4.伽利略与落体运动定律的发现.ppt

伽利略与落体运动定律的发现,伽利略伽利雷（15641642）他是近代实验科学的先驱者，是意大利文艺复兴后期伟大的天文学家、力学家、哲学家、物理学家、数学家,。也是近代实验物理学的开拓者，被誉为“近代科学之父”。他是为维护真理而进行不屈不挠的战士。他的工作，为牛顿的理论体系的建立奠定了基础。,一、伽利略生平,1564年2月15日，伽利略伽利雷出生在意大利西海岸比萨城一个破落的贵族之家。据说他的祖先是佛罗伦萨很有名望的医生，但是到了他的父亲这一代，家境日渐败落。,他父亲是个很有才华的作曲家，生前出版过几本牧歌和器乐作品，他的数学也很好，精通希腊文和拉丁文和英语，但是美妙的音乐不能填饱一家人的肚皮，他的数学才能也不能给他谋到一个好职位。大约在小伽利略出生不久，他父亲在离比萨城不远的佛罗伦萨开了一间卖毛织品的小铺子，这完全是迫不得已的办法。,一、伽利略生平,伽利略是凡山杜的长子，父亲对儿子寄予很大希望。他发现，小伽利略非常聪明，从小对什么事物都充满强烈的好奇心，不仅如此，这个孩子心灵手巧，他似乎永远闲不住，不是画画，就是弹琴，而且,时常给弟弟妹妹做许多灵巧的机动玩具，玩得十分开心。伽利略最初进了佛伦勃罗萨修道院的学校。在这所学校，他专心学习哲学和宗教，有段时间，小伽利略很想将来当一个献身教会的传教士。但是父亲听到这个情况后，立即把儿子带回家，他劝说伽利略去学医，这是他为儿子的未来早已设计好的一条路。,一、伽利略生平,17岁那年，伽利略进了著名的比萨大学，按照父亲的意愿，他当了医科学生。比萨大学是所古老的大学，学校图书馆藏书丰富，这很合伽利略的心意，但是伽利略对医学并没有多大兴趣，他很少上课，,一上课就对教授们教课的内容提出这样那样的疑问，使教授们难于回答，在教授们的眼里，伽利略是个很不招人喜欢的坏学生。不过，伽利略只是兴趣不在医学，他孜孜不倦地学习数学、物理学等自然科学，并且以怀疑的眼光看待那些自古以来被人们奉为经典的学说。,一、伽利略生平,、威尼斯，已发展成东西方贸易的中心，建起了商号、手工作坊和最早的银行，出现了资本主义生产关系的萌芽。加上贸易往来的发达，印刷术的发明，新思想的传播比以往任何时候都更加迅速。于是，人们对千百年来束缚思想的宗教神学和传统教条开始产生了动摇。,要知道，伽利略生活的时代，正是欧洲历史上著名的文艺复兴时代，而意大利又是文艺复兴的发源地。当时，意大利的许多大城市，如佛罗伦萨、,一、伽利略生平,眼睛亮了，仿佛发现了一个神奇无比的世界，这就是他梦寐以求的数学王国！他兴奋极了，立即找到宫廷数学家玛窦利奇，向他提出了许多百思不得其解的问题。而且他提出的问题非常有趣，充分显示出超群的智慧和深厚的学识功底。等到了玛窦利奇的高度赞赏：“啊，伽利略，你是一个天才，你会成为一个杰出的数学家的。”,当时有一个宫廷数学家叫玛窦利奇，这位青年数学家渊博的学识，严密的逻辑性，特别是他在证明数学难题时的求证方法，使伽利略深深着迷。他,一、伽利略生平,信书本的人，那些人们认为是真理的权威结论，在伽利略的脑子里常常带来意想不到的疑问，他常常为此而感到苦恼，陷入深深的思索之中。,伽利略越发刻苦钻研数学和物理学，他把从宫廷数学家那里借来的每一本书，都用心地阅读，像海绵吸水一样地吸收下来。但是，他并不是那种迷,一、伽利略生平,就在这时，父亲的铺子里越来越不景气，听说伽利略并没有按照自己的意愿学习医学，而是成天迷恋着不相干的实验，于是，严厉的父亲决定停止伽利略继续上大学，让他回家去当一个店员。,伽利略灰心极了，他离开了比萨大学回到佛罗伦萨。但是他选择的道路却是不可动摇的。,一、伽利略生平,佛罗伦萨一条不太热闹的街道，有一个门面不大、生意清淡的铺子，这就是伽利略父亲开的毛织品商店。每天，当匆匆过往的行人经过这里时，总是可以看见红头发的伽利略呆呆地坐在柜台前出神，或,者旁若无人的在那里摆弄着一些莫名其妙的东西，像秤盘呀，铁块呀，盘子呀；而更多的时候，他是埋头在书本里，他看得那样专心，就连他的父亲大声叫唤都听不见。,一、伽利略生平,自从回到家里，伽利略不得不违背自己的意愿在父亲的铺子里当一名店员，但是他的心里一时一刻也没有忘记数学和物理学。没有起码的学习条件，也没有老师可以求教，他就想方设法找到一些自然科学的,书籍，以顽强的毅力刻苦自学。他最喜欢的书是欧几里得的几何原本和阿基米德的著作。而希腊科学家欧几里得的著作，包含了丰富的数学与力学知识，特别是其中的一些物理实验，对伽利略有很大的吸引力。