高中物理：26《伽利略对自由落体运动的研究》课件

1、2.6伽利略对自由落体运动的研伽利略对自由落体运动的研究究一一.伟大的亚里士多德伟大的亚里士多德亚里士多德亚里士多德公元前公元前384384322322一.伟大的亚里士多德1.博学的亚里士多德奴隶主阶级中的中产阶级公无前343-333年为亚历山大大帝的老师开创逻辑学、伦理学、政治学、生物学师从柏拉图（柏拉图师从苏格拉底）著有工具论形而上学物理学气象学政治学伦理学分析前篇和后篇构成地球的一切物质的四种元素构成地球的一切物质的四种元素 土、水、气、火中的每一种都有其自然位置土、水、气、火中的每一种都有其自然位置2.亚里士多德的运动观任何元素（物体）任何元素（物体） 处于其自然位置上就保持静止，处于

2、其自然位置上就保持静止， 否则就具有潜力或倾向要返回它的自然位置否则就具有潜力或倾向要返回它的自然位置 岩石是土类，在比它轻的水和气上就会下落岩石是土类，在比它轻的水和气上就会下落 物体被释放后，迅速地达到其最终速物体被释放后，迅速地达到其最终速率，并一直保持到终点。率，并一直保持到终点。2.亚里士多德的运动观 论天论天“土或火的质量越大，它朝土或火的质量越大，它朝向其本身位置的运动越快向其本身位置的运动越快”所以，石块比所以，石块比羽毛下落得快。羽毛下落得快。绵延两千年的错误n亚里士多德亚里士多德通过对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“重快轻慢重快轻慢”

3、。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。 三.追寻伽利略的足迹 伽利略（1564-1642）三.追寻伽利略的足迹（1 1）伽利略）伽利略1589158915921592年在比萨大学任教，但年在比萨大学任教，但 比萨大学的记录中无此事比萨大学的记录中无此事 1.比萨斜塔实验？（2 2）维维安尼（）维维安尼（1622162217031703）在）在伽利略传伽利略传 中提及，他于中提及，他于16391639年来到伽利略的身边年来到伽利略的身边 2.逻辑的力量两种新科学的对话两种新科学的对话 1638 1638年出版年出版 怎样的一个逻辑上的矛盾？怎样的一个逻辑上

4、的矛盾？ 逻辑的力量n16世纪，意大利的科学家伽利略伽利略用佯谬的方法巧妙地推翻了这种观点。n（并在比萨斜塔用实验证明了这种观点 ）n 3伽利略经过怎样的逻辑推理，提出怎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？样的观点？你赞成伽利略的推理吗？逻辑推理逻辑推理：设大石头速度为设大石头速度为8，小石头速度为小石头速度为4，当连在一起运动时当连在一起运动时一方面小拖一方面小拖大，使整体大，使整体速度速度8；另一方面，两个石头整体比大石头更另一方面，两个石头整体比大石头更重，整体速度应重，整体速度应8，矛盾矛盾n结论结论： 重物与轻物应该下落得同样快重物与轻物应该下落得同样快。

5、n还说明：还说明： 逻辑的力量多么强大逻辑的力量多么强大！n（问题）：n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？n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。n4.他对落体运动是怎样猜想的？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？据此提出的假说的内容是什么？n猜想及假说猜想及假说： 落体运动是最简单的变速运动，落体运动是最简单的变速运动， 速度应该是均匀变化的速度应该是均匀变化的。n5速度是均匀变化的，其情况又速度是均匀变化的，其情况又可以分为哪几种？可以分为哪几种？两种两种。n一种是速度一种是速度v的变化对时间的变化对时间t来说是均来说是均

6、匀的，即匀的，即vt，例如：每过，例如：每过1s ,速度的速度的变化量都是变化量都是2m/s；另一种是速度另一种是速度v的变化对位移的变化对位移x来说是均来说是均匀的，即匀的，即vx，例如：每下落，例如：每下落1m ,速度速度的变化量都是的变化量都是2m/s。n6随后，伽利略在理论上和随后，伽利略在理论上和实际上又做了哪些工作？他实际上又做了哪些工作？他又遇到哪些困难？他退缩了又遇到哪些困难？他退缩了吗？他是如何克服重重困难吗？他是如何克服重重困难的？的？我们应该以怎样的态度我们应该以怎样的态度对待困难对待困难？特别是当前遇到特别是当前遇到的学习上的困难？的学习上的困难？n困难一困难一 概念上

7、的困难概念上的困难n速度的定义都没有速度的定义都没有n方法：建立速度，平均速度，瞬时速度，方法：建立速度，平均速度，瞬时速度，加速度的定义加速度的定义知识知识观察观察实验实验思考思考困难二困难二 瞬时速度无法准确测量n为了解决测量瞬时速度的困难，伽利略寻求的途径（思维的作用） n则：测下落的高度与时间t2成正比 知识知识观察观察实验实验思考思考tV tsv2tS n 困难三困难三：落体下落得很快，当落体下落得很快，当时只能靠时只能靠滴水方法计时滴水方法计时，这样，这样的计时工具是的计时工具是不能测量自由落不能测量自由落体运动所用的时间的。体运动所用的时间的。n巧妙巧妙的方法：的方法：“冲淡重力

