伽利略對(duì)自由落體運(yùn)動(dòng)的研究課件

2.6伽利略對(duì)自由落體運(yùn)動(dòng)的研究2.6伽利略對(duì)自由落體運(yùn)動(dòng)的研究一、歷史的回顧

亞里士多德通過(guò)對(duì)大量的物體自由下落的觀察（具有片面性），直接得出結(jié)論：重的物體比輕的物體下落的快，即“重快輕慢”。由于他在學(xué)術(shù)界的崇高地位，且該結(jié)論符合生活經(jīng)驗(yàn)，這種論斷流傳了近2000年。一、歷史的回顧亞里士多德通過(guò)對(duì)大量的物體自由下亞里士多德的論斷流傳了近2000年，直到16世紀(jì)，在意大利的比薩斜塔上，伽利略做了著名的兩個(gè)球同時(shí)落地的實(shí)驗(yàn)。兩個(gè)輕重不同的小球同時(shí)落地的聲音，是那樣的清脆美妙，又是那樣的震聾發(fā)聵！它動(dòng)搖了人們頭腦中的舊觀念，開(kāi)創(chuàng)了實(shí)驗(yàn)和科學(xué)推理之先河，將近代物理學(xué)以至近代科學(xué)推上了歷史的舞臺(tái)。亞里士多德的論斷流傳了近2000年，直到16世紀(jì)，在意大利重的物體下落的快！世界古代史上最偉大的哲學(xué)家，教育家，科學(xué)家,結(jié)論：重的物體比輕的物體下落快。16世紀(jì)末，伽利略用簡(jiǎn)單的反推實(shí)驗(yàn)打破了綿延2000年的錯(cuò)誤。V2=44<v12<8V12>8V1=8重物與輕物下落得同樣快！二、邏輯的力量重的物體下落的快！世界古代史上最偉大的哲學(xué)家，教育家，科學(xué)家三、猜想與假說(shuō)

伽利略認(rèn)為，自由落體是一種最簡(jiǎn)單的變速運(yùn)動(dòng)，速度應(yīng)該是均勻變化的。均勻變化的兩種可能性：一是速度隨時(shí)間均勻變化，即v與t成正比（現(xiàn)在的V=V0+at）；二是速度隨位移均勻變化，即v與x成正比（現(xiàn)在的V2-V02=2ax）。三、猜想與假說(shuō)伽利略認(rèn)為，自由落體是一種最簡(jiǎn)單的變速

但是，自由落體下落時(shí)間太短，當(dāng)時(shí)用實(shí)驗(yàn)直接驗(yàn)證有困難，伽利略采用了間接驗(yàn)證方法。他讓一個(gè)銅球從阻力很小的斜面上滾下，做了上百次實(shí)驗(yàn)。小球在斜面上運(yùn)動(dòng)加速度要比它豎直落下時(shí)小得多，所以時(shí)間容易測(cè)出。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，光滑斜面傾角不變時(shí)，從不同位置讓小球滾下，小球的位移與時(shí)間的平方之比不變（現(xiàn)在的x=1/2at2），即由此證明了小球沿光滑斜面下滑的運(yùn)動(dòng)是勻變速直線運(yùn)動(dòng)；換用不同質(zhì)量的小球重復(fù)實(shí)驗(yàn)，結(jié)論不變。

后來(lái)發(fā)現(xiàn)，如果v與x成正比（推論V2=2ax），將會(huì)導(dǎo)出十分復(fù)雜的結(jié)論。所以伽利略開(kāi)始以實(shí)驗(yàn)來(lái)檢驗(yàn)v與t成正比的猜想（現(xiàn)在的V=at）是否是真實(shí)的。四、實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證但是，自由落體下落時(shí)間太短，當(dāng)時(shí)用實(shí)驗(yàn)直五、合理外推

伽利略將上述結(jié)果做了合理外推，把斜面傾角增大到90°的情況，這時(shí)小球?qū)⒆杂上侣?，成為自由落體運(yùn)動(dòng)，伽利略認(rèn)為，這時(shí)小球仍然會(huì)保持勻加速運(yùn)動(dòng)的性質(zhì)，而且所有物體下落時(shí)的加速度都是一樣的?。ìF(xiàn)在的V=gt和h=1/2gt2）五、合理外推伽利略將上述結(jié)果做了合理外