,一、伽利略生平,伽利略更喜欢实验，还在比萨大学时，他就动手制作了一种用单摆原理制成的“脉搏计”。可以用来测量病人的脉搏跳动的情况，很受医生的欢迎。,现在，在父亲的铺子里，谈不上实验的条件，但他仍然用一些日常的器具来做实验，尽管这样做免不了又要挨父亲的骂，他还是照干不误。,一、伽利略生平,他从阿基米德检验国王皇冠的实验中受到启发，一面重复这个实验，一面想到这种方法的用途。当时欧洲各国的航海事业正在兴起，航海业带动了造船业和机械制造，采矿、冶金的发展，反过来又向科学技术提出许多新,的问题。伽利略于是把他的注意力转向合金的物理和力学性质的研究。为此，伽利略还发明了一种比重秤，可以很方便地测定各种合金的比重。他还写了一篇论文，详细地介绍了比重秤的构造原理和使用方法。这件事，很快就在佛罗伦萨和其他城市传开了。,一、伽利略生平,1589年夏天，在佛罗伦萨的店铺里度过了4年自学生活的伽利略，由于得到宫廷数学家玛窦利奇的鼓励，特别是贵族盖特保图侯爵的推荐，他终于获得了比萨大学数学和科学教授的职位。这时，他只有25岁。,1592年，28岁的伽利略被任命为距离美丽的海滨城市威尼斯不远的帕多瓦大学的数学、科学和天文学教授。现在，伽利略可以不必为生活发愁了，他可以在完成日常教学之外，专心从事他向往的科学研究。从此，伽利略迎来了一生中的黄金时代。,一、伽利略生平,之后，伽利略在佛罗伦萨的宫廷里继续进行科学研究，但是他的天文学发现以及他的天文学著作明显的体现出了哥白尼日心说的观点。1616年开始，伽利略开始受到罗马宗教裁判所长达二十多年的残酷迫害。伽利略的,晚年生活非常悲惨，照料他的女儿赛丽斯特竟然先于他离开人世。失去爱女的过分悲伤，使伽利略双目失明。即使在这样的条件下，他依然没有放弃自己的科学研究工作。1642年1月8日，凌晨4时，为科学、为真理奋斗一生的战士，科学巨人伽利略离开了人世，享年78岁。在他离开人世的前夕，他还重复着这样一句话：“追求科学需要特殊的勇气。”,一、伽利略生平,二、落体定律的发现过程,看法。亚里士多得的论断影响深远，在其后两千多年的时间里，人们一直信奉他的学说。而且，这一学说客观上还是比较符合人们的日常生活经验的，例如从树上掉下的果实和枯叶，果实就比枯叶下落得快。,古代的学者们认为，物体下落的快慢是由它们的重量大小决定的，物体越重，下落得越快。生活在公元前4世纪的希腊哲学家亚里士多德最早阐述了这种,相传，1590年伽利略曾在比萨斜塔上做自由落体实验，将两个重量不同的球体从相同的高度同时扔下，结果两个铅球同时落地，伽利略在比萨斜塔做自由落体实验的故事，记载在他的学生维维,安尼在1654年写的伽利略生平的历史故事（1717年出版）一书中，但伽利略、比萨大学和同时代的其他人都没有关于这次实验的的记载。从所有的证据材料考察，这仅仅是一个传说而已。,1美丽的传说,但客观地说，亚里士多德的理论并不能一下子被神话般地驳倒，因为实际情况下总存在空气阻力，而在此情况下，亚里士多德理论是有一定的合理性的；如果伽利略真的当众仅表演两个重量不,的球同时下落的话，那结果则并不一定如伽利略所期望的那样。因而，用这样的方法是很难驳倒亚里士多德的落体理论的伽利略对亚里士多德的理论产生了怀疑。,1美丽的传说,比萨斜塔是举世闻名的奇观之一，它坐落于意大利比萨城大教堂前面的广场上，塔高约55米，为八层罗马式建筑，全部用白色大理石砌成，外部还饰以美丽的彩色大理石。始建于1173年，设计为垂直建造，但是在工程开。始后不久（1178年），便由于,地基不均匀和土层松软而倾斜，1372年完工，塔身倾斜向东南年建造开始一直在不断倾斜，现在每年倾斜约1毫米。而现在塔顶已偏离“自然姿势”5.3米左右。倾斜约10%，即5.5度。,1美丽的传说,由于伽利略比萨斜塔落体实验故事的广泛流传，致使一些人产生了这样的印象，似乎是伽利略从比萨斜塔上的轻轻一掷，就一举驳倒了亚里士多德的,除此之外，伽利略还用望远镜观察到太阳黑子，理论，得出了落体与其重量无关的科学结论其实，落体运动理论的建立绝非如此简单,1美丽的传说,事实上，在整个研究过程中，逻辑推理、抽象分析、数学演绎、科学假设、理想实验等理性思维方法起了决定性的作用伽利略对落体问题研究的实,际工作，是一个比斜塔落体实验曲折得多、全面得多，亦深刻得多的研究过程那么，伽利略是怎样否定亚里士多德的理论，进而发现落体运动规律的呢？