1、2.6伽利略對(duì)自由落體運(yùn)動(dòng)的研究,煙臺(tái)經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)高級(jí)中學(xué) 高一物理 鮑永,生活中的落體現(xiàn)象：,亞里士多德的思考：,古希臘哲學(xué)的集大成者，師承柏拉圖，被譽(yù)為百科全書式的哲學(xué)家；他一生勤奮治學(xué)，從事的學(xué)術(shù)研究涉及到邏輯學(xué)、修辭學(xué)、物理學(xué)、生物學(xué)、教育學(xué)、心理學(xué)、政治學(xué)、經(jīng)濟(jì)學(xué)、美學(xué)等，寫下了大量的著作，據(jù)說有四百到一千部。主要有工具論、形而上學(xué)、物理學(xué)、倫理學(xué)、政治學(xué)、詩學(xué)等。他的思想對(duì)人類產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響。他創(chuàng)立了形式邏輯學(xué)，豐富和發(fā)展了哲學(xué)的各個(gè)分支學(xué)科，對(duì)科學(xué)的發(fā)展作出了巨大的貢獻(xiàn)。他的思想曾經(jīng)統(tǒng)治過全歐洲，幾乎改變了全西方的哲學(xué)家。,亞里士多德 （前384前322年）,亞里士多德最早對(duì)

2、“落體現(xiàn)象”進(jìn)行了系統(tǒng)地研究與論述,研究方法：觀察思考（直覺）,現(xiàn)象觀察：重的物體往往比輕的物體先落地 直觀結(jié)論：物體下落的快慢由它們的重量決定,亞里士多德的思考：,“亞里士多德的詳細(xì)解析賴以建立的經(jīng)驗(yàn)很簡單，但當(dāng)時(shí)的人們能夠像亞里士多德那樣接受這些事實(shí)。盡管今天的人們已經(jīng)知道他的宇宙物理學(xué)理論是完全錯(cuò)誤的，也是不可補(bǔ)救的；但它仍然是物理學(xué)，換句話說，是一種高度發(fā)展的理論。此理論以常識(shí)資料為出發(fā)點(diǎn)，并把這些資料上升為一種系統(tǒng)的、連貫的嚴(yán)密的解釋.” 法國著名科學(xué)史學(xué)家 Alexandre Koyre伽利略研究,伽利略的 思考：,伽利略伽利雷，物理學(xué)家、天文學(xué)家、發(fā)明家，他發(fā)明了溫度計(jì)、液壓秤和

3、天文望遠(yuǎn)鏡。是近代實(shí)驗(yàn)物理學(xué)的開拓者，被譽(yù)為“近代科學(xué)之父”。他是為維護(hù)真理而進(jìn)行不屈不撓的科學(xué)戰(zhàn)士。恩格斯稱他是“不管有何障礙，都能不顧一切而打破舊說，創(chuàng)立新說的巨人之一”。伽利略著有星際使者關(guān)于太陽黑子的書信關(guān)于托勒密和哥白尼兩大世界體系的對(duì)話關(guān)于兩門新科學(xué)的對(duì)話和數(shù)學(xué)證明和試驗(yàn)者,伽利略 （Galileo Galilei，意大利， 1564-021642-01 數(shù)學(xué)家、物理學(xué)家、天文學(xué)家， 近代實(shí)驗(yàn)科學(xué)的先驅(qū)者）,再,約1900年之后，出生于意大利的科學(xué)巨擘伽利略同樣關(guān)注到了落體運(yùn)動(dòng)現(xiàn)象,伽利略的 思考：,1、亞里士多德的邏輯悖論：,v128,v1=8,v2=4,4v128,再,伽利略的

4、 思考：,運(yùn)用邏輯推理的方法，伽利略證明了亞里士多德“重物比輕物下落得快”的結(jié)論是錯(cuò)誤的； 他認(rèn)為“有理由相信，重的物體與輕的物體應(yīng)該下落得同樣快”,再,伽利略的 思考：,為了證明這個(gè)結(jié)論，據(jù)信伽利略做了大量的實(shí)驗(yàn)，（比薩斜塔實(shí)驗(yàn)無可靠史實(shí)記載，他手稿中的表述很可能是一種思想中的實(shí)驗(yàn)）結(jié)果發(fā)現(xiàn)：落體運(yùn)動(dòng)中，下落運(yùn)動(dòng)與物體的具體特征并無關(guān)系。無論木制球或鐵制球，如果同時(shí)開始下落，不考慮空氣的阻滯或者推動(dòng)，它們將同時(shí)到達(dá)地面。即使是從塔頂下落，落地的差異不會(huì)超過“兩指”。也就是說，輕重物體的自由下落速度是相同的,再,伽利略比他的前人更偉大,就在于他首先采用了以實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)猜想和假設(shè)的科學(xué)方法。在他之前

