伽利略对自由落体运动的研究

第5节伽利略对自由落体运动的研究1．关于落体的运动，两千年来被人们接受的亚里士多德的观点是怎样的？物体下落的快慢是由它们的重量决定的。2．伽利略经过怎样的逻辑推理，提出怎样的观点？你赞成伽利略的推理吗？逻辑推理：设大石头速度为8，小石头速度为4，当连在`一起运动时，一方面小拖大，使整体速度＜8；另一方面，两个石头整体比大石头更重，整体速度应＞8，矛盾。设大石头速度为8，小石头速度为4，当连在一起运动时一方面小拖大，使整体速度＜8；另一方面，两个石头整体比大石头更重，整体速度应＞8，矛盾结论：重物与轻物应该下落得同样快。还说明：逻辑的力量多么强大！3．伽利略研究落体问题时是在青年时代吗？他首先遇到什么困难？怎样解决的?是的。比萨大学的青年学者困难一：概念上的困难。连速度的定义都没有。办法：首先建立速度v、平均速度、瞬时速度、加速度a等概念。4.他对落体运动是怎样猜想的？据此提出的假说的内容是什么？猜想及假说：落体运动是最简单的变速运动，速度应该是均匀变化的。5．速度是均匀变化的，其情况又可以分为哪几种？两种。一种是速度v的变化对时间t来说是均匀的，即v∝t，例如：每过1s,速度的变化量都是2m/s；另一种是速度v的变化对位移x来说是均匀的，即v∝x，例如：每下落1m,速度的变化量都是2m/s。6．随后，伽利略在理论上和实际上又做了哪些工作？他又遇到哪些困难？他退缩了吗？他是如何克服重重困难的？我们应该以怎样的态度对待困难？特别是当前遇到的学习上的困难？首先，在理论上否定了v∝x。因为如果v∝x，将会推出十分复杂的结论。困难二：无法直接测定瞬时速度。办法：不测v!通过数学运算得出结论：如果速度v的变化对时间t来说是均匀的，则位移就与所用时间的二次方成正比,即x∝t2（学过前面的几节，我们也能进行这样的数学推算了），这样，只要测出物体通过不同位移及所用的时间,看是否满足x∝t2就可以验证了。困难三：落体下落得很快，当时只能靠滴水方法计时，这样的计时工具是不能测量自由落体运动所用的时间的。巧妙的方法：“冲淡重力”，即让铜球沿阻力很小的斜面滚下，运动时间变长，易于测量时间了。实验验证的内容和结果：（1）斜面倾角一定，改变铜球质量和斜面高度。结果：的确是匀加速运动，且加速度不变。（2）铜球质量和斜面高度不变，不断增大斜面倾角。结果：加速度增大。伽利略设想斜面的倾角越接近90°,小球沿斜面滚下的运动越接近自由落体运动.合理的外推：当倾角增大到90°时，就是自由落体了，因此自由落体是匀加速运动，而且所有物体下落时的加速度都是一样的！伽利略的逻辑和实验使人钦佩！说明:后人在用伽利略的器材重复他的实验时发现:铜球沿斜滚下,如果斜面倾角超过5°就很能准确计时。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。7.你能采用什么方法来证实自由落体运动是匀加速运动，且测出其加速度吗？提出你的设计方案，列出需要的器材，简述步骤给你一条已经打了点的纸带，知道第一个点的速度为零，不知是否是自由落体运动物体的，请你判断是否是匀加速运动，且测出其加速度。8．如何解释常见到的较重的物体下落得比较快的现象？解释：空气阻力的影响不同。伽利略在《两种新科学的对话》一书中写道：“如果完全排除空气的阻力，那么，所有物体将下落得同样快。”他特别指出：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。9．伽利略的科学思想方法是怎样的？其核心是什么？人们对他的贡献如何评价？科学思想方法程序是：对现象的一般观察→提出假设→运用逻辑（包括数学）得出结论→通过实验对结论进行检验→对假说进行修正和推广→……其核心是：把实验和逻辑和谐地结合起来。科学思想方法程序图课本评价：伽利略之前的科学踯躅于泥涂荒滩，因而千年徘徊。从伽利略开始，大师辈出，经典如云，近代科学的大门打开了。爱因斯坦评价说：“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。”爱因斯坦又说：“提出一个问题往往比解决一个问题更重要，因为解决一个问题有时仅仅是一个数学上或实验上的技巧，而提出新的问题，新的可能性，从新的角度去看旧的问题，却需要创造性的想象力，而且标志着科学上的真正进步。”小结：伽利略研究自由落体运动的几个重要步骤是：（1）通过理想实验的方法揭露了重物下落快的错误；（2）从“自由落体运动应该是最简单的”认识出发，猜想v∝x和v∝t两种可能性，但经过推理判定v∝x不正确；（3）从逻辑推理得出检验x∝t即是检验x∝t2（4）巧妙设计斜面实验检验x∝t210.我们从伽利略对自由落体运动的研究学到什么？有哪些收获？例如：探索科学、追求真理的精神；克服重重困难的决心；科学思想方法；合理外推的勇气。或是体会到：物理是一门实验科学；逻辑推理的作用；忽略次要因素同等重要……阅读:P51STS《从伽利略的一生看科学与社会》作业：查阅有关伽利略及自由落体运动的资料，写一篇短文，谈谈自己的认识、体会和受到启发而想到的问题