,1美丽的传说,伽利略注意到在实际的物体下落运动中，轻物体确实落后于重物体，但这是由于空气的阻力造成的，他确信在没有空气的真空里所有物体下落得都会同样快为此，他设想了一个实验：他在思,想中分别用铅、金和木做了三个球，并让这三个球一起在水银、水里和空气里下落在水银里，只有金球往下落，在水里金球和铅球往下落，而金球下落得比铅球更快，在空气里所有的三个球都下落，这时金球与铅球下落速度似乎没有什么差别，只有木球下落得稍慢一些。,2发现问题,接着，伽利略又做了如下巧妙的论证：如果我们事实上发现重量不同的物体在介质中下落时，它们的速度的差别随介质的密度减小而减小，而且介质非常稀薄时这一差别非常小而不能被觉察，,于是就推知了物体在真空里下落的情况他在两门新科学中写道：“鉴于这点。我认为如果人们完全排除空气的阻力，那么，所有物体将下落得同样快。,2发现问题,亚里士多德认为：物体下落的快慢是由物体本身的重量决定的，物体越重，下落得越快。亚里士多德的理论影响了其后两千多年的人。直到物理学家伽利略在提出了相反的意见。伽利略在1636,年的两种新科学的对话中用逻辑推理的方法进行了反驳：如果亚里士多德的论断成立，即重物比轻物下落快，那么将一轻一生的两个物体拴在一起下落，快的会由于被慢的拖着而减速，慢的会由于被快的拉着而加速。因而它们的速度将介于原来的快、慢两个速度之间。可这两个物体拴在一起要比原来那个较重的物体更重。这就陷入了一个自相矛盾的境界。,3逻辑推理,伽利略认为，自由落体是一种最简单的变速运动。他设想，最简单的变速运动的速度应该是均匀变化的。但是，速度的变化怎样才算均匀呢？他考虑了两种可能：一种是速度的变化对时间来说,是均匀的，即经过相等的时间，速度的变化相等；另一种是速度的变化对位移来说是均匀的，即经过相等的位移，速度的变化相等。伽利略假设第一种方式最简单，并把这种运动叫做匀变速运动。,4提出假说,在伽利略的时代，通过直接测定瞬时速度来验证一个物体是否做匀变速运动，是不可能的，但是，伽利略应用数学推理得出结论：做初速度为零的匀变速运动的物体通过的位移s与所用时间t的,平方成正比，即（即st2）。这样，只要测出做变速运动的物体通过不同位移所用的时间，就可以验证这个物体是否在做匀变速运动。,5数学分析,伽利略是怎样推出st2的呢？他的思路大致如下：他推断初速度为零、末速度为v的匀变速运动的平均速度是v/2，然后应用这个关系得出s=vt/2。再应用v=at，就导出s=at2/2。,对于匀变速运动，有s=at2/2。即s/t2之比是常量，这样只要测s和t就可以了。,5数学分析,但物体的自由下落还是太快了，他又想到用斜面来“稀释重力”。他确信，一个沿光滑斜面滚下的小球和自由落体遵从相同的法则。而让一个小球从斜面上滚下，要比它竖直下落时慢得多，当然时间也就容易测量些。,为此，他取一根长约610厘米、宽约25.4厘米、厚约3指的小板条，中间挖出一条一指多宽的直槽，内贴上光滑的羊皮纸。同时制作一个水漏装置，将细管流出的水收集于杯中，通过在精密天平上称量以测时间。把板条斜放，倾角逐渐增大，让一个黄铜小球在直槽内滚动。,6实验验证,他发现，小球在相等的时间间隔内相继通过的距离成1：3：5：7的比例，即小球通过的总距离与1、1+3、1+3+5、1+3+5+7成正比，即与12、22、32、42成正比。他说：“这样的实验重复做了整整一百次，我们发现，铜球所经过的各种距离总是同所用时间的平方成比例，这对于铜球沿之滚动的各种斜度都成立”。,6实验验证,实验结果表明，光滑斜面的倾角保持不变，从不同位置让小球滚下，小球通过的位移跟所用时间的平方之比是不变的，即位移与时间的平方呈正比。由此证明了小球沿光滑斜面向下的运动是匀,变速直线运动，换用不同质量的小球重复上述实验，位移跟所用时间的平方的比值仍不变，这说明不同质量的小球沿同一倾角的斜面所做的匀变速直线运动的情况是相同的。,6实验验证,当斜面的倾角固定时，测得在斜面上滚过的距离s跟所用的时间的平方t2之比为一常数，即st2。当改变倾角时，这一结论仍然成立。而当倾角为90度时，即为自由落体运动。则自由落体运动有：st2，vt。,6实验验证,伽利略根据以上实验结果，推测斜面运动和落体运动的速度也一定与时间成简单的正比关系，即vt，是加速度不变的运动。他还用积分学初步思想证明，从静止开始的匀加速,6实验验证,运动中，运动物体所走过的距离是它若以最后速度一直进行匀速运动走过距离的一半。