樹卓越的支柱。亞里士多德的思想對(duì)西方文化根本傾向以至內(nèi)容產(chǎn)生了深刻的影響。在上古及中古時(shí)期，他的著作被譯成拉丁文、敘利亞文、阿拉伯文、意大利文、希伯來文、德語和英語。隨著亞里士多德作品的不斷被發(fā)現(xiàn)，中世紀(jì)出現(xiàn)了一個(gè)研究亞里士多德主義的新時(shí)代，學(xué)者們以此作為求得各方面真知識(shí)的基礎(chǔ)。亞里士多德學(xué)識(shí)淵博，著述頗豐．他對(duì)于當(dāng)時(shí)尚未分類的科學(xué)部門如政治、邏輯、倫理、歷史、物理(自然學(xué)科)、心理學(xué)、美學(xué)、教育學(xué)等均有研究并有獨(dú)到見解，被馬克思譽(yù)為“古代最偉大的思想家”。②亞里士多德最大的貢獻(xiàn)在于創(chuàng)立了形式邏輯這一重要分支23③亞里士多德是古希臘又一位偉大的教育思想家，建立了包括自然學(xué)科在內(nèi)的百科全書式的課程體系，提出了注重實(shí)踐的良好措施，為后人留下了一筆包羅宏富的教育遺產(chǎn)。亞里士多德顯示了希臘科學(xué)的一個(gè)轉(zhuǎn)折點(diǎn)。在他以前，科學(xué)家和哲學(xué)家都力求提出一個(gè)完整的世界體系，來解釋自然現(xiàn)象．他是最后一個(gè)提出完整世界體系的人。在他以后，許多科學(xué)家放棄提出完整體系的企圖，轉(zhuǎn)入研究具體問題。③亞里士多德是古希臘又一位偉大的教育思想家，建立了包括自然學(xué)24

物理教科書上