伽利略对落体运动的研究.ppt

榆林市实验中学 伽利略对落体运动的研究 曹亮 绵延2000年的错误 公元前4世纪，古希腊哲学家亚里士多德根据对生活中现象的观察：石头比羽毛下落快……得出结论：重的物体比轻的物体下落的快。而这符合人们的常识。 同时从一高度释放一小纸片和黑板擦，观察谁先落地。 发现亚里士多德的观点与最简单的经验事实那么吻合，与古代人们对事物的理解程度那么相符，所以曾一代一代地被奉为金科玉律而保持了千百年。 小石头诘难大哲学家 将“观察加直觉”作为物理研究的基本方法，这就使我们大自然的真谛隐匿在黑暗中，谬误使人们困惑，迷茫，使得人类在混沌中摸索…… 亚里士多德的论断流传了2000多年，到了16世纪，被意大利科学家伽利略巧妙地用了一个佯谬否定了。 根据亚里士多德的论断，一块大石头的下落速度要比一块小石头的下落速度大。当我们把两块石头捆在一起时，大石头会被小石头拖着，下落速度变慢；而小石头呢，会被大石头拉着，下落速度变快，因此，两块石头捆在一起时的下落速度应该介于大石头和小石头原来的速度之间。 小石头诘难大哲学家2 伽利略就想：两块石头捆在一起，总的受到的重力比大石头受到的重力还要大，因此整个系统下落的速度要比大石头还大。这样，就从“重物比轻物落得快”的前提推断出了互相矛盾的结论，这使亚里士多德的理论陷入了困境。 为了摆脱这种困境，伽利略认为只有一种可能性，重物与轻物应该下落得同样快。据说伽利略在比萨斜塔上做过两个铁球同时落地的实验，虽然被严谨的考证否定了。但尽管如此，来自世界各地的人们还是把这座古塔看做伽利略的纪念碑。 拨开阻力的迷雾 为什么在生活中，不同物体的下落运动，快慢却不同呢? 由于空气阻力的作用造成的。 如果没有空气的阻力会怎么样呢？ 【播放flash】牛顿管实验 【播放视频】宇航员在月球上做落体运动的实验 这些都表明，若能排除空气阻力的影响，则轻重不同的物体下落快慢完全一样。伽利略又是怎么样论证自己的落体运动规律的呢？ 伽利略的探究之路 伽利略相信，自然界是简单的，自然界的规律也是简单的。他从这个信念出发，猜想落体运动一定也是最简单的变速运动，而最简单的变速运动，速度应该是均匀变化的。通过观察与思考，提出一个大胆的猜想：下落物体的速度是随着时间均匀增加的，即 v∝t 伽利略想用实验来验证这个猜想，但在当时的条件下，遇到了很多困难。 【困难之一】 要用实验来观察和验证v∝t，需要测量不同时刻的瞬时速度。而直接测量瞬时速度，不用说在当时，就是在现在，也是很不容易的。为了解决这个困难，伽利略想到了间接验证的途径，把注意力放在了物体下落的距离与时间的关系上，因为距离是容易测量的。于是，凭借良好的数学功底，得到物体最简单的变速运动时通过的位移一定与运动时间的平方成正，即s∝t2 【困难之二】 物体下落很快，当时还没有准确的计时工具，很难测定物体通过不同位移的时间。为了减缓物体的下落速度，伽利略设计了著名的“冲淡重力”的斜面实验。 【困难之三】 当伽利略用斜面实验验证了s∝t2的关系后，怎么样用这个结果来说明落体运动也符合这个规律呢？因为s/t2的数值随着倾角的增大而增加，当倾角等于90度时，即物体竖直下落时，这个关系也应该成立，并且此时 s/t2的数值最大。 至此，他成功地验证了原先的猜想，不仅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。 伽利略研究落体运动的思路 问题→猜想→数学推理→实验验证→合理外推→得出结论 伽利略成功，不仅在于找出了落体运动的规律，更重要的是开辟了一条物理学的研究之路。伽利略的贡献不只是建立了一个新的法则，而且将物理学研究导向正确的轨道，从此开始了物理学的突飞猛进。 爱因斯坦给予伽利略高度的评价：“伽利略的发现以及他所用的科学推理方法，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。” 如果我们能从亚里士多德和伽利略以及其他各位伟大学者的失败与成功中寻求启发和借鉴，我们也将会拥有一颗杰出的智慧大脑，去容纳经典与现代的物理知识，去面对已知与未知的物理世界。 作业以及课后作业 作业 写100字左右的短文，谈谈自己对物理学研究的认识，体会和受到的启发。 课后作业 查阅有关亚里士多德，伽利略的有关资料，拓展课外知识。 附件一伽利略小传 ①伽利略全名伽利略·伽利莱，他是文艺复兴后期近代实验科学的创始人。1564年伽利略生于意大利的比萨城，1611年，伽利略应邀来到罗马，在罗马期间，伽利略为了确立新的自然研究法—实验法的地位，又同教会的唯心论世界观进行了激烈的斗争，这就更加激怒了教会。1632年，他的名著《关于两大世界体系的对话》出版，但立即被教会列为禁书。1