2.6伽利略对自由落体运动的研究.ppt

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1、第二章 匀变速直线运动的研究他他是是谁谁？他的全部作品有他的全部作品有47部留存。部留存。他的著作包括天文学、他的著作包括天文学、动物学、地理学、地质学、动物学、地理学、地质学、物理学、解剖学、生理学、物理学、解剖学、生理学、伦理学、心理学、经济学、伦理学、心理学、经济学、政治学、修辞学、美学。政治学、修辞学、美学。黑格尔黑格尔：他是历史上最多才、最渊博的科学天他是历史上最多才、最渊博的科学天才之一，他是一个在历史上无与伦比的人才之一，他是一个在历史上无与伦比的人亚里士多德亚里士多德名言：名言：“吾爱吾师，吾更爱真理吾爱吾师，吾更爱真理”马克思、马克思、恩格斯恩格斯：古希腊著名的思想家和哲学家

2、古希腊著名的思想家和哲学家在西方被称为在西方被称为“最博学的人最博学的人”古代最伟大的思想家古代最伟大的思想家 亚里士多德从亚里士多德从17岁开始入师门，跟随柏拉图岁开始入师门，跟随柏拉图达达20年之久。亚里士多德对老师是很崇敬的。年之久。亚里士多德对老师是很崇敬的。他曾写了一首诗赞美柏拉图：他曾写了一首诗赞美柏拉图：“在众人之中，他在众人之中，他是唯一的，也是最初的。是唯一的，也是最初的。这样的人啊，如今这样的人啊，如今已无处寻觅！已无处寻觅！”然而在追求真理的征程中，亚然而在追求真理的征程中，亚里士多德非常勇敢、坚决地批评老师的错误和缺里士多德非常勇敢、坚决地批评老师的错误和缺点，在哲学思

3、想的内容和方法上都同柏拉图存在点，在哲学思想的内容和方法上都同柏拉图存在着严重的分歧。于是有些人就指责他背叛了老师，着严重的分歧。于是有些人就指责他背叛了老师，亚里士多德对此回敬了一句流传至今的名言：亚里士多德对此回敬了一句流传至今的名言：“吾爱吾师，吾更爱真理吾爱吾师，吾更爱真理!”生活常识生活常识：重的物体往往比轻的物体先落地重的物体往往比轻的物体先落地这个观点这个观点这个观点这个观点正确吗？正确吗？正确吗？正确吗？亚里士多德：亚里士多德：物体下落的快慢由它们的重量决定物体下落的快慢由它们的重量决定思考思考:亚里士多德为什么会有错误的认识呢？亚里士多德为什么会有错误的认识呢？思考思考:为什

4、么这个错误被延续了两千多年？为什么这个错误被延续了两千多年？一一 绵绵延延两两千千年年的的错错误误研究方法：观察研究方法：观察思考（直觉）思考（直觉）这一论断符合人们的常识！这一论断符合人们的常识！伽伽利利略略 伽利略伽利略物理学家、天文学家物理学家、天文学家伽利略的发现伽利略的发现以及他所应用的科以及他所应用的科学的推理方法，是学的推理方法，是人类思想史上最伟人类思想史上最伟大的成就之一，而大的成就之一，而且标志着物理学的且标志着物理学的真正开端。真正开端。爱因斯坦爱因斯坦德国著名物理学家玻恩说德国著名物理学家玻恩说：“我我荣获荣获1954年的诺贝尔奖，与其说是因为我年的诺贝尔奖，与其说是因

5、为我所发表的著作里包括了一个自然现象的发所发表的著作里包括了一个自然现象的发现现,倒不如说是因为那里面包括一个关于倒不如说是因为那里面包括一个关于自然现象的新思想方法基础的发现自然现象的新思想方法基础的发现.”伽伽利利略已死去三百多年略已死去三百多年,他所发现的自由他所发现的自由落体规律在物理学知识的长河中所占比例落体规律在物理学知识的长河中所占比例愈来愈小愈来愈小,但但他研究问题所创造的一套科学他研究问题所创造的一套科学方法方法,却不断为后人所继承、发扬却不断为后人所继承、发扬,创造了创造了比自由落体规律高出千百倍的财富。比自由落体规律高出千百倍的财富。思考思考：伽利略伽利略是怎样是怎样论证

