自由落体与比萨斜塔
古希腊哲学家亚里士多德认为，重的物体比轻的物体下落的要快。这符合人们的常识，如玻璃弹子就比羽毛落得快。伽利略认为：下落速度与重量无关，所有物体下落速度都相同。很多人反对这个观点，为了让人们相信，伽利略跑到比萨斜塔上扔下两个不同重量的铁球，结果两个铁球同时着地，于是伽利略胜利了。
这个故事很可能是没有根据的。首先，当时没有理想的计时工具，伽利略发现摆的等时性时是用自己的脉搏记时的，可见当时科学仪器的缺乏。如果做这个实验，很难做到让两个球同时抛出，即使做到了同时抛出，落地时间也无法准确判断；其次，空气阻力会对球的下落产生影响，玻璃弹子比羽毛下落得快就是因为空气阻力对羽毛下落的影响较大。两个铁球受空气阻力影响，落地时间很可能不一样，实验结果对伽利略不利。所以，在伽利略本人留下的记录中，没有任何地方提到比萨斜塔实验。
实际上，伽利略批评亚里士多德的理论是从逻辑推理开始的。他设想一个重物（如铁球）与一个轻物（如木球）同时下落，按亚里士多德的理论，当然是铁球落得快，木球落得慢。现在，试想把铁球与木球绑在一起，同时抛出，会发生什么情况呢？一方面，铁球和木球组成了一个比铁球更重的物体，应当下落的比铁球更快；另一方面，铁球下落被木球拖住，其速度应该介于铁球与木球之间。这样，从同一个理论推出了互相矛盾的两个结论，所以，亚里士多德的理论是值得怀疑的。正确结论应当是：下落速度与重量无关。
伽利略这位真正的近代实验之父，近代实验科学的创造者，并不满足于逻辑推理，他要用实验来验证他的设想。但不是跑到比萨斜塔抛下两个铁球，而是在室内用精心设计的斜面做实验。他做了很多不同坡度的斜面，斜面尽可能光滑。然后在不同斜面上滚下各种重量的铜球，他发现，物体从斜面上滚下，作加速度运动。但只要斜面坡度不变，无论什么重量的铜球滚下，加速度都一样；加速度与重量无关，但与坡度有关，斜面越陡，加速度越大，斜面越平，则加速度越小。在极限情况下，斜面完全水平，加速度为零，物体若不受外力，他就应该永远沿直线作匀速运动，这实际上就是牛顿第一定律；如果斜面完全垂直，就相当于自由落体，这时加速度最大，但对无论什么重量的物体，加速度都一样。
伽利略做比萨斜塔实验这一传闻来自伽利略晚年的学生维维安尼，他在写伽利略的传记中提到伽利略曾做此实验。但历史学家考证，没有任何理由表明伽利略做过这一实验。事实上，一位亚里士多德派的物理学家为了反驳伽利略，真的于1612年在比萨斜塔做了一个实验，结果表明，相同的材料但重量不同的物体并不是在同一时刻到达地面，伽利略在《两门新科学》中对此有一个辩护，意思是说，重量1：10的两个物体下落时只差一个很小的距离，可亚里士多德却说相差10倍。为什么忽视亚里士多德如此重大的失误却盯住我小小的误差不放呢？这也表明伽利略没有做那个实验。
值得一提的是，1586年荷兰物理学家斯台文用两个大小不同重量比为1：10的铅球，让它们从高30英尺的高度落下，结果两者几乎同时落在地面的木板上，围观者可以听到两个铅球撞击木板时发出的声音。(共33张PPT)
望廬山瀑布
李白
日照香爐生紫煙
遙看瀑布掛前川
飛流直下三千尺
疑是銀河落九天
盈盈荷瓣风前落,_______________
无边落木萧萧下,________________
片片桃花雨后娇
不尽长江滚滚来
盈盈荷瓣风前落,_______________
无边落木萧萧下,________________
片片桃花雨后娇
不尽长江滚滚来
古代学者关于落体运动的研究
亚里士多德
研究方法：
观察与思考
观点：
物体下落的快慢由它的重力决定，物体越重下落的越快
观点:
物体下落的快慢与重力无关
伽利略
研究方法：
伽利略研究之一：巧妙的推理
伽利略研究之一：巧妙的推理
伽利略研究之二：提出假说
