2015高中物理 2.6伽利略對自由落體運動的研究課件3 新人教版必修 (2

1、2.6伽利略對自由落體運動 的研究 生活中的落體現(xiàn)象： 亞里士多德的思考： 古希臘哲學的集大成者，師承柏拉圖，被譽為百科全書式古希臘哲學的集大成者，師承柏拉圖，被譽為百科全書式 的哲學家；他一生勤奮治學，從事的學術研究涉及到邏輯的哲學家；他一生勤奮治學，從事的學術研究涉及到邏輯 學、修辭學、物理學、生物學、教育學、心理學、政治學、學、修辭學、物理學、生物學、教育學、心理學、政治學、 經(jīng)濟學、美學等，寫下了大量的著作，據(jù)說有四百到一千經(jīng)濟學、美學等，寫下了大量的著作，據(jù)說有四百到一千 部。主要有工具論、形而上學、物理學、部。主要有工具論、形而上學、物理學、 倫理學、政治學、詩學等。他的思想對人類

2、倫理學、政治學、詩學等。他的思想對人類 產(chǎn)生了深遠的影響。他創(chuàng)立了形式邏輯學，豐富和發(fā)展了產(chǎn)生了深遠的影響。他創(chuàng)立了形式邏輯學，豐富和發(fā)展了 哲學的各個分支學科，對科學的發(fā)展作出了巨大的貢獻。哲學的各個分支學科，對科學的發(fā)展作出了巨大的貢獻。 他的思想曾經(jīng)統(tǒng)治過全歐洲，幾乎改變了全西方的哲學家。他的思想曾經(jīng)統(tǒng)治過全歐洲，幾乎改變了全西方的哲學家。 亞里士多德亞里士多德 （前（前384前前322年）年） 亞里士多德最早對亞里士多德最早對“落體現(xiàn)象落體現(xiàn)象”進行了系統(tǒng)地研究與論進行了系統(tǒng)地研究與論 述述 研究方法：研究方法：觀察觀察思考（直覺）思考（直覺） 現(xiàn)象觀察：重的物體往往比輕的物體先落地現(xiàn)

3、象觀察：重的物體往往比輕的物體先落地 直觀結(jié)論：物體下落的快慢由它們的重量決定直觀結(jié)論：物體下落的快慢由它們的重量決定 亞里士多德的思考： “亞里士多德的詳細解析賴以建立的經(jīng)驗很簡單，但當時的人們能夠 像亞里士多德那樣接受這些事實。盡管今天的人們已經(jīng)知道他的宇宙 物理學理論是完全錯誤的，也是不可補救的；但它仍然是物理學，換 句話說，是一種高度發(fā)展的理論。此理論以常識資料為出發(fā)點，并把 這些資料上升為一種系統(tǒng)的、連貫的嚴密的解釋.” 法國著名科學史學家 Alexandre Koyre伽利略研究 伽利略的 思考： 伽利略伽利略伽利雷，物理學家、天文學家、伽利雷，物理學家、天文學家、 發(fā)明家，他發(fā)明

4、了溫度計、液壓秤和天文發(fā)明家，他發(fā)明了溫度計、液壓秤和天文 望遠鏡。是近代實驗物理學的開拓者，被望遠鏡。是近代實驗物理學的開拓者，被 譽為譽為“近代科學之父近代科學之父”。他是為維護真理。他是為維護真理 而進行不屈不撓的科學戰(zhàn)士。恩格斯稱他而進行不屈不撓的科學戰(zhàn)士。恩格斯稱他 是是“不管有何障礙，都能不顧一切而打破不管有何障礙，都能不顧一切而打破 舊說，創(chuàng)立新說的巨人之一舊說，創(chuàng)立新說的巨人之一”。伽利略著。伽利略著 有星際使者關于太陽黑子的書信有星際使者關于太陽黑子的書信 關于托勒密和哥白尼兩大世界體系的對關于托勒密和哥白尼兩大世界體系的對 話關于兩門新科學的對話和數(shù)學證明話關于兩門新科學的