用现代数学公式表示就是：s=at2/2,对自由落体运动就是h=gt2/2。,伽利略最初把主要精力放在他一直感兴趣的力学研究方面，他发现了物理上重要的现象物体运动的惯性；做过有名的斜面实验，发现了自由落体运动定律等。他还研究了炮弹,的运动，奠定了抛物线理论的基础；关于加速度这个概念，也是他第一个明确提出的：甚至为了测量病人发烧时体温的升高，这位著名的物理学家还在1593年发明了第一支空气温度计，以及脉搏计,三、伽利略的主要成就,伽利略是第一个把实验引进力学的科学家，他利用实验和数学相结合的方法确定了一些重要的力学定律。1582年前后，他经过长久的实验观察和数学推算，得到了摆的等时性定,律。接着在1585年因家庭经济困难辍学。离开比萨大学期间，他深入研究古希腊学者欧几里得、阿基米德等人的著作。他根据杠杆原理和浮力原理写出了第一篇题为天平的论文。不久又写了论文论重力，第一次揭示了重力和重心的实质并给出准确的数学表达式，因此声名大振。,1力学方面,伽利略对亚里士多德的许多观点提出质疑。首当其冲地就是亚里士多德的“落体运动法则”。在15891591年间，伽利略对落体运动作了细致的观察。,从实验和理论上否定了统治千余年的亚里士多德关于“落体运动法则”确立了正确的“自由落体定律”，即在忽略空气阻力条件下，重量不同的球在下落时同时落地，下落的速度与重量无关。,1力学方面,伽利略对亚里士多德的许多观点提出质疑。首当其冲地就是亚里士多德的“落体运动法则”。在15891591年间，伽利略对落体运动作了细致的观察。,从实验和理论上否定了统治千余年的亚里士多德关于“落体运动法则”确立了正确的“自由落体定律”，即在忽略空气阻力条件下，重量不同的球在下落时同时落地，下落的速度与重量无关。,1力学方面,在伽利略之前的好几个世纪中，等时性早已为阿拉伯人所熟知，但以严谨的科学态度去研究这一现象的科学家还是首推伽利略。他指出摆的周期并不取决于摆线上悬挂物的多少，而只取决于摆线长度的平方根。如果不考虑阻力的影响，悬挂在等长线上的一个软木球或一个铅球的摆动规律是相同的。,现在人们公认伽利略发现了摆的等时性原理，那是他在比萨的教堂中观察吊灯摆动现象时引发的结论。按照等时性原理，如果摆的振幅较小，那么摆动的周期同摆动的振幅无关。尽管,1力学方面,吊灯，他发现，尽管不同的吊灯摆动的幅度不同，吊灯摆一个来回的时间，不管圆弧大小，总是一样的。伽利略的脑子里翻腾开了，他想，书本上明明写着这样的结论，摆经过一个短弧要比经过长弧快些，这是古希腊哲学家亚里士多德的说法，谁也没有怀疑过。难道是自己的眼睛出了毛病，还是怎么回事。,有一次，伽利略来到他熟悉的比萨大教堂，他看到教堂大厅中央的一排吊灯像钟摆一样在晃动，这本来是件很平常的事。可是，伽利略却像触了电一样，目不转睛地跟踪着摆动的,1力学方面,他像发了狂似的跑回大学宿舍，关起门来重复做这个试验。他找了不同长度的绳子、铁链，还有不知从哪里搞到的铁球、木球。在房顶上，在窗外的树枝上，着迷地一,次又一次重复，用沙漏记下摆动的时间。最后，伽利略不得不大胆地得出这样的结论：亚里士多德的结论是错误的，决定摆动周期的，是绳子的长度，和它末端的物体重量没有关系。而且，相同长度的摆绳，振动的周期是一样的。这，就是伽利略发现的摆的运动规律。,1力学方面,他从阿基米德检验国王皇冠的实验中受到启发，一面重复这个实验，一面想到这种方法的用途。当时欧洲各国的航海事业正在兴起，航海业带动了造船业和机械制造，采矿、冶金的发展，反过来又向科学技,术提出许多新的问题。伽利略于是把他的注意力转向合金的物理和力学性质的研究，不久，他通过测定物体在水中的重量发现，物体投入水中减轻的重量，刚好等于它排开的水的重量。在这个重大发现的基础上，伽利略发明了一种比重秤，可以很方便地测定各种合金的比重。,1力学方面,伽利略对运动基本概念，包括重心、速度、加速度等都作了详尽研究并给出了严格的数学表达式。尤其是加速度概念的提出，在力学史上是一个里程碑。有了加速度的概念，力学,中的动力学部分才能建立在科学基础之上，而在伽利略之前，只有静力学部分有定量的描述。伽利略曾非正式地提出过惯性定律（见牛顿运动定律）和外力作用下物体的运动规律，这为牛顿正式提出运动第一、第二定律奠定了基础。在经典力学的创立上，伽利略可说是牛顿的先驱。,1力学方面,伽利略还提出过合力定律，抛射体运动规律，并确立了伽利略相对性原理.