《伽利略对自由落体运动的研究》参考资料

《伽利略对自由落体运动的研究》参考资料一、亚里士多德为什么在物理问题中总是出错──评述亚里士多德的功与过

物理教科书上，亚里士多德给同学们的形象不好。他老是出错，请同学们讲一讲，他有哪些错误的结论。

“物体下落的快慢是由它的重量决定的，物体越重，下落得越快”、“力是维持物体运动的原因，用力推车，车才前进，停止用力，车子就要停下来”。

是否觉得亚里士多德实在太不高明，而伽利略则比他伟大千倍。其实这种看法过于偏激，事实上，亚里士多德是古代的一位伟大思想家，一位百科全书式的大学问家，他有着成就事业的理性方法，又有着几乎无所不及的思想成果，是古代科学思想的伟大代表，不仅在哲学、逻辑学方面的成就至今还被应用着，而且对物理学的前期发展是有贡献的。

①亚里士多德认为，物体永远在运动变化，“运动是永恒的，不能在一个时候曾经存在，在另一个时候不存在”这种运动永恒的观点具有唯物主义思想，包含辩证法的因素，至今仍是积极而有价值的。

亚里士多德提出的“自然运动”与“非自然运动”的理论。其中含有静止惯性的思想，在遥远的公元前，已是难能可贵的了。

②亚里士多德认为地上的物质由土、水、气、火这四种“基本元素”组成；企图从物质本身来说明自然，把科学从宗教与神话中解放出来，这一精神是有进步意义，这是人类幼年时代的思想精粹。

③亚里士多德主张大地是球形的，并列出了一些事实来证明。他说，当月蚀的时候，其显明的部份恰带有球形的形状……月蚀的成因乃是由于地球遮蔽月球之故，因而这就是说，地球表面的球形确定了月球的轮廓：认识到大地是球形，是一个重大的认识飞跃，为后来引力理论的建立作了思想准备。

这样一位伟大的学者为什么在物理问题上经常出错？亚里士多德的错误不在于头脑也不全在于时代，而在于研究方法。亚里士多德对物理的研究是采用“观察加直觉”的方法，他的那些错误结论是靠观察，并依赖直接推理，得出一系列直觉结论。固然，观察与直觉对物理研究是至关重要的。详细的观察和良好的直觉往往导致伟大的发现。然而物理学是一门以实验为基础的学科，所以根据直接观察所得出的直觉结论不是都可靠，有时会将人们引入歧途。如果说伽利略比亚里士多德伟大，就在于伽利略是第一位创造通过实验检验理论推导的科学研究方法的科学家．

二、伽利略与自由落体

亚里士多德的学说在十六世纪仍然如日中天，人人都奉为经典，没有人提出任何的怀疑。亚里士多德关于「自由落体」的学说是：物体自高处自由落下的速度和重量成正比。也就是说，一个十磅重的物体，下坠的速度会比一磅重的物体快十倍。这个学说在大小的外表上看来，似乎非常的合理，而且人人也都相信学说的真确性，教授们严肃的把这个学说教给他们的学生，学生们也都敬谨的接受这个学说，只有伽利略表示怀疑。

伽利略曾经亲眼目睹大小不同的冰雹，同时一起掉落到地。根据常识判断，它们似乎是从同一高度一起下坠的，但是按照亚里士多德的学说，较大的冰雹应该先落到地面上，小冰雹在接着掉来，伽利略观察到的并非如此。

他做了许多实验，发觉亚里士多德的学说是错误的。

以往，他们按亚里士多德的学说照本宣科，从来没有怀疑过。现在，居然有一位二十五岁的青年，提出了要求证据的疑问。结果呢？要是两个重体以非常悬殊的速度坠落地面，教授们可以松一口气，证明亚里士多德的学说是正确的，伽利略将被冠上「说谎者」、「搅局者」的罪名。要是两个重体同时坠落地面？又将如何解释呢？是扬弃奉行多年的亚里士多德学说，接受伽利略实验所证明的事实，还是对伽利略的实验视若无睹？

两个不同质量重球的砰然一声，并不表示亚里士多德的学说已经崩溃。因为他们在不想相信一件真实事物的时候，根本不去看一看、摸一摸，无论如何也不愿意承认亚里士多德的学说是错误的。更荒谬的是他们反而怀疑伽利略为了证实速度相同，而在重球内隐藏了「魔术」。

三、评述伽利略的科学研究方法

①伽利略用数学推理、实验和思想实验方法证明亚里士多德的看法是错误的，还用实验证明了力不是维持物体运动而是改变物体运动状态的原因，并根据斜面实验，提出惯性的概念，总结出了惯性定律，自由落体运动定律，相对性原理，发现了单摆等时性原理，用自制的33倍望远镜发现了一系列天文现象。