5、對話和數(shù)學證明 和試驗者和試驗者 伽利略伽利略 （Galileo Galilei，意大利，意大利， 1564-021642-01 數(shù)學家、物理學家、天文學家，數(shù)學家、物理學家、天文學家， 近代實驗科學的先驅(qū)者近代實驗科學的先驅(qū)者） 約約1900年之后，出生于意大利的科學巨擘伽利略同樣年之后，出生于意大利的科學巨擘伽利略同樣 關注到了落體運動現(xiàn)象關注到了落體運動現(xiàn)象 伽利略的 思考： 1、亞里士多德的、亞里士多德的邏輯悖論邏輯悖論： v128 v1=8 v2=4 4v128 伽利略的 思考： 運用邏運用邏輯推理的方法，輯推理的方法，伽利略伽利略證明了亞里士多證明了亞里士多 德德“重物比輕物下落得

6、快重物比輕物下落得快”的結(jié)論是的結(jié)論是錯誤錯誤的；的； 他認為他認為“有理由相信，有理由相信，重的物體與輕的物體應重的物體與輕的物體應 該下落得同樣快該下落得同樣快” ” 伽利略的 思考： 為了證明這個結(jié)論，據(jù)信伽利略做了大量的實為了證明這個結(jié)論，據(jù)信伽利略做了大量的實 驗，（比薩斜塔實驗無可靠史實記載，他手稿驗，（比薩斜塔實驗無可靠史實記載，他手稿 中的表述很可能是一種思想中的實驗）結(jié)果發(fā)中的表述很可能是一種思想中的實驗）結(jié)果發(fā) 現(xiàn)現(xiàn)：落體運動中，下落運動與物體的具體特征落體運動中，下落運動與物體的具體特征 并無關系。并無關系。無論木制球或鐵制球，如果同時開無論木制球或鐵制球，如果同時開 始

7、下落，不考慮空氣的阻滯或者推動，它們將始下落，不考慮空氣的阻滯或者推動，它們將 同時到達地面。即使是從塔頂下落，落地的差同時到達地面。即使是從塔頂下落，落地的差 異不會超過異不會超過“兩指兩指”。也就是說，。也就是說，輕重物體的輕重物體的 自由下落速度是相同的自由下落速度是相同的 伽利略比他的前人更偉大,就在于他首先采用了以實驗檢驗猜想和假設的科 學方法。在他之前,學者們總是通過思辨性的論戰(zhàn)來決定誰是誰非。 伽利略的 思考： 2、深入思考：落體運動遵循怎樣的規(guī)律呢？、深入思考：落體運動遵循怎樣的規(guī)律呢？ 伽利略哲學信念：伽利略哲學信念： 1、自然界是簡單的，自然界的規(guī)律也是簡單的。、自然界是簡

8、單的，自然界的規(guī)律也是簡單的。 2、落體運動一定是一種最簡單的變速運動，、落體運動一定是一種最簡單的變速運動， 速度應該是均勻變化的。速度應該是均勻變化的。 （堅持同樣信仰的還要達芬奇、笛卡爾等巨匠）（堅持同樣信仰的還要達芬奇、笛卡爾等巨匠） 伽利略的 思考： 2、vx 假設：假設：1、 、vt 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)造性的相像力,而且標志著科學上真正進步。 愛因斯坦 利用當時伽利略定義的瞬時速度V和平均速度 的 概念，假設2將得出復雜的結(jié)論：時間凝滯； 由此，伽

9、利略大膽猜測：下落物體的速度由此，伽利略大膽猜測：下落物體的速度 是隨時間均勻增加的，即是隨時間均勻增加的，即 vt V 伽利略的 思考： 實驗驗證遇到的困難：實驗驗證遇到的困難： 困難一困難一：瞬時速度無法直接測量瞬時速度無法直接測量 解決方案：解決方案： 間接驗證：間接驗證：若初速若初速v0=0，vt 則有則有 xt2 伽利略的 思考： 困難二：困難二： 落體運動時間太快，利用落體運動時間太快，利用“銅壺滴漏銅壺滴漏” 根本無法準確測量時間根本無法準確測量時間 解決方案：解決方案： 為了減緩物體下落速度，伽利略設計為了減緩物體下落速度，伽利略設計 了著名的了著名的“沖淡重力沖淡重力”的斜面