伽利略在力学方面的贡献是多方面的。这在他晚年写出的力学著作关于两门新科学的谈话和数学证明,中有详细的描述。在这本不朽著作中，除动力学外，还有不少关于材料力学的内容。例如，他阐述了关于梁的弯曲试验和理论分析，正确地断定梁的抗弯能力和几何尺寸的力学相似关系。他指出，对长度相似的圆柱形梁，抗弯力矩和半径立方成比例。,1力学方面,伽利略还分析过受集中载荷的简支梁，正确指出最大弯矩在载荷下，且与它到两支点的距离之积成比例。伽利略还对梁弯曲理论用于实践所应注意的问题进行了分析，指出工程结,构的尺寸不能过大，因为它们会在自身重量作用下发生破坏。他根据实验得出，动物形体尺寸减小时，躯体的强度并不按比例减小。他说：“一只小狗也许可以在它背上驮两三只同样大小的狗，但我相信一匹马也许连一匹和它同样大小的马也驮不起。”,1力学方面,他是利用望远镜观测天体取得大量成果的第一位科学家。这些成果包括：发现月球表面凹凸不平，木星有四个卫星（现称伽利略卫星），太阳黑子和,太阳的自转，金星、木星的盈亏现象以及银河由无数恒星组成等。他用实验证实了哥白尼的“地动说”，彻底否定了统治千余年的亚里士多德和托勒密的“天动说”。,2天文学方面,伽利略改变了研究方向。他从力学和物理学的研究转向广漠无垠的茫茫太空是缘于一个偶然的事件。原来，1609年6月，伽利略听到一个消息，说是荷兰有个眼镜商人利帕希在一偶尔的发现中，用一种镜片,看见了远处肉眼看不见的东西。“这难道不正是我需要的千里眼吗？”伽利略非常高兴。不久，伽利略的一个学生从巴黎来信，进一步证实这个消息的准确性，信中说尽管不知道利帕希是怎样做的，但是这个眼镜商人肯定是制造了一个镜管，用它可以使物体放大许多倍。,2天文学方面,伽利略把来信翻来覆去看了好几遍，急忙跑进他的实验室。开始画出一张又一张透镜成像的示意图，并用凸透镜和凹透镜进行搭配组合。整一个通宵，伽利略终于明白，,把凸透镜和凹透镜放在一个适当的距离，遥远的肉眼看不见的物体经过放大也能看清了。伽利略非常高兴。他顾不上休息，立即动手磨制镜片，这是一项很费时间又需要细心的活儿。他一连干了好几天，磨制出一对对凸透镜和凹透镜，然后又制作了一个精巧的可以滑动的双层金属管。现在，该试验一下他的发明了。,2天文学方面,伽利略发明的望远镜，经过不断改进，放大率提高到30倍以上，能把实物放大1000倍。现在，他犹如有了千里眼，可以窥探宇宙的秘密了。,这是天文学研究中具有划时代意义的一次革命，几千年来天文学家单靠肉眼观察日月星辰的时代结束了，代之而起的是光学望远镜，有了这种有力的武器，近代天文学的大门被打开了。,2天文学方面,伽利略的望远镜揭开了一个又一个宇宙的秘密，他发现了木星周围环绕着它运动的卫星，还计算了它们的运行周期。,除此之外，伽利略还用望远镜观察到太阳黑子，他通过黑子的移动现象推断，太阳也是在转动的。一个又一个振奋人心的发现，促使伽利略动笔写一本最新的天文学发现的书，他要向全世界公布他的观测结果。1610年3月，伽利略的著作星际使者在威尼斯出版，立即在欧洲引起轰动。,2天文学方面,最早的温度计是在1593年伽利略发明的。他的第一只温度计是一根一端敞口的玻璃管，另一端带有核桃大的玻璃泡。使用时先给玻璃泡加热，然后把玻璃管插入水中。随着温度的变化，玻璃管中的水面就会,上下移动，根据移动的多少就可以判定温度的变化和温度的高低。温度计有热胀冷缩的作用所以这种温度计，受外界大气压强等环境因素的影响较大，所以测量误差较大。后来伽利略的学生和其他科学家，在这个基础上反复改进，如把玻璃管倒过来，把液体放在管内，把玻璃管封闭等。,3热学方面,伽利略一生坚持与唯心论和教会的经院哲学作斗争,主张用具体的实验来认识自然规律,认为经验是理论知识的源泉。他不承认世界上有绝对真理和掌握真理的绝对权威，反对,盲目迷信。他承认物质的客观性、多样性和宇宙的无限性，这些观点对发展唯物主义的哲学具有重要的意义。但由于历史的局限性，他强调只有可归纳为数量特征的物质属性才是客观存在的。,4哲学方面,伽利略因为支持日心说入狱后，“放弃”了日心说，他说，考虑到种种阻碍，两点之间最短的不一定是直线，正是因为他有这样的思想，,暂时的放弃换得永远的支持，没有像布鲁诺那样去为科学的真理而牺牲，但却可以为科学继续贡献自己的力量。,4哲学方面,四、伽利略的科学思想方法,伽利略对运动的研究，创造了一套对近代科学的发展很有效、很具体的程序。