1、伽利略对落体运动的研究.ppt

伽利略对自由落体运动的研究 重走大师路体验科学研究方法 刘金川 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 恩格斯称他是 最博学的人 名言 吾爱吾师 吾更爱真理 Aristotle前384 前322 老师 柏拉图学生 亚历山大 公元前4世纪的古希腊哲学家 亚里士多德 物体下落的快慢由物体的轻重决定 物体越重下落的越快 最早研究运动的人 观察 跨越时空的对话 公元前1世纪 古罗马哲学家卢克莱修虽然同意在介质中落体速度与重量成正比 但他指出真空中所有落体的速度是一样的 6世纪 基督教神学家斐罗庞努士指出 通过实验能证明亚里斯多德有关落体的观点是错的 因为从同一高度扔下重量差别很大的两个物体 它们几乎会同时落地 14世纪的艾伯特认为下落物体的快慢与下落的距离成正比 14世纪的学者 奥雷姆根据对各种运动的数学研究 提出下落物体的快慢与下落的时间成正比 下落的距离与下落时间的平方成正比 1586年 西蒙 斯台文做了铁球实验 15世纪 达芬奇提出在连续相等的时间间隔内下落物体的距离比为 亚里士多德 Aristotle 前384 322 伽利略 GalileoGalilei 1564 1642 跨越时空的对话 意大利物理学家 天文学家 伽利略 逻辑推理 实验 逻辑的力量 4 8 4 8 8 实验 据说在比萨斜塔用实验证明了这种观点 逻辑的力量 轻 重物应下落得同样快 伽利略的探索之旅 面临的首要问题 既然物体自由下落跟质量无关 那么它到底遵循什么样的规律呢 伽利略用推论否定了亚里士多德的观点后 就开始研究落体运动的性质 伽利略的探索之旅 1 伽利略相信 自然界是简单的 自然界的规律也是简单的 2 大胆的猜测 落体运动一定是一种最简单的变速运动 它的速度应该是均匀变化的 推导出十分复杂的结论 若v0 0 且v t 必有x t2 3x1 5x1 困难一 瞬时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 一些贵族 助手利用自己的脉搏测时间 怀疑者在翻阅亚里士多德的书籍 伽利略 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 结果表示为 实验验证 伽利略用铜球从斜槽的不同位置由静止下落 他手稿中记录的一组实验数据 实验结论 1 小球做初速度为零的匀加速运动2 不同质量小球 从不同高度滚动 只要斜面倾角一定 加速度都相同 3 增大斜面倾角 小球的加速度随斜面的倾角增大而增大 四 实验验证 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 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 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 修正与推广 如果完全排除空气阻力 那么 所有物体下落都将一样快 在科学研究中 懂得忽略什么 有时与懂得重视什么同等重要 伽利略 至此 他终于成功地验证了原先的猜想 不但否定了亚里士多德的错误论断 而且得到了物体下落的规律 分析 伽利略的成功 不仅在与找到了落体运动的规律 更重要的是开辟了一条物理学的研究之路 落体运动 v t x t2 小球在斜面上运动实验 忽略空气阻力 对现象的一般观察 提出猜想 逻辑 数学 得出推论 通过实验对推论验证 修正推广 伽利略的科学方法 伽利略的科学方法 核心 科学研究方法 实验 逻辑推理 Thanks a上 a下 g 1 定义 物体以初速度v0竖直向上抛出 且抛出后只在重力作用下的运动 称为竖直上抛运动 2 运动的性质 一般规定 竖直向上为正方向 初速度v0 0 加速度a g的匀减速直线运动 3 运动的规律 4 v t图像 g 竖直上抛运动 上升和下落过程完全对称 下落过程是上升的逆过程 上升过程 初速度为v0 加速度a g的匀减速运动 下降过程 初速度为0 加速度a g的匀加速运动 竖直上抛运动的处理方法 1 分段法 2 整体法 3 对称法 对全程列式 按匀减速直线计算 通常取向上为正 速度 时间都具有对称性 上升阶段 匀减速直线运动 下降阶段 自由落体运动 1 落地点在抛出点上方 正位移 2 落地点在抛出点下方 负位移 4 图像法 v0 竖直上抛运动的处理方法 例1 如图 一人站在h 60m高的阳台上将一小球以v0 20m s的初速度竖直向上抛出 不计空气阻力 g取10m s2 求 1 小球上升的最大高度 最大高度时所需时间 2 离地面高75m时 小球所经历的时间 3 小球从抛出到落地所经历的时间 例2 物体甲从离地面高度h处自由下落 同时在它正下方的地