②伽利略为了确立新的自然研究法──实验法的地位，又同教会的唯心论世界观进行了激烈的斗争，受到罗马宗教法庭的迫害，罚他每星期背诵七篇忏悔圣诗，无限期地监禁在他自己家中。但强权没有迫使伽利略屈服，他在家中写下了《两种科学的对话》，它用实验方法在物理学上打开了人们的眼界。不幸的是这本书出版时，伽利略已双目失明，永远也看不到它了。

③伽利略创立近代科学时用了三个方法：实验方法、数学方法和思想实验方法。在其后的200中，自然科学迅猛发展，涌现出了许许多多物理学巨匠，当人类进入20世纪时，思想实验的方法突然被频繁的运用起来。爱因斯坦创立了相对论，当人们离开伽利略的船舱来到爱因斯坦的火车上时，关于尺缩效应、关于同时的相对性、关于只有在高速世界里才可能发生的奇妙景象，被爱因斯坦用思想实验论述得合情合理。波尔和爱因斯坦关于量子的概率进行争论时，他们用思想实验进行辩论，让人类看到世界上第一流的科学巨匠是怎样畅游在理念的世界里。当今人们建立了大爆炸宇宙模型，当代理论物理学家霍金站在人们面前演讲的时候，谈到世界是十维的，并说了一句意味深长的话：我们看到的世界就是火光照在洞壁上的影子啊！伟大的物理学家爱因斯坦给了伽利略极高的评价，说“伽利略的发现及他所用的科学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，这个发现告诉我们，根据直接观察所得出的直觉的结论不总是可靠的，因为它们有时会引到错误的线索上去”。这精辟的分析告诉了我们伽利略成功的秘诀和亚里士多德失败的原因。伽利略运用最大胆的思辨弥补了经验材料之间的空隙，伽利略的方法是理论和实验相结合的方法。伽利略当之无愧的成为近代物理之父——爱因斯坦伽利略时代之前，除了偶然发现所带来的发明之外，需要常常在发明之先；伽利略之后，我们看见了为了追求纯粹的知识而进行的科学研究，开始走在实际的应用与发明的前面，并且启发了实际的应用和发明，发明出现之后，又为科学研究与工业发展开辟了新的领域。——丹皮尔（英国）【课后训练】1.在物理学的发展历程中，下面的哪位科学家首先建立了平均速度、瞬时速度和加速度等概念用来描述物体的运动，并首先采用了实验检验猜想和假设的科学方法，把实验和逻辑推理和谐地结合起来，从而有力地推进了人类科学的发展A.亚里士多德B.伽利略 C.牛顿 D.爱因斯坦2.在学习物理知识的同时，还应当十分注意学习物理学研究问题的思想和方法，从一定意义上说，后一点甚至更重要.伟大的物理学家伽利略的研究方法对于后来的科学研究具有重大的启蒙作用，至今仍然具有重要意义.请你回顾伽利略探究物体下落规律的过程，判定下列哪个过程是伽利略的探究过程A.猜想—问题—数学推理—实验验证—合理外推—得出结论B.问题—猜想—实验验证—数学推理—合理外推—得出结论C.问题—猜想—数学推理—实验验证—合理外推—得出结论D.猜想—问题—实验验证—数学推理—合理外推—得出结论3.某同学摇动苹果树，从同一高度一个苹果和一片树叶同时从静止直接落向地面，苹果先着地，下面说法中正确的是A.苹果和树叶做的都是自由落体运动B.苹果和树叶的运动都不能看成自由落体运动C.苹果的运动可看成自由落体运动，树叶的运动不能看成自由落体运动D.假如地球上没有空气，则苹果和树叶会同时落地4.甲同学看到乙同学从10层楼的楼顶同时由静止释放两个看上去完全相同的铁球，结果甲同学看到两球不是同时落地的.他分析了两球未能同时落地的原因.你认为他的下列分析哪些是正确的A.两球在下落过程中受到的空气阻力不同，先落地的受空气阻力小B.两球在下落过程中受到的空气阻力不同，先落地的受空气阻力大C.两球下落过程中受到的空气阻力相同，先落地的是实心球，重力远大于阻力D.两球下落过程中受到的空气阻力相同，先落地的是空心球，阻力与重力比，差别较小5.伽利略用实验验证v∝t的最大困难是A.不能很准确地测定下落的距离 B.不能测出下落物体的瞬时速度C.当时没有测量时间的仪器 D.当时没有记录落体运动的