伽利略对自由落体运动的研究

(共66张PPT)
伽利略对自由落体运动的研究
他是谁？
他的全部作品有47部留存。 他的著作包括天文学、动物学、
地理学、地质学、物理学、解剖学、
生理学、伦理学、心理学、经济学、
政治学、修辞学、美学。
黑格尔：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……
亚里士多德
名言：“吾爱吾师，吾更爱真理”
马克思、恩格斯：
古希腊著名的思想
家和哲学家在西方被称
为“最博学的人” 古代
最伟大的思想家
生活常识：重的物体往往比轻的物体先落地
亚里士多德：物体下落的快慢由它们的重量 决定
生活常识：重的物体往往比轻的物体先落地
这个观点正确吗？
亚里士多德：物体下落的快慢由它们的重量 决定
生活常识：重的物体往往比轻的物体先落地
这个观点正确吗？
一、绵延两千年的错误
亚里士多德：物体下落的快慢由它们的重量 决定
生活常识：重的物体往往比轻的物体先落地
这个观点正确吗？
思考：亚里士多德为什么会有错误的认识呢？
一、绵延两千年的错误
亚里士多德：物体下落的快慢由它们的重量 决定
生活常识：重的物体往往比轻的物体先落地
这个观点正确吗？
研究方法：观察——思考（直觉）
思考：亚里士多德为什么会有错误的认识呢？
一、绵延两千年的错误
亚里士多德：物体下落的快慢由它们的重量 决定
生活常识：重的物体往往比轻的物体先落地
这个观点正确吗？
思考：为什么这个错误被延续了两千多年？
一、绵延两千年的错误
研究方法：观察——思考（直觉）
思考：亚里士多德为什么会有错误的认识呢？
亚里士多德：物体下落的快慢由它们的重量 决定
生活常识：重的物体往往比轻的物体先落地
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
伽利略
物理学家、天文学家
　　德国著名物理学家玻恩说：“我荣获
1954年的诺贝尔奖，与其说是因为我所发表
的著作里包括了一个自然现象的发现，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。”
伽利略已死去三百多年，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
愈来愈小，但他研究问题所创造的一套科学
方法，却不断为后人所继承、发扬，创造了
比自由落体规律高出千百倍的财富。
伽利略是怎样论证亚里士多德
的观点是错误的？
思 考：
假设：重的物体下落得快
假设：重的物体下落得快
v1=8
假设：重的物体下落得快
v1=8
v2=4
假设：重的物体下落得快
v1=8
v2=4
4假设：重的物体下落得快
v12>8
v1=8
v2=4
4假设：重的物体下落得快
v12>8
v1=8
v2=4
4论证了亚里士多德的错误观点: “重物比
轻物下落得快”
正确结论：重物与轻物，下落得同样快
伽利略运用逻辑推理的方法
二、逻辑的力量
世界著名的比萨 斜塔实验证明
物体下落快慢与轻重
无关
研究方法：
观察—逻辑推理
——实验(对比实验)
伽利略在研究落体运动过程中首先遇到了什么困难？
思 考：
伽利略在研究落体运动过程中首先遇到了什么困难？
没有描述运动的概念
思 考：
伽利略在研究落体运动过程中首先遇到了什么困难？
伽利略作出了大胆的科学猜想，猜想的内容是什么？
没有描述运动的概念
思 考：
思 考：
——伽利略
三、猜想与假说
自然界是简单的，自然界的规律也
是简单的。
物体下落速度是均匀变化的。
爱因斯坦有一句很著名的话：“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。”
随时间均匀变？ 随位移均匀变？
物体下落速度是均匀变化的。 ——伽利略
三、猜想与假说
伽利略比他的前人更伟大，就在于
他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
思辨性的论战来决定谁是谁非。
伽利略在实验过程中遇到了怎
样的困难，他又是怎样克服的？
思 考：
四、实验验证
困难一：速度无法直接测量
四、实验验证
四、实验验证
困难一：速度无法直接测量
突破：间接验证
若v0＝0，且v∝t
必有x∝t2
困难一：速度无法直接测量
突破：间接验证
四、实验验证
若v0＝0，且v∝t
必有x∝t2
t1 x1
t1 x2
t1 x3
困难一：速度无法直接测量
突破：间接验证
四、实验验证
若v0＝0，且v∝t
必有x∝t2
t1 x1
t1 x2
t1 x3
3x1
