伽利略對自由落體解析

1、,伽利略對自由落體運動的研究,他的全部作品有47部留存。他的著作包括天文學(xué)、動物學(xué)、地理學(xué)、地質(zhì)學(xué)、物理學(xué)、解剖學(xué)、生理學(xué)、倫理學(xué)、心理學(xué)、經(jīng)濟學(xué)、政治學(xué)、修辭學(xué)、美學(xué)。,他是誰？,黑格爾：他是歷史上最多才、最淵博的科學(xué)天才 之一，他是一個在歷史上無與倫比的人……,馬克思、恩格斯： 古希臘著名的思想家和哲學(xué)家在西方被稱為“最博學(xué)的人” 古代最偉大的思想家名言：“吾愛吾師，吾更

2、愛真理”,生活常識：重的物體往往比輕的物體先落地,生活常識：重的物體往往比輕的物體先落地,亞里士多德：物體下落的快慢由它們的重量 決定,這個觀點正確嗎？,一、綿延兩千年的錯誤,,生活常識：重的物體往往比輕的物體先落地,亞里士多德：物體下落的快慢由它們的重量 決定思考：亞里士多德為什么會有錯誤的認(rèn)識呢？,這個觀點正確嗎？,,,,這個觀

3、點正確嗎？,思考：為什么這個錯誤被延續(xù)了兩千多年？,一、綿延兩千年的錯誤,研究方法：觀察——思考（直覺）,思考：亞里士多德為什么會有錯誤的認(rèn)識呢？,亞里士多德：物體下落的快慢由它們的重量 決定,生活常識：重的物體往往比輕的物體先落地,,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,伽利略物理學(xué)家、天文學(xué)家,德國著

4、名物理學(xué)家玻恩說：“我榮獲1954年的諾貝爾獎，與其說是因為我所發(fā)表的著作里包括了一個自然現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)，倒不如說是因為那里面包括一個關(guān)于自然現(xiàn)象的新思想方法基礎(chǔ)的發(fā)現(xiàn)?！?伽利略已死去三百多年，他所發(fā)現(xiàn)的自由落體規(guī)律在物理學(xué)知識的長河中所占比例愈來愈小，但他研究問題所創(chuàng)造的一套科學(xué)方法，卻不斷為后人所繼承、發(fā)揚，創(chuàng)造了比自由落體規(guī)律高出千百倍的財富。,,伽利略是怎樣論證亞里士多德的觀點是錯誤的？,思 考：,,假設(shè)：重的物體下落得快,

5、,,,v1=8,v2=4,,,假設(shè)：重的物體下落得快,,,,,v1=8,v2=4,4<v12<8,,,假設(shè)：重的物體下落得快,,,,,v12>8,v1=8,v2=4,,4<v12<8,,,,假設(shè)：重的物體下落得快,,,,,v12>8,v1=8,v2=4,,4<v12<8,,論證了亞里士多德的錯誤觀點: “重物比輕物下落得快”,正確結(jié)論：重物與輕物，下落得同樣快,伽利略運用邏輯推理的方法,

6、,二、邏輯的力量,世界著名的比薩斜塔實驗證明,物體下落快慢與輕重?zé)o關(guān),研究方法：觀察—邏輯推理——實驗(對比實驗),伽利略在研究落體運動過程中首先遇到了什么困難？,,思 考：,,伽利略在研究落體運動過程中首先遇到了什么困難？,沒有描述運動的概念,思 考：,伽利略在研究落體運動過程中首先遇到了什么困難？,伽利略作出了大膽的科學(xué)猜想，猜想的內(nèi)容是什么？,沒有描述運動的概念,,思 考：,,思 考：,——伽利略,,,三、猜想與假說,自然

7、界是簡單的，自然界的規(guī)律也是簡單的。物體下落速度是均勻變化的。,愛因斯坦有一句很著名的話：“提出一個問題往往比解決一個問題更重要。因為解決一個問題有時僅僅是一個數(shù)學(xué)上或?qū)嶒炆系募记?，而提出新的問題、新的可能性、從新的角度去看舊的問題，卻需要創(chuàng)造性的想象力，而且標(biāo)志著科學(xué)上的真正進步。”,隨時間均勻變？隨位移均勻變？,物體下落速度是均勻變化的。 ——伽利略,,三、猜想與假說,伽利略比他的前人更偉大，就在于

8、他首先采用了以實驗檢驗猜想和假設(shè)的科學(xué)方法。在他之前，學(xué)者們總是通過思辨性的論戰(zhàn)來決定誰是誰非。,伽利略在實驗過程中遇到了怎樣的困難，他又是怎樣克服的？,,思 考：,,四、實驗驗證,困難一：速度無法直接測量,,四、實驗驗證,,四、實驗驗證,困難一：速度無法直接測量突破：間接驗證,,若v0＝0，且v∝t,必有x∝t2,困難一：速度無法直接測量突破：間接驗證,,四、實驗驗證,,若v0＝0，且v∝t,必有x∝t2,,,,,,,,,