10、實驗的斜面實驗 伽利略的實驗驗證： 重走巨人之路，再現(xiàn)規(guī)律： 伽利略的實驗模擬： 實驗數(shù)據(jù)處理 伽利略的實驗數(shù)據(jù)： 伽利略斜面實驗數(shù)據(jù)手稿伽利略斜面實驗數(shù)據(jù)手稿 小球沿斜面的運動是小球沿斜面的運動是勻加速直線運動勻加速直線運動。 且斜面傾斜角越大，小球加速度越大。且斜面傾斜角越大，小球加速度越大。 伽利略“沖淡重力”實驗初步結(jié)論： 伽利略“沖淡重力”實驗結(jié)論外推的邏輯合理 性： 等末速度法：等末速度法：物體從相同的位置經(jīng)不同的路途物體從相同的位置經(jīng)不同的路途 落于同一高度，終了速度大小相等落于同一高度，終了速度大小相等 。 h h l l A1 B1 A2 B2 B3 A3 如果斜面傾角增大到

11、如果斜面傾角增大到900，小球仍然保持，小球仍然保持勻加速直線運動勻加速直線運動的性質(zhì)，且所的性質(zhì)，且所 有物體下落時的有物體下落時的加速度都是一樣加速度都是一樣的！的！ 伽利略結(jié)論的修正推廣（合理外推）： 在科學研究中，懂得忽略 什么，有時與懂得重視什 么同等重要。 伽利略 后人在用伽利略的器材重復他的實驗時發(fā)現(xiàn):銅球 沿斜面滾下,如果斜面傾角超過5就很難準確計時。 伽利略把他的結(jié)論外推至90是需要很大勇氣的。 伽利略的勇氣： 伽利略運用最大膽的思辨彌補了經(jīng)驗材料之間的空隙，伽利略的方法是理論 和實驗相結(jié)合的方法。伽利略當之無愧的成為近代物理之父 愛因斯坦 伽利略成功驗證了自己的猜想，不僅伽

12、利略成功驗證了自己的猜想，不僅 徹底否定了亞里士多德關于落體運動的錯徹底否定了亞里士多德關于落體運動的錯 誤論斷，而且得到了落體運動的規(guī)律誤論斷，而且得到了落體運動的規(guī)律:自由自由 落體運動是勻加速直線運動。落體運動是勻加速直線運動。 伽 利 略 的 科 學 方 法 落體落體 運動運動? ? v t x t2 小球在斜面小球在斜面 上運動實驗上運動實驗 忽略空氣忽略空氣 阻力阻力 對現(xiàn)象的對現(xiàn)象的 一般觀察一般觀察 提出猜想提出猜想 邏輯邏輯(數(shù)學數(shù)學) 得出推論得出推論 通過實驗通過實驗 對推論驗證對推論驗證 修正推廣修正推廣 伽利略科學思想方法的核心：伽利略科學思想方法的核心： 把實驗和邏

13、輯推理（包括數(shù)學推演）把實驗和邏輯推理（包括數(shù)學推演） 和諧地結(jié)合起來。和諧地結(jié)合起來。 伽利略的發(fā)現(xiàn)以及他所應用的科學的推理伽利略的發(fā)現(xiàn)以及他所應用的科學的推理 方法，是人類思想史上最偉大的成就之一，而方法，是人類思想史上最偉大的成就之一，而 且標志著物理學的真正開端。且標志著物理學的真正開端。 愛因斯坦愛因斯坦 伽 利 略 科 學 方 法 十 大 最 美 麗 物 理 實 驗 伽利略科學方法的深遠影響： 伽利略創(chuàng)立近代科學時用了三個方法：實驗方法、數(shù)學方法和思想實驗方法。 在其后的200年中，自然科學迅猛發(fā)展，涌現(xiàn)出了許許多多物理學巨匠，當人 類進入20世紀時，思想實驗的方法突然被頻繁的運用起來。愛因斯坦創(chuàng)立了 相對論，當人們離開伽利略的船艙來到愛因斯坦的火車上時，關于尺縮效應、 關于同時的相對性、關于只有在高速世界里才可能發(fā)生的奇妙景象，被愛