至此，他終于成功地驗(yàn)證了原先的猜想，不但否定了亞里士多德的錯(cuò)誤論斷，而且得到了物體下落的規(guī)律。伽利略的成功，不僅在與找到了落體運(yùn)動(dòng)的規(guī)律，更重要的是開(kāi)辟了一條研究物理學(xué)的研究之路。自由落體運(yùn)動(dòng)的規(guī)律：v=gth=gt212v2=2gh至此，他終于成功地驗(yàn)證了原先的猜想，不但否定了⑴運(yùn)用“歸謬法”否定了亞里士多德關(guān)于重的物體下落快的論斷。⑵提出自由落體運(yùn)動(dòng)是一種最簡(jiǎn)單的變速運(yùn)動(dòng)——?jiǎng)蜃兯龠\(yùn)動(dòng)的假說(shuō)。⑶由于不能用實(shí)驗(yàn)直接驗(yàn)證自由落體運(yùn)動(dòng)是勻變速運(yùn)動(dòng)，伽利略采用了間接驗(yàn)證的方法：①運(yùn)用數(shù)學(xué)推導(dǎo)的方法得出初速度為零的勻變速直線運(yùn)動(dòng)符合x(chóng)∝t2。②運(yùn)用斜面實(shí)驗(yàn)測(cè)出小球沿光滑斜面向下的運(yùn)動(dòng)符合x(chóng)∝t2，是勻變速直線運(yùn)動(dòng)。③不同質(zhì)量的小球沿同一傾角的斜面運(yùn)動(dòng)，x/t２的值不變，說(shuō)明它們運(yùn)動(dòng)的情況相同。④不斷增大斜面傾角，得出x/t2的值隨之增大，說(shuō)明小球做勻變速直線運(yùn)動(dòng)的加速度隨傾角的增大而增大。⑤將斜面實(shí)驗(yàn)結(jié)果外推到斜面傾角增大到90°的情況——小球自由下落，認(rèn)為小球仍會(huì)保持勻變速直線運(yùn)動(dòng)的性質(zhì)。伽利略對(duì)自由落體運(yùn)動(dòng)的研究，開(kāi)創(chuàng)了研究自然規(guī)律的科學(xué)方法——抽象思維、數(shù)學(xué)推導(dǎo)和科學(xué)實(shí)驗(yàn)相結(jié)合，這種方法到現(xiàn)在仍然一直是物理學(xué)乃至整個(gè)自然科學(xué)最基本的研究方法，不但標(biāo)志著物理學(xué)的真正開(kāi)端，也有力地推進(jìn)了人類(lèi)科學(xué)認(rèn)識(shí)的發(fā)展，近代科學(xué)研究的大門(mén)從此打開(kāi)，并且對(duì)我們科學(xué)素質(zhì)的培養(yǎng)仍有重要的現(xiàn)實(shí)意義。怎樣領(lǐng)會(huì)伽利略的研究方法⑴運(yùn)用“歸謬法”否定了亞里士多德關(guān)于重的物體下落快的論斷

現(xiàn)代技術(shù)的發(fā)展，我們雖然不會(huì)再用伽利略的方法去研究自由落體，但是伽利略的方法，對(duì)指導(dǎo)近代科學(xué)研究仍具有現(xiàn)實(shí)意義：提出問(wèn)題大膽猜想數(shù)學(xué)推理實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證合理外推得出結(jié)論六、伽利略的科學(xué)方法現(xiàn)代技術(shù)的發(fā)展，我們雖然不會(huì)再用伽利略的方法去研究自七、超越伽利略

現(xiàn)在我們不必用斜面來(lái)“沖淡重力”，采用現(xiàn)代化的儀器設(shè)備可以對(duì)落體運(yùn)動(dòng)精確地“計(jì)時(shí)”、“定位”，直接研究落體運(yùn)動(dòng)的性質(zhì)?，F(xiàn)代研究落體運(yùn)動(dòng)的方法：

1、“自由落體頻閃照片”求加速度

2、用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器研究紙帶求出加速度

3、其它方法（測(cè)速計(jì)等）七、超越伽利略現(xiàn)在我們不必用斜面來(lái)“沖淡重力【例1】在學(xué)習(xí)物理知識(shí)的同時(shí)，還應(yīng)當(dāng)十分注意學(xué)習(xí)物理學(xué)研究問(wèn)題的思想和方法，從一定意義上說(shuō)，后一點(diǎn)甚至更重要。偉大的物理學(xué)家伽利略的研究方法對(duì)于后來(lái)的科學(xué)研究具有重大的啟蒙作用，至今仍然具有重要意義。請(qǐng)你回顧伽利略探究物體下落規(guī)律的過(guò)程，判定下列哪個(gè)過(guò)程是伽利略的探究過(guò)程（）

A.猜想—問(wèn)題—數(shù)學(xué)推理—實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證—合理外推—得出結(jié)論

B.問(wèn)題—猜想—實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證—數(shù)學(xué)推理—合理外推—得出結(jié)論

C.問(wèn)題—猜想—數(shù)學(xué)推理—實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證—合理外推—得出結(jié)論

D.猜想—問(wèn)題—實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證—數(shù)學(xué)推理—合理外推—得出結(jié)論【解析】伽利略對(duì)自由落體運(yùn)動(dòng)的研究邏輯思維：輕重物體下落應(yīng)該一樣快。提出假說(shuō)：自由落體運(yùn)動(dòng)是簡(jiǎn)單的勻變速直線運(yùn)動(dòng)。數(shù)學(xué)推理：勻變速運(yùn)動(dòng)符合x(chóng)∝t2。實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證：由斜面運(yùn)動(dòng)外推到自由落體運(yùn)動(dòng)。C【例1】在學(xué)習(xí)物理知識(shí)的同時(shí)，還應(yīng)當(dāng)十分注意學(xué)習(xí)物理學(xué)研究問(wèn)1、在某地讓一個(gè)小球從17.7m高的地方自由下落，測(cè)得小球下落到地面處所用的時(shí)間是1.9s，求此地的重力加速度和1.9s末的速度。

小球在1.9s末的速度為

解：由公式得1、在某地讓一個(gè)小球從17.7m高的地方自由下落，測(cè)得

2、一個(gè)物體從19.6m高的地方自由下落，問(wèn)經(jīng)過(guò)多長(zhǎng)時(shí)間落到地面？它落到地面時(shí)的速度是多少？

物體落地時(shí)的速度為

解：由公式得2、一個(gè)物體從19.6m高的地方自由下落，問(wèn)經(jīng)過(guò)多長(zhǎng)3、如圖所示，一個(gè)小鋼球