高一物理新课程(人教版)2.5伽利略对自由落体运动的研究

2.5伽利略对自由落体运动的研究,伽利略时代的社会背景落体运动司空见怪，在日常生活中，我们所见到的基本上都是这样的情景：重的物体下落总是比较快。比如：树上的一块石头和一片树叶同时从某一高度掉下来，一定是石头先落地。古希腊的学者们认为，物体下落的快慢是由它们的重量决定的，物体越重，下落得越快。生活在公元前四世纪的古希腊哲学家亚里士多德最早阐述了这种看法.由于亚里士多德在各方面的突出成就，在其后两千多年的时间里，人们一直信奉他的学说，将他的观点奉为经典，当时的教科书上这样写，众多学者也认同.虽然也有人表示怀疑，但教会利用他的结论，进行神化处理，所以大家都不敢对这一观点发出公开的质疑。直到文艺复兴时期，才由伽利略通过推理的方法研究下落运动的规律并发表。之后伽利略也由于他的著作而受到教会的迫害，被判处终身监禁，著作也被列为禁书。,1、运用逻辑推理方法，使亚里士多德的结论陷入矛盾之中。,伽利略首先假定亚里士多德的说法是正确的，那么大石块应该比小石块速度大，假设大石块的速度是8，小石块的速度是4，如果把两个石块绑在一起看成一个整体，那么可以得出的结论是：两块石头下落比单独一块大石头快。因为两块石头的重量之和肯定大于单独一块大石头的重量，也即两块石头一起下落时的速度应该大于8。,用绳子连在一起的两块石头毕竟仍是分开运动的，大石头运动得快，小石头运动得慢，大石头必然会被小石头“拖后腿”，使总体的运动速度小于大石头单独运动的速度，也即大石头的运动速度将会小于8。,完全矛盾,伽利略认为,只有一种可能:轻物与重物下落一样快,2、建立概念，提出猜想和假设,（2）猜想和假设自由落体运动应该是一种最简单的运动。物体的速度应该是均匀变化的。,什么是速度的均匀变化呢?,（1）建立平均速度、瞬时速度、加速度概等念,3、实验验证,（1）、数学推理：Vt，如果V0=0，,则Xt2,物体做自由落体运动的速度很快，在当时的实验条件下，是很难测量其时间，有什么方法可以使物体的速度可以慢一点又能研究匀变建直线运动的规律?,（2）测量时间困难如何解决？,让小球在倾斜的轨道上滚下倾角不要太大(冲淡重力)当时伽利略就是用这个方法他设计一个斜面实验，使物体的运动速度变慢，解决了测量的难题伽利略在一块木板上刻出一道直槽，槽内贴上羊皮纸使之平滑，用自制的水钟测量时间，探究一个光滑黄铜小球沿倾斜直槽滑下时的运动情况,伽利略根据斜面结果出发，认为在初速度为零的匀加速直线运动中，经过的距离正比于时间的平方，即X/t2=恒量，恒量的数值随着斜面倾角增大而增大当斜面倾角增大到90，即斜面与地面垂直时，小球将自由下落，成为自由落体，xt2的关系仍然成立，此时x/t2的比值为最大，这时小球仍然会保持匀变速直线运动的性质自由落体运动是一种特殊的匀变速直线运动伽利略将实验与逻辑思维相联系进行科学研究的思想，开辟了一条科学研究之路,4、合理外推,伽利略对落体运动的研究,1。提出假说：自由落体运动是一种最简单的变速运动初速度为零的匀变速直线运动,初速度为零的匀变速直线运动的物体，通过的位移与时间的平方成正比。xt2,3。实验验证：“放慢了的落体运动”斜面实验,4。合理外推：斜面倾角增大到900时，物体成为自由落体，小球仍保持匀变速直线运动的性质,小球沿光滑斜面，从静止开始的运动是匀变速直线运动。所有物体运动都相同,v=gt