2.6《伽利略对自由落体运动的研究》PPT课件1

伽利略对自落体运动的研究他是谁？•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。•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……•恩格斯称他是“最博学的人”。•他的名言：“吾爱吾师，吾更爱真理”。Aristotle(亚里士多德)前384～前322历史的回顾•公元前4世纪，古希腊伟大的思想家、哲学家亚里士多德根据与我们类似的观察，直接得出结论：重的物体比轻的物体下落快。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。根据生活常识：重的物体往往比轻的物体先落地?直接得出结论物体下落的快慢由它们的重量决定“重快轻慢”观点这个观点正确吗？重的快！一样快！跨越时空的对话亚里士多德(Aristotle，前384—前322)伽利略(GalileoGalilei，1564—1642)伽利略·伽利莱GalileoGalilei（1564—1642）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v1=8v2=4v1284v128逻辑的力量（归缪法）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。传说中的比萨斜塔实验16世纪，意大利的科学家伽利略用佯(归)谬的方法巧妙地推翻了这种观点。（并在比萨斜塔用实验证明了这种观点）在意大利的比萨斜塔上，伽利略做了著名的两个球同时落体的实验。两个轻重不同的小球同时落地的声音，是那样的清脆美妙，又是那样的振聋发聩！它动摇了人们头脑中的旧观念，开创了实验和科学推理之先河，将近代物理以致近代科学推上了历史的舞台。伽利略的分析（物体的受力情况）空气中纸片下落空气中重物下落真空中重物下落f空气阻力f空气阻力空气阻力f为零G重力G重力G重力•1.观察现象,提出问题(问题)：•既然物体自由下落跟质量无关，那么它到底遵循什么样的规律呢？•伽利略用推论否定了亚里士多德的观点后，就开始研究落体运动的性质。伽利略的探索之路：（问题-猜想-数学推理-实验验证-合理外推-得出结论）1.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。3.它的速度应该是均匀变化的。伽利略随时间均匀变？随位移均匀变？伽利略的探索之路：（问题-猜想-数学推理-实验验证-合理外推-得出结论）2.猜想与假设•伽利略大胆的猜测：下落物体的速度是随时间均匀增加的，即•则：测瞬时速度V与时间t成正比tV伽利略的探索之路：（问题-猜想-数学推理-实验验证-合理外推-得出结论）3.数学推理（运用逻辑得到推论）00vt1x1t1x2t1x33x15x1困难一速度无法直接测量•突破：为解决测量速度的困难，伽利略寻求间接验证的途径•即：测下落的高度与时间t2成正比tV伽利略的探索之路：（问题-猜想-数学推理-实验验证-合理外推-得出结论）vtx2tx推理•困难二物体下落很快，很难测定不同位移的时间•（思维）为了减缓物体下落速度，伽利略设计了著名的“冲淡重力”（减小加速度）的斜面实验。4.实验验证—设计实验“冲淡重力”伽利略的探索之路：（问题-猜想-数学推理-实验验证-合理外推-得出结论）伽利略设计的斜面4.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：实验结论：1.小球沿斜面的运动是匀加速直线运动；2.同斜面，不同小球，加速度相同；3.斜面倾斜角越大，小球加速度越大。不同小球加速度仍相同，只是这个常数（加速度）的数值随着θ的增大而增大。时间单位12345678距离单位32130298526824119216002104常数233222211tststs滴水计时怀疑者在翻阅亚里士多德的书籍助手利用自己的脉搏测时间伽利略一些贵族5.合理外推困难三、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=900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！2ts伽利略的探索之路：（问题-猜想-数学推理-实验验证-合理外推-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。伽利略的探索之路：（问题-猜想-数学推理-实验验证-合理外推-得出结论）6.得出结论7.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。为了纪念伽利略的伟大贡献，1993年4月8日，来自世界各地的科学家把木球、铝球、塑料球等不同材料制成的小球从比萨斜塔上44m高处同时静止释放，用精密电子仪器和摄像机记录，结果发现所有小球几乎同时以同一速度落地。现代科学验证观察现象提出假设运用逻辑(数学)得出推论实验验证修正推广科学研究过程的基本要素总结.伽利略的科学方法落体运动?v∝tx∝t2小球在斜面上运动实验外推至落体运动小结一.绵延两千年的错误亚里士多德是世界历史上了不起的大人物，在科学界有很大的贡献，他对自由落体运动的认识代表了人类对自由落体运动的初步探究，我们应当这样看待亚里士多德的观点：第一，是人类迈出的第一步，有很大的进步性；第二，是错误的；第三，统治了两千年。二.伽利略的探究过程伽利略科学思想方法的核心：把实验和逻辑推理（包括数学推演）和谐地结合起来。伽利略的成功，不仅找到了落体运动的规律，更重要的是开辟了一条研究物理学之路。观察猜想推理实验修正和推广再见！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