6、论证亚里士多德亚里士多德的的观点是错误的？观点是错误的？假设：重的物体下落得快假设：重的物体下落得快V128V1=8V2=44V128伽利略思想观念开始发生变化！思想观念开始发生变化！重的快！重的快！一样快！一样快！跨越时空的对话跨越时空的对话二二逻逻辑辑的的力力量量论证了论证了亚里士多德亚里士多德的的错误观错误观点点:“重物比轻物下落得快重物比轻物下落得快”正确结论正确结论:重物与轻物重物与轻物 下落得同样快下落得同样快伽利略伽利略运用运用逻辑推理逻辑推理的方法的方法世界著名的比萨斜塔实验证明物体下落快慢物体下落快慢与轻重无关与轻重无关研究方法：研究方法：观察观察逻辑推理逻辑推理实验实验（对

7、比实验）（对比实验）思考思考：伽利略在研究落体运动过程伽利略在研究落体运动过程中首先遇到了什么困难？中首先遇到了什么困难？思考思考：伽利略作出了大胆的科学猜伽利略作出了大胆的科学猜想，猜想的内容是什么？想，猜想的内容是什么？没有描述运动的概念没有描述运动的概念三三猜猜想想与与假假说说三三猜猜想想与与假假说说自然界是简单的，自然界是简单的，自然界的规律也是简单的。自然界的规律也是简单的。物体下落速度物体下落速度是均匀变化的是均匀变化的伽利略伽利略三三猜猜想想与与假假说说伽利略伽利略随时间均匀变？随时间均匀变？随位移均匀变？随位移均匀变？物体下落速度物体下落速度是均匀变化的。是均匀变化的。伽利略比

8、他的前人更伟大，就在于他搜先伽利略比他的前人更伟大，就在于他搜先首先采用了以实验检验猜想和假设的科学方法。首先采用了以实验检验猜想和假设的科学方法。在他之前，学者们总是通过思维性的论战来决在他之前，学者们总是通过思维性的论战来决定谁是谁非。定谁是谁非。爱因斯坦有一句著名的话：爱因斯坦有一句著名的话：“提出一个问提出一个问题往往比解决一个问题更重要。题往往比解决一个问题更重要。因为解决一个问因为解决一个问题有时只是一个数学上或实验上的技巧，而提出题有时只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，却需要创造性的想象力，新的问题、新的可能性，却需要创造性的想象力，而且标志着科学上的真正

9、进步。而且标志着科学上的真正进步。”思考思考：伽利略在实验过程伽利略在实验过程中遇到了怎样的困难，中遇到了怎样的困难，他又是怎样克服的？他又是怎样克服的？四四实实验验验验证证困难一困难一：速度无法直接测量速度无法直接测量 突破：突破：间接验证间接验证若若v00,且且必有必有t t1 1x x1 1t t1 1x x2 2t t1 1x x3 33 3x x1 15 5x x1 12tx困难二困难二：落体运动时间太短，无法准确测量落体运动时间太短，无法准确测量 突破：突破：“冲淡冲淡”重力，使其加速度减小重力，使其加速度减小四四实实验验验验证证伽利略的实验设计：伽利略的实验设计：“冲淡重力冲淡重

10、力”怀疑者在翻阅怀疑者在翻阅怀疑者在翻阅怀疑者在翻阅亚里士多德的亚里士多德的亚里士多德的亚里士多德的书籍书籍书籍书籍助手利用自己助手利用自己助手利用自己助手利用自己的脉搏测时间的脉搏测时间的脉搏测时间的脉搏测时间伽利略伽利略伽利略伽利略一些贵族一些贵族一些贵族一些贵族实验器材、过程实验器材、过程实验结论：实验结论：_ _小球做小球做匀加速匀加速运动运动同斜面，同斜面，质量不同质量不同，加速度相同，加速度相同四四实实验验验验证证 质量不同质量不同,同斜面同斜面,加速度相同加速度相同 增大斜面倾角增大斜面倾角,加速度变大加速度变大;质量不同质量不同,加速度仍相同加速度仍相同四四实实验验验验证证合理