这个程序由下列环节构成：对现象的一般观察一提出假设一运用数学和逻辑的手段得出推论一通,过物理的或思想的实验对推论进行检验一对假设进行修正和推广等等。例如在自由落体运动的研究中，他先提出速度增量正比于通过距离的假设，经过简单的推理就否定了这一假设。,四、伽利略的科学思想方法,然后又提出速度增量正比于时间间隔的假设，因为无法用实验直接检验这一假设，因此他由这一假设推导出距离与时间的关系，再用实验来验证这个关系，最后把由斜面实,验证实了的这一结论推广到自由下落的情形。伽利略实质上使用了把实验和理论和谐地结合起来的方法，从而有力地推进了人类科学认识活动的发展。,四、伽利略的科学思想方法,伽利略在科学方法上的重要贡献是把实验事实和抽象思维相结合，把实验方法与数学方法、逻辑论证相结合。例如，为了说明惯性，他曾设计一个无摩擦的理想实验。,四、伽利略的科学思想方法,伽利略设计的实验虽是想象中的，但却是建立在可靠的事实的基础上。把研究的事物理想化，就可以更加突出事物的主要特征，化繁为简，容易于认识其规律。伽利略的这一自然科学新方法，有力地促进物理学的发展，他因此被誉为是“经典物理学的奠基人”。,四、伽利略的科学思想方法,伽利略的科学发现，不仅在物理学史上而且在整个科学中上都占有极其重要的地位。他不仅纠正了统治欧洲近两千年的亚里士多德的错误观点，更创立了研究自然科学的新方法。,伽利略在总结自己的科学研究方法时说过，“这是第一次为新的方法打开了大门，这种将带来大量奇妙成果的新方法，在未来的年代里，会博得许多人的重视。”爱因斯坦曾这样评价：“伽利略的发现，以及他所用的科学推理方法，是人类思想史上最伟大的成就之一，而且标志着物理学的真正的开端！”,1615年冬季的一天，天气寒冷异常，天空笼罩着阴沉的乌云，伽利略孤身一人来到罗马。5年前的1610年，伽利略告别了帕多瓦大学，回到佛罗伦萨，担任了托斯坎尼公国的宫廷数学家和哲学家，兼任比萨大学的数学教,授。也就在这年，他曾经访问过罗马，受到热情的接待和规格很高的礼遇。他在天文学上一系列新发现和望远镜的发明，受到罗马教皇保罗五世的重视，罗马的贵族和科学家也以结识他而感到荣耀。可是，仅仅事隔5年，罗马的脸孔完全变了，没有鲜花和笑脸，到处是冷漠的没有表情的面孔，连熟悉的人也像躲避瘟疫似地离他远远的。,五、伽利略悲惨的晚年,原来这一次，伽利略的名字上了罗马宗教裁判所的黑名单，他是被臭名昭著的宗教裁判所传讯到罗马来接受对他的审讯的。长期以来，为了巩固封建统治的秩序，神权统治的欧洲，,用神学代替了科学，用野蛮代替了自由。神学家们荒诞地宣称，宇宙是一个充满“各种等级的天使和一个套着一个的水晶球”，而静止不动的地球就居于这些水晶球的中心。他们推崇古希腊天文学家托勒密的“地球是宇宙中心”的学说，因为在神学家看来，太阳是围绕地球运转的，因为上帝创造太阳的目的，就是要照亮地球，施恩于人类。这是永恒不变、颠扑不破的真理。,五、伽利略悲惨的晚年,为了维护这个荒谬的理论，天主教会的宗教裁判所不惜用恐怖的暴力对付一切敢于提出异议的人们。1327年，意大利天文学家采科达斯科里活活被烧死，他的罪名只不过说了地球是,球状，在另一个半球上也有人类居住，却因违背圣经的教义惨遭迫害。1600年2月17日，意大利哲学家布鲁诺，在罗马百花广场被活活烧死，也是因为他到处宣传了哥白尼的学说，动摇了地球中心说。,五、伽利略悲惨的晚年,伽利略是布鲁诺的同时代人，早在帕多瓦大学执教时，他就读过哥白尼的著作试论天球运行的假说(即天球运行论)。这位杰出的波兰天文学家在这本书中大胆地提出太阳是太阳系的中心，地球和其他行星都,围绕着太阳运转的理论，即太阳中心说，一开始就引起伽利略的极大兴趣。但是伽利略是个科学态度十分严肃的学者，他想，过去都说是太阳围着地球运转，哥白尼却提出相反的看法，到底哪一个正确呢？伽利略没有轻率地下结论，他决定用自己的望远镜来证实谁是谁非。,五、伽利略悲惨的晚年,当伽利略的著作星际使者出版时，他已是一个哥白尼学说坚定的支持者了。伽利略通过自己的观测和研究，逐渐认识到哥白尼的学说是正确的，而托勒密的地球中心说是错误,的，亚里士多德的许多观点也是站不住脚的。伽利略不仅发表了批驳亚里士多德的论文，还通过书信毫不掩饰地支持哥白尼的学说，甚至把信件的副本直接寄给罗马教会。在伽利略看来，科学家的良心就是追随真理。,五、伽利略悲惨的晚年,但是，罗马教廷是决不会放过伽利略的，他们先是对伽利略发出措辞严厉的警告，继而把他召到罗马进行审讯。