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伽利略

发布时间:2014-01-13 10:43:34  

第 5节

伽利略对自由落体运动的研究

1.关于落体的运动,两千年 来被人们接受的亚里士多德的观 点是怎样的?
物体下落的快慢是由它们 的重量决定的。

重的快!

一样快!

伽利略

思想观念开始发生变化!

一、逻辑的力量

V2=4 V1=8

4<v12<8

V12>8

?

结论: 重物与轻物应该下落得同样快。

?还说明:

逻辑的力量多么强大!

逻辑的力量
?

16世纪,意大利的科学家 伽利略的方法巧妙地推翻 了这种观点。

?

(并在比萨斜塔用实验证 明了这种观点 )

?3.伽利略研究落体问题时是在青年

时代吗?他首先遇到什么困难?怎样 解决的?
是的。比萨大学的青年学者
?困难一:概念上的困难。

连速度的定义都没有。
办法:首先建立速度v、平均速度、 瞬时速度、加速度a等概念。

?4.他对落体运动是怎样猜想的?

据此提出的假说的内容是什么?
?

猜想及假说: 落体运动是最简单的变速运动, 速度应该是均匀变化的。

?

5.速度是均匀变化的,其情况又 可以分为哪几种? 两种。

?一种是速度v的变化对时间t来说是均

匀的,即v∝t,例如:每过1s ,速度的 变化量都是2m/s;
另一种是速度v的变化对位移x来说是均 匀的,即v∝x,例如:每下落1m ,速度 的变化量都是2m/s。

?

6.随后,伽利略在理论上和 实际上又做了哪些工作?他 又遇到哪些困难?他退缩了 吗?他是如何克服重重困难 的?我们应该以怎样的态度 对待困难?特别是当前遇到 的学习上的困难?

?

首先,在理论上否定了v∝x。因为如果 v∝x,将会推出十分复杂的结论。
?困难二:

无法直接测定瞬时速度。

?办法:不测v!

通过数学运算得出结论: 如果速度v的变化对时间t来说是均匀的, 则位移就与所用时间的二次方成正比,即 x∝t2 (学过前面的几节,我们也能进行 这样的数学推算了),这样,只要测出 物体通过不同位移及所用的时间,看是否 满足 x∝t2就可以验证了。

?

困难三:落体下落得很快,当 时只能靠滴水方法计时,这样 的计时工具是不能测量自由落 体运动所用的时间的。

?巧妙的方法:“冲淡重力”,

即让铜球沿阻力很小的斜面滚下, 运动时间变长,易于测量时间了。

?

实验验证的内容和结果:

?(1)斜面倾角一定,改变铜球

质量和斜面高度。 ?结果:的确是匀加速运动,且加 速度不变。 ?(2)铜球质量和斜面高度不变, 不断增大斜面倾角。 结果:加速度增大。

伽利略设想斜面的倾角越接近90°,小球沿 斜面滚下的运动越接近自由落体运动.

?

合理的外推:当倾角增大到 90°时,就是自由落体了,因 此自由落体是匀加

速运动,而 且所有物体下落时的加速度都 是一样的!

?伽利略的逻辑和实验使人钦佩!

?

说明:后人在用伽利略的器材重 复他的实验时发现:铜球沿斜滚 下,如果斜面倾角超过5°就很能 准确计时。伽利略把他的结论 外推至90°是需要很大勇气的。 后来,他的外推被实验证实了。

7.你能采用什么方法来证实自由落体 运动是匀加速运动,且测出其加速 度吗? 提出你的设计方案,列出需要的器 材,简述步骤
给你一条已经打了点的纸带,知道第一 个点的速度为零,不知是否是自由落体 运动物体的,请你判断是否是匀加速运 动,且测出其加速度。

?

8.如何解释常见到的较重的物体 下落得比较快的现象?
解释:空气阻力的影响不同。

?伽利略在《两种新科学的对话》一书

中写道:“如果完全排除空气的阻力, 那么,所有物体将下落得同样快。” 他特别指出:在科学研究中,懂得忽略 什么,有时与懂得重视什么同等重要。

?

9.伽利略的科学思想方法是怎样的?其 核心是什么?人们对他的贡献如何评价?
?科学思想方法程序是:对现象的一般

观察→提出假设→运用逻辑(包括数学) 得出结论→通过实验对结论进行检验→ 对假说进行修正和推广→……
?其核心是:把实验和逻辑和谐

地结合起来。

科学思想方法程序图

?

课本评价:伽利略之前的科学踯躅 于泥涂荒滩,因而千年徘徊。从伽 利略开始,大师辈出,经典如云, 近代科学的大门打开了。

爱因斯坦评价说:“伽利略的发现以 及他所应用的科学的推理方法,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。”

爱因斯坦又说:“提出一个问题 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 数学上或实验上的技巧,而提出 新的问题,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,而且标志着科学上 的真正进步。”

小结:伽利略研究自由落体运动的几个
重要步骤是:
(1)通过理想实验的方法揭露了重物下落快 的错误; (2)从“自由落体运动应该是最简单的”认 识出发,猜想v∝x和v∝t两种可能性,但经 过推理判定v∝x不正确;

(3)从逻辑推理得出检验x∝t即是检验 x ∝ t2 (4)巧妙设计斜面实验检验x∝t2

10.我们从伽利略对自由落体运动 的研究学到什么?有哪些收获?
?

例如:探索科学、追求真理的精神; 克服重重困难的决心;科学思想方法; 合理外推的勇气。

或是体会到:物理是一门实验科学; 逻辑推理的作用;忽略次要因素同等 重要……


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