伽利略对自由落体运动的研究-2

伽利略对自由落体运动的研究教学目标了解伽利略研究自由落体运动的科学方法和巧妙的实验构思；了解伽利略研究自由落体运动的探究历史；通过学习伽利略对自由落体运动的研究，培养学生热爱科学、勇于探索、坚持真理的高尚情操。教学重点通过重现重大发现的历史过程，让学生亲临其境探究伽利略对自由落体运动研究的实验，学习其科学思维方法和巧妙的实验构思。教学难点当无法验证自由落体运动是初速度为零的匀加速直线运动时，如何引导学生巧妙设计斜面实验间接验证；引导学生在实验过程中怎样进行合理猜想、数学推理、合理外推等重要方法。

绵延两千年的错误亚里士多德通过大量的物体自由下落的观察，直接得出结论：重的物体比轻的物体下落的快，即“重快轻慢”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年研究方法：观察——思考（直觉）

亚里士多德跨越时空的对话重的快！一样快！亚里士多德(Aristotle，前384—前322)伽利略(GalileoGalilei，1564—1642)亚里士多德他是位伟大的哲学家，他的著作经过阿拉伯的途径传入西方，称为神秘的异端他的著作被翻译成了拉丁语，其中有他写过的《动物学》《形而上学》《物理学》，1225年，巴黎大学正式把他的著作列为必读书籍他的哲学比柏拉图的哲学要更合乎科学，但与文艺复兴时期的新知识相抵触，在许多年代中阻挡着科学思想的解放他认为凡是运动都需要不断的施加力量……亚里士多德(Aristotle，前384—前322)亚里士多德亚里士多德(Aristotle，前384—前322)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。亚里士多德(Aristotle，前384—前322)亚里士多德黑格尔：他是历史上最多才、最渊博的科学天才之一，他是一个在历史上无与伦比的人……马克思、恩格斯：古希腊著名的思想家和哲学家，在西方被称为“最博学的人”，古代最伟大的思想家名言：“吾爱吾师，吾更爱真理”

伽利略他在米开朗琪罗去世前三天出生，1564年2月15日生于比萨，当时文艺复兴已基本完成青年时期的他非常信仰亚里士多德，后任教于比萨和帕多瓦大学，他的墓志铭上写着“他失明了，因为自然界已经没有剩下什么他没有看过的东西了”他首先发明了温度计，他还发明了望远镜来观测天空，支持日心说；他相信自然界的规律是简单的，在落体运动中有着深刻的研究1633年，他被罗马宗教判刑入狱，1638年，出版了《两种新科学的对话》

伽利略(GalileoGalilei，1564—1642)伽利略是怎样论证亚里士多德的观点是错误的？了解伽利略落体运动研究的史实体会伽利略物理研究方法的启示

伽利略的逻辑猜想与实验逻辑的力量（归谬法）假设：重的物体下落得快V1=8

V2=44<V12<8相互矛盾V12＞8伽利略用“归缪法”否定了亚里士多德“重快轻慢”的论断，伽利略认为：重物与轻物应该下落得同样快。研究方法：逻辑推理著名的比萨斜塔实验世界著名的比萨斜塔实验证明物体下落快慢与轻重无关研究方法：

观察—逻辑推理

——实验（对比实验）伽利略要进一步通过实验研究自由落体运动的规律但是，在伽利略的时代，还没有描述运动的概念

伽利略首先建立起速度、加速度的概念猜想与假说伽利略(GalileoGalilei，1564—1642)自然界是简单的自然界的规律也是简单的。—伽利略物体下落速度是均匀变化的随时间均匀变？随位移均匀变？爱因斯坦提出一个问题往往比解决一个问题更重要伽利略比前人更伟大，就在于他采用了以实验检验猜想和假设的科学方法

若位移随时间均匀变很复杂的结论与伽利略“落体运动的规律是简单的”的初衷是相悖的速度随时间均匀变用实验来检验此猜想是否是真实的伽利略在实验过程中遇到了怎样的困难，他又是怎样克服的？实验验证困难一：瞬时速度无法直接测量突破：间接验证若v0＝0，且必有实验验证困难二：落体运动时间太短，无法准确测量突破：“冲淡”重力，使其加速度减小伽利略的实验设计：“冲淡重力”伽利略一些贵族助手利用自己的脉搏测时间实验验证怀疑者在翻阅亚里士多德的书籍实验验证伽利略用铜球从斜槽的不同位置由静止下落，伽利略手稿中记录的一组实验数据结果表示为：验证猜想：速度随时间均匀变化质量不同小球，同一斜面下落，加速度相同斜面倾角不同，上述比例关系同样成立，只是这个常数随着θ的增大而增大

合理外推伽利略用斜面实验验证了后，怎样说明落体运动也符合这个规律？合理外推：随着倾角的增大，

（加速度）的数值增大。倾角很大，接近落体运动，当θ=90°时，就是自由落体运动！这时的数值（加速度）最大。且所有物体下落时的加速度都是一样的！

合理外推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，他的外推被实验证实了为什么说伽利略把他的结论外推到900需要很大的勇气？单纯的逻辑推理和对有限事实的归纳都不会导致新的发现；科学发现中最活跃的因素是猜想、假设与直觉。因为这个原因，对于新发现的规律不能有百分之百的把握。得出结论至此，他终于成功地验证了原来的猜想，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。自由落体运动是:v0＝0的匀加速直线运动，且所有物体下落的加速度都相同。修正和推广伽利略在《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”？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。伽利略的科学方法科学研究过程的基本要素观察现象提出假设运用逻辑得出推论实验验证修正推广落体运动?v∝tx∝t

小球在斜面上运动实验外推至落体运动

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”，直接研究落体运动的性质。现代研究落体运动的方法：用打点计时器用频闪照片用光电计时器（测速计等）超越伽利略伽利略在物理学中的地位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，而且标志着物理学的真正开端。爱因斯坦伽利略伽利略在物理学中的地位我荣获1954年的诺贝尔奖，与其说是因为我所发表的著作里包括了一个自然现象的发现，倒不如说是因为那里面包括一个关于自然现象的新思想方法基础的发现伽利略已死去三百多年，他所发现的自由落体规律在物理学知识的长河中所占比例愈来愈小，但他研究问题所创造的一套科学方法，却不断为后人所继承、发扬，创造了比自由落体规律高出千百倍的财富。

玻恩十大最美丽的物理实验（按时间排序）埃拉托色尼测量地球圆周长

伽利略的自由落体实验

伽利略的加速度实验

——在公元前3世纪就测算出地球的周长，误差仅仅在5%以内——展示了自然界的本质挑战人类的权威——证明了恒定的重力加速度的存在十大最美丽的物理实验（按时间排序）牛顿的棱镜分解太阳光

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——发现了光谱——成功测出了万有引力的参数及地球的质量和密度十大最美丽的物理实验（按时间排序）托马斯·扬的光干涉实验——证明了光具备波的性质米歇尔·傅科的钟摆实验——展示了地球是在围绕地轴自转的十大最美丽的