1616年2月，宗教裁判所宣布，不许伽利略再宣传哥白尼的学说，无论是,讲课或写作，都不得再把哥白尼学说说成是真理。伽利略不会忘记，16年前布鲁诺就是被这些披着黑色道袍、道貌岸然的上帝的卫道士活活烧死的。他如果敢于反抗，下场绝不会比布鲁诺更好。在教会的威胁下，伽利略被迫作了放弃哥白尼学说的声明。他怀着极其痛苦的心情回到佛罗伦萨，在沉默中度过了好些年。,五、伽利略悲惨的晚年,但是伽利略的内心深处并没有放弃哥白尼学说，相反，继续不断的观测和深入研究，使他更加坚信哥白尼学说是完全正确的科学理论。在佛罗伦萨郊外的锡尼别墅里，伽利略过着与世,隔绝的生活，他的身体大不如前，病魔在残酷地折磨他，但是他依然念念不忘宣传哥白尼的学说。经过长久的酝酿构思，用了差不多5年时间，一部伟大的著作关于两种世界体系的对话终于诞生了。,五、伽利略悲惨的晚年,关于两种世界体系的对话表面上是以三个人对话的形式，客观地讨论托勒密的地心说与哥白尼的日心说，对谁是谁非进行没有偏见的探讨。但是当这本书好不容易在1632年2月出,版时，细心的读者不难看出，这本书以充分的论据和大量无可争辩的事实，有力地批判了亚里士多德和托勒密的错误理论，科学地论证哥白尼的日心说，宣告了宗教神学的彻底破产。,五、伽利略悲惨的晚年,教会嗅出了这本书包含的可怕思想，从字里行间流露出来的大胆结论使神学家们感到极大恐慌。那些早就对伽利略心怀不满的学术骗子立即和教会勾结，罗织罪名，阴谋策划，为迫害伽利略大造舆论。,1632年8月，罗马宗教裁判所下令禁止这本书出售，并且由罗马教皇指名组织一个专门委员会对这本书进行审查。伽利略预感到大祸临头，果然，到了10月，他接到了宗教裁判所要他去罗马接受审讯的一纸公文。,五、伽利略悲惨的晚年,在罗马宗教裁判所充满血腥和恐怖的法庭上，真理遭到谬误的否决，科学受到神权的审判。那些满脸杀机的教会法官们，用火刑威胁伽利略放弃自己的信仰，否则就要对他处以极刑。,年迈多病的伽利略绝望了，他知道，真理是不可能用暴力扑灭的。尽管他可以声明放弃哥白尼学说，但是宇宙天体之间的秩序是谁也无法更改的。在审讯和刑法的折磨下，伽利略被迫在法庭上当众表示忏悔，同意放弃哥白尼学说，并且在判决书上签了字。,五、伽利略悲惨的晚年,我现在宣布并发誓说：地球并不环绕太阳而运行”就这样，伽利略以放弃哥白尼学说换取了宗教裁判所的“宽恕”，判词最后宣布：用公开的命令禁止对话一书，把伽利略关入监狱，并要他“在三年内每周读七个忏悔圣歌一次”。,五、伽利略悲惨的晚年,伽利略被逼当众诵读了悔过书：“我以我双手所按的圣福音书为誓，我摈弃并憎恶我过去的异端邪说，我忏悔并承认，我的错误是由于求名的野心和纯然无知,伽利略的晚年是非常悲惨的。这位揭开了宇宙秘密的科学家，1637年双目完全失明，陷入无边的黑暗之中。他唯一的亲人小女儿玛俐亚先他离开人间，这给他的打击是很大的。但是，即使这样，伽利略仍旧没有失去,探索真理的勇气。1638年，他的一部关于两门新科学的讨论在朋友帮助下得以在荷兰出版，这本书是伽利略长期对物理学研究的系统总结，也是现代物理的第一部伟大著作。后来，宗教裁判所对他的监视有所放宽，他的几个学生，其中包括托里拆利来到老人身边，照料他，同时也是向他请教。他们又可以愉快地在一起讨论科学发明了。,五、伽利略悲惨的晚年,1642年1月8日，78岁的伽利略停止了呼吸。但是他毕生捍卫的真理却与世长存。具有讽刺意味的是，300多年后的今天，1979年11月，在世界主教会议上，罗马教皇提出重新审理“伽利略案件”。为此，世界著名科学家,组成了一个审查委员会，负责重新审理这一冤案。其实，哪里还用得着审理什么呢？宇宙飞船在太空飞行，人类的足印深深地留在月球的表面，人造卫星的上天，宇宙测探器飞出太阳系发回的电波所有这些现代科学技术的进步，早已宣告了宗教神学的彻底破产，人类将永远记住伽利略这个光辉夺目的名字。,五、伽利略悲惨的晚年,伽利略的科学发现，不仅在物理学史上而且在整个科学中上都占有极其重要的地位。他不仅纠正了统治欧洲近两千年的亚里士多德的错误观点，更创立了研究自然科学的新方法。伽利略在总结自己的科学研究方法时说,过，“这是第一次为新的方法打开了大门，这种将带来大量奇妙成果的新方法，在未来的年代里，会博得许多人的重视。”,五、伽利略悲惨的晚年,后来，惠更斯继续了伽利略的研究工作，他导出了单摆的周期公式和向心加速度的数学表达式。