自由下落运动是一种最简单的变速直线运动，是匀变速直线运动
伽利略研究之三：数学推理
伽利略研究之四：实验验证
伽利略研究之四：实验验证
伽利略研究之五：合理外推
自由下落运动是一种最简单的变速直线运动，
是匀变速直线运动
斜塔实验
1971年美国宇航员斯科特在月球表面上让一把锤子、一根羽毛同时下落，观察到它们同时落到月球表面上。
自
由
落
体
运
动
自
由
落
体
运
动
(
Freely
falling
body
)
1、物体只在重力作用下从静止开始下落的运动，叫做自由落体运动
2、性质：
自由下落运动到底是不是匀变速直线运动？
利用光电计时装置
使用打点计时器
利用闪光照相
54.3
38.9
26.1
15.9
10.2
12.8
15.4
闪光照相
频闪照片
利用数码摄影机
自
由
落
体
运
动
自
由
落
体
运
动
(
Freely
falling
body
)
1、物体只在重力作用下从静止开始下落的运动，
叫做自由落体运动
2、自由落体运动是初速度为零的匀加速直
线运动
3、在地面附近的同一个地点，一切物体在作自由
落体运动时的加速度都相同，这个加速度叫作自
由落体加速度，又叫重力加速度，通常用g表示
地
点
纬
度
重力加速(m·s-2)
特
点
赤道
0°
9.780
广州
23°06′
9.788
武汉
30°33′
9.794
上海
31°12′
9.794
东京
35°43′
9.798
北京
39°56′
9.801
纽约
40°40′
9.803
莫斯科
55°45′
9.816
北极
90°
9.832
1、物体只在重力作用下从静止开始下落的运动，
叫作自由落体运动
2、自由落体运动是初速度为零的匀加速直线运动
3、在地面附近的同一个地点，一切物体在作自由
落体运动时的加速度都相同，这个加速度叫作自
由落体加速度，又叫重力加速度，通常用g表示
4、在地球上不同的地方g的大小是不同的。通常
的计算中可以把g取作9.8m/s2，在粗略的计算中，
还可以把g取作10m/s2
自由落体运动的应用（一）
测当地的重力加速度
利用打点计时器
自由落体运动的应用（二）
如何测量悬崖、峡谷的高度
测高度
H＝gt2/2
我们的探究
例1：
物体从某一高度做自由落体运动经过3S落地，则它第1S内的位移是_______m
第2S内的位移是________m
落地时速度是_________m/s
4.9
S=
—g×
22
2
1
—g×1
2
2
1
-
14.7
14.7
S=V0
t
+
—a
t2
2
1
—gt2
2
1
=
Vt=V0+at
=gt
例2：甲物体的质量是乙物体质量的2倍，甲从
H米高处自由落下，乙从2H米高处与甲同时自由
下落,下面说法中正确的是:(
)
A：两物体下落过程中，同一时刻甲的速度比
乙的速度大。
B：下落过程中，下落1s末时，它们速度相同。
C：下落过程中，各自下落1m时，它们的速度
相同。
D：下落过程中，甲的加速度比乙的大。
B、C
Vt=V0+at
=gt
Vt2-V02=2as
例3：一塔高16米，在塔顶每隔相等时间落
下一水滴，当第五滴水刚落下时，第一滴水正
好落地，求在空中第三滴水和第四滴水之间的
距离。
1
2
3
4
5
S=
—g×
t2
2
1
—g×t
2
2
1
-
Vt2-V02=2as
S=
—
(V0
+
Vt)
2
1
S1：S2：S3:S4=
1:3:5:7
S=_____________×
H
=_____
×16
=3m
16
3
1+3+5+7
3(共24张PPT)
望廬山瀑布
李白
日照香爐生紫煙
遙看瀑布掛前川
飛流直下三千尺
疑是銀河落九天
盈盈荷瓣风前落,_______________
无边落叶萧萧下,________________
