伽利略对自由落体运动的研(精)

伽利略对自由落体运动的研究保靖民族中学刘旸伽利略对自由落体运动的争论保靖民族中学刘旸一、关于落体运动的两种观点〔一〕亚里士多德的观点〔二〕伽利略的观点(一)亚里士多德简介

亚里士多德〔Aristotle,前384——前322年〕是古希腊斯吉塔拉人，著名的哲学家、科学家、教育家。

亚里斯多德一生勤奋治学，从事的学术争论涉及到规律学、修辞学、物理学、生物学、教育学、心理学、政治学、经济学、美学等，写下了大量的著作，主要有：《工具论》、《形而上学》、《政治学》等。亚里士多德认为：物体下落快慢由物体重力打算。即：物体越重,下落越快.亚里士多德对落体运动的思考正确吗？由于亚里士多德观点符合日常生活，所以连续了两千多年。〔二〕伽利略简介伽利略〔1564—1642〕—意大利物理学家、天文学家、数学家。伽利略可能比任何其他的人更有资格称为近代科学的奠基人。伽利略支持哥白尼理论〔即行星绕太阳公转〕。

1642年，出版《两种新科学》的书，甚至比支持哥白尼更进一步，成为现代物理学的起源。假设亚里士多德正确〔重的物体下落得快〕V1v?V1、反对亚里士多德的观点假设大石块V1=8m/s,小石块v=4m/s.那么将两石块用线连在一起，速度V应当是多少？V1v?V结论2：假设把大石头和小石头捆在一起，单独下落慢的小石头就会拖慢单独下落快的大石头，最终其下落速度比大石头慢。8m/s>V>4m/s.结论1：假设把大石头和小石头捆在一起，其所受的重力肯定比其中任一石块大，其下落速度比任一石块快。V>8m/s.这两个结论能同时成立吗？2、试验：比萨斜塔试验伽利略还在比萨斜塔做过落体试验：在塔顶，他同时释放两个铅球，一个轻，一个重，最终两个铅球同时落地。这个试验有力地反对了亚里士多德的观点。轻重不同的物体下落一样快二、伽利略的猜测和假设1、伽利略争论落体运动首先应当解决的问题建立描述运动所需要的概念：时间、位移、瞬时速度、平均速度、加速度2、伽利略的猜测〔1〕落体运动应当是简洁的运动〔2〕速度应当是均匀变化的v∝xv∝t首先，在理论上否认了v∝x。由于假设v∝x，将会推出特别简单的结论。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。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；困难一：怎样直接测定瞬时速度？方法：不测v!通过数学运算得出结论：假设速度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，我们也能进展这样的数学推算了〕，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。困难二：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。奇妙的方法：“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。试验验证的内容和结果：〔1〕斜面倾角肯定，转变铜球质量和斜面高度。结果：确实是匀加速运动，斜面倾角肯定时，且加速度不变。加速度与物体的质量无关，只与斜面倾角有关。〔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。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，而且全部物体下落时的加速度都是一样的！伽利略的规律和试验使人鄙视！小结：伽利略争论自由落体运动的几个重要步骤是：〔1〕通过抱负试验的方法揭露了重物下落快的错误；〔2〕从“自由落体运动应当是最简洁的”生疏动身，猜测v∝x和v∝t两种可能性，但经过推理判定v∝x不正确；〔3〕从规律推理得出检验x∝t即是检验x∝t2〔4〕奇妙设计斜面试验检验x∝t2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：“假设完全排解空气的阻力，那么，全部物体将下落得同样快。”他特殊指出：在科学争论中，懂得无视什么，有时与懂得重视什么同等重要。结论：物体下落的快慢与质量无关。那么，实际生活中为什么苹果要比树叶下落得快？即：影响物体下落快慢的因素是什么？4、观看与思考：〔1〕牛顿管中有空气现象：金属片快，羽毛慢现象：金属片和羽毛一样快〔2〕牛顿管中没有空气结果分析：影响羽毛和金属片下落快慢的缘由？空气阻力1971年，阿波罗飞船登上无大气的月球后，宇航员特地做了使羽毛和重锤从同一高度同时释放的试验，很多观众从荧屏上看到，它们并排下落，同时落到月球外表。轻重不同的物体下落一样快〔3〕阿波罗登月试验结论1：无视空气阻力，轻重不同的物体下落快慢是的。结论2：影响物体下落