11、外推 质量不同质量不同小球同一斜面下落，加速度相同小球同一斜面下落，加速度相同 增大斜面倾角，加速度变大增大斜面倾角，加速度变大 倾角很大，接近落体运动倾角很大，接近落体运动 倾角倾角900,就是自由落体运就是自由落体运动！“冲淡重力”实验结论：小球沿斜面的运动是匀加速直线运动。且斜面倾斜角越大，小球加速度越大。如果斜面倾角增大到九十度，小 球仍然做匀加速直线运动，且加 速度最大。后人在用伽利略的器材重复他的后人在用伽利略的器材重复他的实验时发现：铜球沿鞋面滚下，如果实验时发现：铜球沿鞋面滚下，如果斜面倾斜超过斜面倾斜超过50就很难准确计时。伽就很难准确计时。伽利略把他的结论外推至利略把他的结

12、论外推至900是需要很大是需要很大勇气的。后来，他的外推被实验证实勇气的。后来，他的外推被实验证实了。了。思考思考：为什么说伽利略把他的结论外为什么说伽利略把他的结论外推到推到90900 0需要很大的勇气？需要很大的勇气？单纯的逻辑推理和对有限事实的归纳单纯的逻辑推理和对有限事实的归纳都不会导致新的发现；科学发现中最都不会导致新的发现；科学发现中最活跃的因素是猜想、假设与直觉。因活跃的因素是猜想、假设与直觉。因为这个原因，对于新发现的规律不能为这个原因，对于新发现的规律不能有百分之百的把握。有百分之百的把握。修修正正 伽利略在两种新科学的对话伽利略在两种新科学的对话中提到：中提到：“重球与轻球

13、在落地时相重球与轻球在落地时相差两指的宽度差两指的宽度”如何理解这如何理解这“两指宽两指宽”？结结 论论自由落体运动是自由落体运动是:v00的的匀加速匀加速直线运动，直线运动，且所有物体下落的加速度且所有物体下落的加速度都相同。都相同。修正和推广修正和推广 如果完全排除空气阻力，那么，如果完全排除空气阻力，那么，所有物体下落都将一样快。所有物体下落都将一样快。在科学研究中，懂得忽略什么，有在科学研究中，懂得忽略什么，有时与懂得重视什么同等重要。时与懂得重视什么同等重要。伽利略伽利略落体落体运动运动?v tx t2小球在斜面小球在斜面上运动实验上运动实验 外推至外推至落体运动落体运动对现象的对现

14、象的一般观察一般观察提出假设提出假设逻辑逻辑(数学数学)得出推论得出推论对推论对推论实验实验检验检验对假说修对假说修正和推广正和推广伽利略的科学方法伽利略的科学方法五五伽伽利利略略的的科科学学方方法法真正的物理学开始了真正的物理学开始了超超越越伽伽利利略略 现在我们不必用斜面来现在我们不必用斜面来“冲淡重力冲淡重力”，可以对落体运动精确地可以对落体运动精确地“计时计时”、“定位定位”，直接研究落体运动的性质。，直接研究落体运动的性质。现代研究落体运动的方法现代研究落体运动的方法：1、用打点计时器、用打点计时器 2、用频闪照片、用频闪照片 3、用光电计时器用光电计时器（测速计等）（测速计等）十十

15、大大最最美美丽丽物物理理实实验验对对伽伽利利略略的的审审判判 为了纪念伽利略的为了纪念伽利略的伟大贡献，伟大贡献，19931993年年4 4月月8 8日，来自世界各地的科日，来自世界各地的科学家把木球、铝球、塑学家把木球、铝球、塑料球等不同材料制成的料球等不同材料制成的小球从比萨斜塔上小球从比萨斜塔上44 m44 m高处同时高处同时静止释放静止释放，用，用精密电子仪器和摄像机精密电子仪器和摄像机记录，结果发现所有小记录，结果发现所有小球球 落落地地 。讨论讨论：学完了这一课学完了这一课,你有什你有什么么想法想法?体会体会?启发启发？伽利略伽利略对自由落体运动的研究给我们的启示对自由落体运动的研究给我们的启示一、要善于观察、勤于思考，勇于发现问题一、要善于观察、勤于思考，勇于发现问题和提出问题；和提出问题；二、要合理地进行猜想和假设；二、要合理地进行猜想和假设；三、科学地制定实验计划。三、科学地制定实验计划。作业：综合训练P37-38