困难一：速度无法直接测量
突破：间接验证
四、实验验证
若v0＝0，且v∝t
必有x∝t2
t1 x1
t1 x2
t1 x3
3x1
5x1
困难一：速度无法直接测量
突破：间接验证
四、实验验证
四、实验验证
困难二：落体运动时间太短，无法 准确测量
突破：“冲淡”重力，使其加速度 减小
伽利略的实验设计：“冲淡重力”
怀疑者在翻阅
亚里士多德的
书籍
助手利用自己
的脉搏测时间
伽利略
一些贵族
实验器材、过程 实验结论： ①_______________________________； ②_______________________________。
四、实验验证
实验器材、过程 实验结论： ①_______________________________； ②_______________________________。
小球做匀加速运动
四、实验验证
实验器材、过程 实验结论： ①_______________________________； ②_______________________________。
小球做匀加速运动
同斜面，质量不同，加速度相同
四、实验验证
四、实验验证
质量不同，同斜面。加速度相同；
四、实验验证
质量不同，同斜面。加速度相同；
增大斜面倾角，加速度变大；质 量不同，加速度仍相同。
质量不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；
合理外推
质量不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；
倾角很大，接近落体运动；
合理外推
质量不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；
倾角很大，接近落体运动；
→倾角90 ，就是自由落体运动！
合理外推
后人在用伽利略的器材重复他的实
验时发现：铜球沿斜面滚下，如果斜面
倾角超过5 就很难准确计时。伽利略把
他的结论外推至90 是需要很大勇气的。
后来，他的外推被试验证实了。
为什么说伽利略把他的结论外推到90 需要很大的勇气？
思 考：
为什么说伽利略把他的结论外推到90 需要很大的勇气？
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有百分之百的把握。
思 考：
[修正]
伽利略在《两种
新科学的对话》中提
到：“重球与轻球在
落地时相差两指的宽
度”。 如何理解这“两
指宽”？
自由落体运动是：v0=0的匀加速
直线运动，且所有物体下落的加速度
都相同。
结 论：
科学研究过程的基本要素
五、伽利略的科学方法
观察
现象
科学研究过程的基本要素
五、伽利略的科学方法
观察
现象
科学研究过程的基本要素
五、伽利略的科学方法
提出
假设
观察
现象
科学研究过程的基本要素
五、伽利略的科学方法
提出
假设
运用逻辑
得出推论
观察
现象
科学研究过程的基本要素
五、伽利略的科学方法
提出
假设
运用逻辑
得出推论
实验
验证
观察
现象
科学研究过程的基本要素
五、伽利略的科学方法
提出
假设
运用逻辑
得出推论
实验
验证
观察
现象
科学研究过程的基本要素
五、伽利略的科学方法
提出
假设
运用逻辑
得出推论
实验
验证
修正
推广
[超越伽利略]
现在我们不必用斜面来“冲淡重
力”，可以对落体运动精确地“计时”、
“定位”，直接研究落体运动的性质。
现代研究落体运动的方法： 1. 用打点计时器 2. 用频闪照片 3. 用光电计时器（测速计等）
[超越伽利略]
现在我们不必用斜面来“冲淡重
力”，可以对落体运动精确地“计时”、
“定位”，直接研究落体运动的性质。
十大最美丽物理实验
对伽利略的审判
为了纪念伽利略的伟大贡献，1993年4月8日，来自世界各地的科学家把木球、铝球、塑料球等不同材料制成的小球从比萨斜塔上44m高处同时静止释放，用精密电子仪器和摄像机记录，结果发现所有小球几乎同时以同一速度落地 。
[及时反馈] P45 . 5
频闪摄影是研究变速运动常用 的手段。在暗室中，照相机的快门 处于常开状态，频闪仪每隔一段时 间发出一次短暂的强烈闪光，照亮 运动的物体，于是照片上记录了物 体在几个闪光时刻的位置。如图是 小球自由下落时的频闪照片，频闪 仪每隔0.04秒闪光一次。如果要通过这幅照片测量自由落体加速度，可以采用哪几种方法？试一试。照片中的数字是小球距起落点的距离。
0
0.8
3.2
7.1
12.5
19.5
学完了这一课，你有什么想
法？体会？ 启发？
讨 论：