5、,學(xué)者們總是通過思辨性的論戰(zhàn)來決定誰是誰非。,伽利略的 思考：,2、深入思考：落體運(yùn)動(dòng)遵循怎樣的規(guī)律呢？,伽利略哲學(xué)信念： 1、自然界是簡單的，自然界的規(guī)律也是簡單的。 2、落體運(yùn)動(dòng)一定是一種最簡單的變速運(yùn)動(dòng)， 速度應(yīng)該是均勻變化的。 （堅(jiān)持同樣信仰的還要達(dá)芬奇、笛卡爾等巨匠）,再,伽利略的 思考：,提出一個(gè)問題往往比解決一個(gè)問題更重要,因?yàn)榻鉀Q一個(gè)問題有時(shí)僅僅是一個(gè)數(shù)學(xué)上或?qū)嶒?yàn)上的技巧,而提出新的問題、新的可能性,從新的角度去看舊的問題,卻需要?jiǎng)?chuàng)造性的相像力,而且標(biāo)志著科學(xué)上真正進(jìn)步。 愛因斯坦,利用當(dāng)時(shí)伽利略定義的瞬時(shí)速度V和平均速度 的概念，假設(shè)2將得出復(fù)雜的結(jié)論：時(shí)間凝滯；,由此，伽利

6、略大膽猜測：下落物體的速度是隨時(shí)間均勻增加的，即 vt,再,伽利略的 思考：,實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證遇到的困難：,困難一：瞬時(shí)速度無法直接測量 解決方案： 間接驗(yàn)證：若初速v0=0，vt 則有xt2,再,伽利略的 思考：,困難二： 落體運(yùn)動(dòng)時(shí)間太快，利用“銅壺滴漏”根本無法準(zhǔn)確測量時(shí)間 解決方案： 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),再,懷疑者在翻閱亞里士多德的書籍,助手利用自己的脈搏測時(shí)間,伽利略,伽利略的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證：,重走巨人之路，再現(xiàn)規(guī)律：,伽利略的實(shí)驗(yàn)?zāi)M： 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理,伽利略的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)：,伽利略斜面實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)手稿,小球沿斜面的運(yùn)動(dòng)是勻加速直線運(yùn)動(dòng)。且斜面傾斜角越大，小球加

7、速度越大。,伽利略“沖淡重力”實(shí)驗(yàn)初步結(jié)論：,伽利略“沖淡重力”實(shí)驗(yàn)結(jié)論外推的邏輯合理性：,等末速度法：物體從相同的位置經(jīng)不同的路途 落于同一高度，終了速度大小相等 。,h,l,A1,B1,A2,B2,B3,A3,如果斜面傾角增大到900，小球仍然保持勻加速直線運(yùn)動(dòng)的性質(zhì)，且所有物體下落時(shí)的加速度都是一樣的！,伽利略結(jié)論的修正推廣（合理外推）：,在科學(xué)研究中，懂得忽略什么，有時(shí)與懂得重視什么同等重要。 伽利略,后人在用伽利略的器材重復(fù)他的實(shí)驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn):銅球沿斜面滾下,如果斜面傾角超過5就很難準(zhǔn)確計(jì)時(shí)。伽利略把他的結(jié)論外推至90是需要很大勇氣的。,伽利略的勇氣：,伽利略運(yùn)用最大膽的思辨彌補(bǔ)了經(jīng)驗(yàn)材

8、料之間的空隙，伽利略的方法是理論和實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的方法。伽利略當(dāng)之無愧的成為近代物理之父 愛因斯坦,伽利略成功驗(yàn)證了自己的猜想，不僅徹底否定了亞里士多德關(guān)于落體運(yùn)動(dòng)的錯(cuò)誤論斷，而且得到了落體運(yùn)動(dòng)的規(guī)律:自由落體運(yùn)動(dòng)是勻加速直線運(yùn)動(dòng)。,伽利略的科學(xué)方法,落體 運(yùn)動(dòng)?,v t,x t2,小球在斜面 上運(yùn)動(dòng)實(shí)驗(yàn),忽略空氣阻力,對(duì)現(xiàn)象的 一般觀察,提出猜想,邏輯(數(shù)學(xué)) 得出推論,通過實(shí)驗(yàn) 對(duì)推論驗(yàn)證,修正推廣,伽利略科學(xué)思想方法的核心： 把實(shí)驗(yàn)和邏輯推理（包括數(shù)學(xué)推演）和諧地結(jié)合起來。,伽利略的發(fā)現(xiàn)以及他所應(yīng)用的科學(xué)的推理方法，是人類思想史上最偉大的成就之一，而且標(biāo)志著物理學(xué)的真正開端。 愛因斯坦,伽利略科學(xué)方法,十大最美麗物理實(shí)驗(yàn),伽利略科學(xué)方法的深遠(yuǎn)影響：,伽利略創(chuàng)立近代科學(xué)時(shí)用了三個(gè)方法：實(shí)驗(yàn)方法、數(shù)學(xué)方法和思想實(shí)驗(yàn)方法。在其后的200年中，自然科學(xué)迅猛發(fā)展，涌現(xiàn)出了許許多多物理學(xué)巨匠，當(dāng)人類進(jìn)入20世紀(jì)時(shí)，思想實(shí)驗(yàn)的方法突然被頻繁的運(yùn)用起來。愛因斯坦創(chuàng)立了相對(duì)論，當(dāng)人們離開伽利略的船艙來到愛因斯坦的火車上時(shí)，關(guān)于尺縮效應(yīng)、關(guān)于同時(shí)的相對(duì)性、關(guān)于只有在高速世界里才可能發(fā)生的奇妙景象，被愛因斯坦用思想實(shí)驗(yàn)論述得合情合理。波爾和愛因斯坦關(guān)于量子的概率進(jìn)行爭論時(shí)，他們用思想實(shí)驗(yàn)進(jìn)行辯論，讓人類看到世界上第一流的科學(xué)巨匠