伽利略对自由落体运动研究

1、12落体运动是司空见惯的，最早研究运动问题的大概要算古希腊学者亚里士多德了。飞鸥网飞鸥网 3亚里士多德（前亚里士多德（前384前前322年），古希腊斯年），古希腊斯吉塔拉人，世界古代史吉塔拉人，世界古代史上最伟大的哲学家、科上最伟大的哲学家、科学家和教育家之一。是学家和教育家之一。是柏拉图的学生，亚历山柏拉图的学生，亚历山大的老师。马克思曾称大的老师。马克思曾称亚里士多德是古希腊哲亚里士多德是古希腊哲学家中最博学的人物，学家中最博学的人物，恩格斯称他是古代的黑恩格斯称他是古代的黑格尔。格尔。4历史的回顾 亚里士多德亚里士多德通过对大量的物体下落的观察，直接得出结论： 观点：观点：物体越重，下落

2、越快物体越重，下落越快 方法：方法：观察观察+ +直觉直觉 由于他在学术界的崇高地位，且该结论符合生活经验，这种论断流传了近2000年。 5意大利物理学家、天文学意大利物理学家、天文学家和哲学家，近代实验科家和哲学家，近代实验科学的先驱者。其成就包括学的先驱者。其成就包括改进望远镜和其所带来的改进望远镜和其所带来的天文观测，以及支持哥白天文观测，以及支持哥白尼的日心说。当时，人们尼的日心说。当时，人们争相传颂：争相传颂：“哥伦布发现哥伦布发现了新大陆，伽利略发现了了新大陆，伽利略发现了新宇宙新宇宙”。今天，史蒂芬。今天，史蒂芬霍金说，霍金说，“自然科学的诞自然科学的诞生要归功于伽利略，他这生要

3、归功于伽利略，他这方面的功劳大概无人能及方面的功劳大概无人能及。”伽利略伽利略 1564年年-1642年年 6伽利略对亚里士多德的挑战伽利略对亚里士多德的挑战 16世纪末，意大利物理学家伽世纪末，意大利物理学家伽利略对亚里士多德论断提出了利略对亚里士多德论断提出了疑问。他在疑问。他在1638年出版的年出版的两两种新科学的对话种新科学的对话一书中对此一书中对此做出了评论，并对落体运动进做出了评论，并对落体运动进行了系统研究。行了系统研究。 让我们跟随伽利略的思路一起来探究！让我们跟随伽利略的思路一起来探究！7重的快！重的快！一样快！一样快！跨越时空的对话跨越时空的对话亚里士多德亚里士多德(Ari

4、stotle，前，前384322)伽利略伽利略(GalileoGalilei，15641642)8逻辑的力量逻辑的力量v1=8v2=4v1284v128伽利略认为：伽利略认为： 重物与轻重物与轻物应该下落得物应该下落得同样快。同样快。飞鸥网飞鸥网 9传说中的比萨斜塔实验传说中的比萨斜塔实验模拟比萨斜塔实验10那么自由落体运动有什么样的规律呢？飞鸥网飞鸥网 11猜想与假设猜想与假设伽利略相信：伽利略相信： 1、自然界是简单的，自然界的规律也是简单的。、自然界是简单的，自然界的规律也是简单的。2、落体运动一定是一种最简单的变速运动。、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。

5、它的速度应该是均匀变化的。2、vx假设：假设：1、vt推导出十分复杂的结论12困难一困难一： 瞬时速度无法直接测量： 若初速若初速v0=0，vtxt2间接验证间接验证实验验证实验验证13困难二困难二： 落体运动时间太快无法准确测量时间 为了减缓物体下落速度，伽利略设计了 著名的“冲淡重力”的斜面实验实验验证实验验证14伽利略斜面实验模拟伽利略斜面实验模拟15伽利略用铜球从斜槽的不同位置由静止下落，在伽利略手稿中记录的一组实验数据结果表示为： 伽利略发现，斜面的倾角不同，上述比例关系同样成立 只是这个常数的随着的增大而增大。时间单位12345678距离单位32130298526824119216

6、002104实验验证实验验证16小球沿斜面的运动是小球沿斜面的运动是匀加速直线运动匀加速直线运动。且斜面倾斜角越大，小球加速度越大。且斜面倾斜角越大，小球加速度越大。“冲淡重力冲淡重力”实验结论实验结论17合理外推合理外推 如果斜面倾角增大到如果斜面倾角增大到900，小球仍然保持，小球仍然保持匀加速直线运动的性质，且所有物体下落时匀加速直线运动的性质，且所有物体下落时的的加速度都是一样的加速度都是一样的！18修正和推广修正和推广 如果完全排除空气阻力，那么，如果完全排除空气阻力，那么，所有物体下落都将一样快。所有物体下落都将一样快。 在科学研究中，懂得忽略什么，有在科学研究中，懂得忽略什么，有

7、时与懂得重视什么同等重要。时与懂得重视什么同等重要。 伽利略伽利略 伽利略成功验证了自己的猜伽利略成功验证了自己的猜想，不仅彻底否定了亚里士多德想，不仅彻底否定了亚里士多德关于落体运动的错误论断，而且关于落体运动的错误论断，而且得到了落体运动的规律。得到了落体运动的规律。20伽伽利利略略的的科科学学方方法法落体落体运动运动? ?v tx t2小球在斜面小球在斜面上运动实验上运动实验忽略空气忽略空气阻力阻力对现象的对现象的一般观察一般观察提出猜想提出猜想逻辑逻辑(数学数学)得出推论得出推论通过实验通过实验对推论验证对推论验证修正推广修正推广21伽利略科学思想方法的伽利略科学思想方法的核心核心：

8、把把实验实验和和逻辑推理逻辑推理（包括数学推演）（包括数学推演）和谐地结合起来。和谐地结合起来。 伽利略的发现以及他所应用的科学的推理伽利略的发现以及他所应用的科学的推理方法，是人类思想史上最伟大的成就之一，而方法，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开端。且标志着物理学的真正开端。 爱因斯坦爱因斯坦伽伽利利略略科科学学方方法法22逐差法23判断运动情况间距相等 匀速直线运动间距成等差数列 匀变速求瞬时速度求加速度V-t图像求斜率s = aT2纸带问题综合纸带问题综合非匀变速是近似 匀变速是精确24超越伽利略 现在我们不必用斜面来“冲淡重力”，可以对落体运动精确地“计时”、“定位”，直接研究落