9、困難一：速度無法直接測量突破：間接驗證,,四、實驗驗證,,若v0＝0，且v∝t,必有x∝t2,,,,,,,,,3x1,困難一：速度無法直接測量突破：間接驗證,,四、實驗驗證,,若v0＝0，且v∝t,必有x∝t2,,,,,,,,,3x1,5x1,困難一：速度無法直接測量突破：間接驗證,,四、實驗驗證,,四、實驗驗證,困難二：落體運動時間太短，無法 準(zhǔn)確測量突破：“沖淡”重力，使其加速度

10、 減小,伽利略的實驗設(shè)計：“沖淡重力”,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間,伽利略,一些貴族,實驗器材、過程實驗結(jié)論：①_______________________________；②_______________________________。,,四、實驗驗證,實驗器材、過程實驗結(jié)論：①_______________________________；②____________

11、___________________。,小球做勻加速運動,同斜面，質(zhì)量不同，加速度相同,,四、實驗驗證,,四、實驗驗證,質(zhì)量不同，同斜面,加速度相同；,,,,,,,,四、實驗驗證,質(zhì)量不同，同斜面, 加速度相同；增大斜面傾角，加速度變大；質(zhì)量不同，加速度仍相同。,,質(zhì)量不同小球同一斜面下落，加速度相同；增大斜面傾角，加速度變大；,,,,,,,,,,,,,合理外推,,質(zhì)量不同小球同一斜面下落，加速度相同；增大斜面傾角，

12、加速度變大；傾角很大，接近落體運動；,,,,,,,,,,,,,合理外推,,,,,,,質(zhì)量不同小球同一斜面下落，加速度相同；增大斜面傾角，加速度變大；傾角很大，接近落體運動；→傾角90?，就是自由落體運動！,,,,,,,,,,,,,合理外推,,,,,,,,,,,后人在用伽利略的器材重復(fù)他的實驗時發(fā)現(xiàn)：銅球沿斜面滾下，如果斜面傾角超過5?就很難準(zhǔn)確計時。伽利略把他的結(jié)論外推至90?是需要很大勇氣的。后來，他的外推被

13、試驗證實了。,為什么說伽利略把他的結(jié)論外推到90?需要很大的勇氣？,,思 考：,為什么說伽利略把他的結(jié)論外推到90?需要很大的勇氣？,單純的邏輯推理和對有限事實的歸納都不會導(dǎo)致新的發(fā)現(xiàn)；科學(xué)發(fā)現(xiàn)中最活躍的因素是猜想、假設(shè)與直覺。因為這個原因，對于新發(fā)現(xiàn)的規(guī)律不能有百分之百的把握。,,思 考：,[修正],伽利略在《兩種新科學(xué)的對話》中提到：“重球與輕球在落地時相差兩指的寬度”。如何理解這“兩指寬”？,自由落體運動是：v0=0

14、的勻加速直線運動，且所有物體下落的加速度都相同。,,結(jié) 論：,科學(xué)研究過程的基本要素,,五、伽利略的科學(xué)方法,觀察現(xiàn)象,科學(xué)研究過程的基本要素,,五、伽利略的科學(xué)方法,觀察現(xiàn)象,科學(xué)研究過程的基本要素,,五、伽利略的科學(xué)方法,,提出假設(shè),觀察現(xiàn)象,科學(xué)研究過程的基本要素,,五、伽利略的科學(xué)方法,,提出假設(shè),,運用邏輯得出推論,觀察現(xiàn)象,科學(xué)研究過程的基本要素,,五、伽利略的科學(xué)方法,,提出假設(shè),,運用邏輯得出推論,

15、實驗驗證,,觀察現(xiàn)象,科學(xué)研究過程的基本要素,,五、伽利略的科學(xué)方法,,提出假設(shè),,運用邏輯得出推論,實驗驗證,,,觀察現(xiàn)象,科學(xué)研究過程的基本要素,,五、伽利略的科學(xué)方法,,提出假設(shè),,運用邏輯得出推論,實驗驗證,修正推廣,,,,,[超越伽利略],現(xiàn)在我們不必用斜面來“沖淡重力”，可以對落體運動精確地“計時”、“定位”，直接研究落體運動的性質(zhì)。,現(xiàn)代研究落體運動的方法：1. 用打點計時器2. 用頻閃照片

16、3. 用光電計時器（測速計等）,[超越伽利略],現(xiàn)在我們不必用斜面來“沖淡重力”，可以對落體運動精確地“計時”、“定位”，直接研究落體運動的性質(zhì)。,十大最美麗物理實驗,對伽利略的審判,為了紀(jì)念伽利略的偉大貢獻，1993年4月8日，來自世界各地的科學(xué)家把木球、鋁球、塑料球等不同材料制成的小球從比薩斜塔上44m高處同時靜止釋放，用精密電子儀器和攝像機記錄，結(jié)果發(fā)現(xiàn)所有小球幾乎同時以同一速度落地 。,學(xué)完了這一課，你有什么想法？體會