伽利略對自由落體運動的研(精)

伽利略對自由落體運動的研究保靖民族中學(xué)劉旸伽利略對自由落體運動的爭論保靖民族中學(xué)劉旸一、關(guān)于落體運動的兩種觀點〔一〕亞里士多德的觀點〔二〕伽利略的觀點(一)亞里士多德簡介

亞里士多德〔Aristotle,前384——前322年〕是古希臘斯吉塔拉人，著名的哲學(xué)家、科學(xué)家、教育家。

亞里斯多德一生勤奮治學(xué)，從事的學(xué)術(shù)爭論涉及到規(guī)律學(xué)、修辭學(xué)、物理學(xué)、生物學(xué)、教育學(xué)、心理學(xué)、政治學(xué)、經(jīng)濟學(xué)、美學(xué)等，寫下了大量的著作，主要有：《工具論》、《形而上學(xué)》、《政治學(xué)》等。亞里士多德認為：物體下落快慢由物體重力打算。即：物體越重,下落越快.亞里士多德對落體運動的思考正確嗎？由于亞里士多德觀點符合日常生活，所以連續(xù)了兩千多年?！捕迟だ院喗橘だ浴?564—1642〕—意大利物理學(xué)家、天文學(xué)家、數(shù)學(xué)家。伽利略可能比任何其他的人更有資格稱為近代科學(xué)的奠基人。伽利略支持哥白尼理論〔即行星繞太陽公轉(zhuǎn)〕。

1642年，出版《兩種新科學(xué)》的書，甚至比支持哥白尼更進一步，成為現(xiàn)代物理學(xué)的起源。假設(shè)亞里士多德正確〔重的物體下落得快〕V1v?V1、反對亞里士多德的觀點假設(shè)大石塊V1=8m/s,小石塊v=4m/s.那么將兩石塊用線連在一起，速度V應(yīng)當(dāng)是多少？V1v?V結(jié)論2：假設(shè)把大石頭和小石頭捆在一起，單獨下落慢的小石頭就會拖慢單獨下落快的大石頭，最終其下落速度比大石頭慢。8m/s>V>4m/s.結(jié)論1：假設(shè)把大石頭和小石頭捆在一起，其所受的重力肯定比其中任一石塊大，其下落速度比任一石塊快。V>8m/s.這兩個結(jié)論能同時成立嗎？2、試驗：比薩斜塔試驗伽利略還在比薩斜塔做過落體試驗：在塔頂，他同時釋放兩個鉛球，一個輕，一個重，最終兩個鉛球同時落地。這個試驗有力地反對了亞里士多德的觀點。輕重不同的物體下落一樣快二、伽利略的猜測和假設(shè)1、伽利略爭論落體運動首先應(yīng)當(dāng)解決的問題建立描述運動所需要的概念：時間、位移、瞬時速度、平均速度、加速度2、伽利略的猜測〔1〕落體運動應(yīng)當(dāng)是簡潔的運動〔2〕速度應(yīng)當(dāng)是均勻變化的v∝xv∝t首先，在理論上否認了v∝x。由于假設(shè)v∝x，將會推出特別簡單的結(jié)論。一種是速度v的變化對位移x來說是均勻的，即v∝x.例如：每下落1m,速度的變化量都是2m/s。一種是速度v的變化對時間t來說是均勻的，即v∝t.例如：每過1s,速度的變化量都是2m/s；困難一：怎樣直接測定瞬時速度？方法：不測v!通過數(shù)學(xué)運算得出結(jié)論：假設(shè)速度v的變化對時間t來說是均勻的，則位移就與所用時間的二次方成正比,即x∝t2〔學(xué)過前面的幾節(jié)，我們也能進展這樣的數(shù)學(xué)推算了〕，這樣，只要測出物體通過不同位移及所用的時間,看是否滿足x∝t2就可以驗證了。困難二：落體下落得很快，當(dāng)時只能靠滴水方法計時，這樣的計時工具是不能測量自由落體運動所用的時間的。奇妙的方法：“沖淡重力”，即讓銅球沿阻力很小的斜面滾下，運動時間變長，易于測量時間了。試驗驗證的內(nèi)容和結(jié)果：〔1〕斜面傾角肯定，轉(zhuǎn)變銅球質(zhì)量和斜面高度。結(jié)果：確實是勻加速運動，斜面傾角肯定時，且加速度不變。加速度與物體的質(zhì)量無關(guān)，只與斜面傾角有關(guān)。〔2〕銅球質(zhì)量和斜面高度不變，不斷增大斜面傾角。

結(jié)果：加速度增大。合理的外推：當(dāng)傾角增大到90°時，就是自由落體了，因此自由落體是勻加速運動，而且全部物體下落時的加速度都是一樣的！伽利略的規(guī)律和試驗使人鄙視！小結(jié)：伽利略爭論自由落體運動的幾個重要步驟是：〔1〕通過抱負試驗的方法揭露了重物下落快的錯誤；〔2〕從“自由落體運動應(yīng)當(dāng)是最簡潔的”生疏動身，猜測v∝x和v∝t兩種可能性，但經(jīng)過推理判定v∝x不正確；〔3〕從規(guī)律推理得出檢驗x∝t即是檢驗x∝t2〔4〕奇妙設(shè)計斜面試驗檢驗x∝t2如何解釋常見到的較重的物體下落得比較快的現(xiàn)象？解釋：空氣阻力的影響不同。伽利略在《兩種新科學(xué)的對話》一書中寫道：“假設(shè)完全排解空氣的阻力，那么，全部物體將下落得同樣快?！彼厥庵赋觯涸诳茖W(xué)爭論中，懂得無視什么，有時與懂得重視什么同等重要。結(jié)論：物體下落的快慢與質(zhì)量無關(guān)。那么，實際生活中為什么蘋果要比樹葉下落得快？即：影響物體下落快慢的因素是什么？4、觀看與思考：〔1〕牛頓管中有空氣現(xiàn)象：金屬片快，羽毛慢現(xiàn)象：金屬片和羽毛一樣快〔2〕牛頓管中沒有空氣結(jié)果分析：影響羽毛和金屬片下落快慢的緣由？空氣阻力1971年，阿波羅飛船登上無大氣的月球后，宇航員特地做了使羽毛和重錘從同一高度同時釋放的試驗，很多觀眾從熒屏上看到，它們并排下落，同時落到月球外表。輕重不同的物體下落一樣快〔3〕阿波羅登月試驗結(jié)論1：無視空氣阻力，輕重不同的物體下落快慢是的。結(jié)論2：影響物體下落