牛顿在系统地总结了伽利略、惠更斯等人的工作后，得到了万有引力定律和牛顿运动三定律。伽利略留给后人的精神财富是宝贵的。,爱因斯坦曾这样评价：“伽利略的发现，以及他所用的科学推理方法，是人类思想史上最伟大的成就之一，而且标志着物理学的真正的开端！”,五、伽利略悲惨的晚年,伽利略1564年生于意大利的比萨城，就在著名的比萨斜塔旁边。他的父亲是个破产贵族。当伽利略来到人世时，他的家庭已经很穷了。,17岁那一年，伽利略考进了比萨大学。在大学里，伽利略不仅努力学习，而且喜欢向老师提出问题。哪怕是人们司空见惯、习以为常的一些现象，他也要打破砂锅问到底，弄个一清二楚。从而也给我们留下了许多妙趣横生的故事。,趣闻轶事,写了一篇论文，题目为固体的重心。此时，21岁的伽利略已经名闻全国，人们称他为“当代的阿基米德”。在他25岁那年，比萨大学破例聘他当了数学教授。,家庭生活的贫困，使伽利略不得不提前离开大学。失学后，伽利略仍旧在家里刻苦钻研数学。由于他的不断努力，在数学的研究中取得了优异的成绩。同时，他还发明了一种比重秤，,1失学了就努力自学,弃了要他做布商的念头，将他送进比萨大学。在大学里，伽利略非但勤学，而且仍然保持善于观察事物的好习惯，别人司空见惯、习以为常的现像，他却要问一个为什么，并能从中领悟出新奇的东西。,伽利略在幼年时，就很爱动脑筋，善于留心观察事物。在学校里，伽利略勤奋刻苦，他很快学会了拉丁文、希腊文、哲学，就连图画和音乐，他也学得很好。父亲看到这种情况，就放,2眼睛盯着天花板,有规律地摇摆着。这时他突然感觉到：“这灯在摇动时的距离虽然不相等，可是它所需要的时间或许是相等的。”于是他马上按着自己的脉搏，口中默默数着数儿，经过多次验证，得知灯左右摇摆一次所需要的时间是相等的。后来，伽利略把这种摇摆特性称为：“摇摆的等时性”定律。,有一天晚上，他静坐在比萨教堂里，看到悬挂在教堂中央上空的吊灯，被教堂一边敞开的窗子吹进的风刮得左右摇摆。他赶紧把窗关上，心想，这样，灯马上就不会动了，可是灯仍然,2眼睛盯着天花板,造了钟表，发明了天文钟。在他双目失明、遭受教会迫害幽禁，已经风烛残年的最后日子里，还在利用他50年前发现的定律，研究利用摆锤测量时间。,这个灯在教堂里不知摇摆了多少年，而看见的人也不知有几千几万，谁也没有发现什么秘密，然而，伽利略却因此开发思路。他利用他发现的定律，造了一个适当长度的摆锤，用来测量脉搏的速度和均一性。后来，又制,2眼睛盯着天花板,年轻的伽利略根据自己的经验推理，大胆地对亚里士多德的学说提出了疑问。经过深思熟虑，他决定亲自动手做一次实验。他选择了比萨斜塔作实验场。这一天，他带了两个大小一样但重量不等的铁球，一个重10磅，是实心的；另一个重1磅，是空心的。伽利略站在比萨斜塔上面，望着塔下。,在伽利略之前，古希腊的亚里士多德认为，物体下落的快慢是不一样的。它的下落速度和它的重量成正比，物体越重，下落的速度越快。比如说，10千克重的物体，下落的速度要比1千克重的物体快10倍。,3举世闻名的落体实验,要落下去了。”说完，他把两手同时张开。人们看到，两个铁球平行下落，几乎同时落到了地面上。所有的人都目瞪口呆了。伽利略的试验，揭开了落体运动的秘密，推翻了亚里士多德的学说。这个实验在物理学的发展史上具有划时代的重要意义。,塔下面站满了前来观看的人，大家议论纷纷。有人讽刺说：“这个小伙子的神经一定是有病了！亚里士多德的理论不会有错的！”实验开始了，伽利略两手各拿一个铁球，大声喊道：“下面的人们，你们看清楚，铁球就,3举世闻名的落体实验,伽利略很早就相信哥白尼的“日心说”。1608年6月的一天，伽利略找来一段空管子，一头嵌了一片凸面镜，另一头嵌了一片凹面镜，做成了世界上第一个小天文望远镜。,哥白尼是波兰杰出的天文学家，他经过40年的天文观测，提出了“日心说”的理论。他认为宇宙的中心是太阳，而不是地球。地球是一个普通的行星，它在自转的同时还环绕太阳公转。,4制成了第一架望远镜,镜往远处再看时，一条船正从远处向岸边驶来。实践证明，它可以放大8倍。伽利略不断地改进和制造着，最后，他的望远镜可以将原物放大32倍。,实验证明，它可以把原来的物体放大3倍。伽利略没有满足，他进一步改进，又做了一个。他带着这个望远镜跑到海边，只见茫茫大海波涛翻滚，看不见一条船。可是，当他拿起望远,4制成了第一架望远镜,。他还发现，太阳里面有黑斑，这些黑斑的位置在不断地变化。因此他断定，太阳本身也在自转。伽利略埋头观察，以无可辩驳的事实，证明