片片桃花雨后娇
不尽长江滚滚来
盈盈荷瓣风前落,_______________
无边落叶萧萧下,________________
片片桃花雨后娇
不尽长江滚滚来
古代学者关于落体运动的研究
亚里士多德
研究方法：
观察与思考
观点：
不同重力的物体下落的快慢不同，
重的物体下落得快
观点:
物体下落的快慢与重力无关
伽利略
研究方法：
伽利略研究之一：巧妙的推理
伽利略研究之二：提出假说
伽利略研究之三：数学推理
伽利略研究之一：巧妙的推理
自由下落运动是一种最简单的变速直线运动，是匀变速直线运动
伽利略研究之四：实验验证
伽利略研究之四：实验验证
伽利略研究之五：合理外推
自由下落运动是一种最简单的变速直线运动，
是匀变速直线运动
斜塔实验
照片展示
1971年美国宇航员斯科特在月球表面上让一把锤子、一根羽毛同时下落，观察到它们同时落到月球表面上。
自
由
落
体
运
动
自
由
落
体
运
动
(
Freely
falling
body
)
1、定义：
物体只在重力作用下从静止开始下落的
运动，叫做自由落体运动。
2、性质：
使用打点计时器
频闪照片
研究方法：闪光照像
54.3
38.9
26.1
15.9
10.2
12.8
15.4
研究方法：闪光照像
自
由
落
体
运
动
自
由
落
体
运
动
(
Freely
falling
body
)
1、定义：
物体只在重力作用下从静止开始下落的
运动，叫做自由落体运动。
是一种初速度等于零的匀加速直线运动。
3、加速度：——重力加速度
g
4、规律：
a
→
g
s
→
h
2、性质：
重
力
加
速
度
g
4、在不同位置的重力加速度。
1、在同一点，自由落体运动的加速度都相等。
2、大小：一般取
g=9.8
m/s2。
3、方向：竖直向下。
地
点
纬
度
重力加速(m·s-2)
特
点
赤道
0°
9.780
最小
广州
23°06′
9.788
武汉
30°33′
9.794
上海
31°12′
9.794
东京
35°43′
9.798
北京
39°56′
9.801
纽约
40°40′
9.803
莫斯科
55°45′
9.816
北极
90°
9.832
最大
自由落体运动的应用（一）
测当地的重力加速度
利用打点计时器
自由落体运动的应用（二）
如何测量悬崖、峡谷的高度
测高度
H＝gt2/2
我们的探究
例1：
物体从某一高度做自由落体运动经过3S落地，则它第1S内的位移是_______m
第2S内的位移是________m
落地时速度是_________m/s
4.9
S=
—g×
22
2
1
—g×1
2
2
1
-
14.7
14.7
S=V0
t
+
—a
t2
2
1
—gt2
2
1
=
Vt=V0+at
=gt
例2：甲物体的质量是乙物体质量的2倍，甲从
H米高处自由落下，乙从2H米高处与甲同时自由
下落,下面说法中正确的是:(
)
A：两物体下落过程中，同一时刻甲的速度比
乙的速度大。
B：下落过程中，下落1s末时，它们速度相同。
C：下落过程中，各自下落1m时，它们的速度
相同。
D：下落过程中，甲的加速度比乙的大。
巩固练习
B、C
Vt=V0+at
=gt
Vt2-V02=2as
例3：一塔高16米，在塔顶每隔相等时间落
下一水滴，当第五滴水刚落下时，第一滴水正
好落地，求在空中第三滴水和第四滴水之间的
距离。
1
2
3
4
5
S=
—g×
t2
2
1
—g×t
2
2
1
-
Vt2-V02=2as
S=
—
(V0
+
Vt)
2
1
S1：S2：S3:S4=
1:3:5:7
S=_____________×
H
=_____
×16
=3m
16
3
1+3+5+7
3