8、冲淡重力”，即让铜球沿阻力很小的斜面滚下，即让铜球沿阻力很小的斜面滚下，运动运动时间变长时间变长，易于测量时间了。，易于测量时间了。n实验验证的内容和结果实验验证的内容和结果：n（1）斜面倾角一定，改变铜球）斜面倾角一定，改变铜球质量和斜面高度。质量和斜面高度。n结果结果：的确是匀加速运动，且加的确是匀加速运动，且加速度不变。速度不变。n（2）铜球质量和斜面高度不变，）铜球质量和斜面高度不变，不断增大斜面倾角。不断增大斜面倾角。 结果结果：加速度增大。加速度增大。伽利略设想斜面的倾角越接近伽利略设想斜面的倾角越接近90,小球沿小球沿斜面滚下的运动越接近自由落体运动斜面滚下的运动越接近自由落体运

9、动.n合理的外推合理的外推：当倾角增大到当倾角增大到90时，就是自由落体了，因时，就是自由落体了，因此自由落体是匀加速运动，而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且所有物体下落时的加速度都是一样的！是一样的！n伽利略的逻辑和实验使人钦佩！伽利略的逻辑和实验使人钦佩！n说明说明:后人在用伽利略的器材重后人在用伽利略的器材重复他的实验时发现复他的实验时发现:铜球沿斜滚铜球沿斜滚下下,如果斜面如果斜面倾角超过倾角超过5就很能就很能准确计时准确计时。伽利略把他的结论。伽利略把他的结论外推至外推至90是需要很大勇气的是需要很大勇气的。后来，他的外推被实验证实了。后来，他的外推被实验证实了

10、。7.你能采用什么方法来证实自由落体你能采用什么方法来证实自由落体运动是匀加速运动，且测出其加速运动是匀加速运动，且测出其加速度吗？度吗？提出你的设计方案，列出需要的器提出你的设计方案，列出需要的器材，简述步骤材，简述步骤给你一条已经打了点的纸带，知道第一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运动物体的，请你判断是否是匀加速运动，且测出其加速度。动，且测出其加速度。n8如何解释常见到的较重的物体如何解释常见到的较重的物体下落得比较快的现象？下落得比较快的现象？解释解释：空气阻力的影响不同空气阻力的

11、影响不同。n伽利略在伽利略在两种新科学的对话两种新科学的对话一书一书中写道：中写道：“如果完全排除空气的阻力，如果完全排除空气的阻力，那么，所有物体将下落得同样快那么，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。什么，有时与懂得重视什么同等重要。n9伽利略的科学思想方法是怎样的？其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？核心是什么？人们对他的贡献如何评价？n科学思想方法程序是：科学思想方法程序是：对现象的一般对现象的一般观察观察提出假设提出假设运用逻辑（包括数学）运用逻辑（包括数学）

12、得出结论得出结论通过实验对结论进行检验通过实验对结论进行检验对假说进行修正和推广对假说进行修正和推广n其其核心核心是：把实验和逻辑和谐是：把实验和逻辑和谐地结合起来。地结合起来。科学思想方法程序图科学思想方法程序图n课本评价课本评价：伽利略之前的科学踯躅：伽利略之前的科学踯躅于泥涂荒滩，因而千年徘徊。从伽于泥涂荒滩，因而千年徘徊。从伽利略开始，大师辈出，经典如云，利略开始，大师辈出，经典如云，近代科学的大门打开了近代科学的大门打开了。爱因斯坦评价说爱因斯坦评价说：“伽利略的发现以伽利略的发现以及他所应用的科学的推理方法，是人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，而且类思想

13、史上最伟大的成就之一，而且标志着标志着物理学的真正开端物理学的真正开端。”爱因斯坦又说爱因斯坦又说：“提出一个问题提出一个问题往往比解决一个问题更重要，因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，而且标志着科学上性的想象力，而且标志着科学上的真正进步。的真正进步。”小结小结：伽利略研究自由落体运动的几个伽利略研究自由落体运动的几个重要步骤是：重要步骤是：（1）通过理想实验的方法揭露了重物下落快）通过理想实验的方法揭露了重物下落快的错误；的错误；（2）从）从“自由落体运动应该是最简单的自由落体运动应该是最简单的”认认识出发，猜想识出发，猜想vx和和vt两种可能性，但经两种可能性，但经过推理判定过推理判定vx不正确不正确；（3）从逻辑推理得出检验）从逻辑推理得出检验xt即是检验即是检验xt2（4）巧妙设计斜面实验检验）巧妙设计斜面实验检验xt2n 10.我们从伽利略对自由落体运动我们从伽利略对自由