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伽利略對自由落體運動的研究 他是誰 他的全部作品有47部留存 他的著作包括天文學 動物學 地理學 地質學 物理學 解剖學 生理學 倫理學 心理學 經濟學 政治學 修辭學 美學 黑格爾 他是歷史上最多才 最淵博的科學天才之一 他是一個在歷史上無與倫比的人 名言 吾愛吾師 吾更愛真理 馬克思 恩格斯 古希臘著名的思想家和哲學家在西方被稱為 最博學的人 古代最偉大的思想家 生活常識 重的物體往往比輕的物體先落地 亞里士多德 物體下落的快慢由它們的重量決定 生活常識 重的物體往往比輕的物體先落地 這個觀點正確嗎 亞里士多德 物體下落的快慢由它們的重量決定 生活常識 重的物體往往比輕的物體先落地 這個觀點正確嗎 一 綿延兩千年的錯誤 亞里士多德 物體下落的快慢由它們的重量決定 生活常識 重的物體往往比輕的物體先落地 這個觀點正確嗎 思考 亞里士多德為什么會有錯誤的認識呢 一 綿延兩千年的錯誤 亞里士多德 物體下落的快慢由它們的重量決定 生活常識 重的物體往往比輕的物體先落地 這個觀點正確嗎 研究方法 觀察 思考 直覺 思考 亞里士多德為什么會有錯誤的認識呢 一 綿延兩千年的錯誤 亞里士多德 物體下落的快慢由它們的重量決定 生活常識 重的物體往往比輕的物體先落地 這個觀點正確嗎 思考 為什么這個錯誤被延續(xù)了兩千多年 一 綿延兩千年的錯誤 研究方法 觀察 思考 直覺 思考 亞里士多德為什么會有錯誤的認識呢 亞里士多德 物體下落的快慢由它們的重量決定 生活常識 重的物體往往比輕的物體先落地 伽利略的發(fā)現以及他所應用的科學的推理方法 是人類思想史上最偉大的成就之一 而且標志著物理學的真正開端 愛因斯坦 伽利略物理學家 天文學家 德國著名物理學家玻恩說 我榮獲1954年的諾貝爾獎 與其說是因為我所發(fā)表的著作里包括了一個自然現象的發(fā)現 倒不如說是因為那里面包括一個關于自然現象的新思想方法基礎的發(fā)現 伽利略已死去三百多年 他所發(fā)現的自由落體規(guī)律在物理學知識的長河中所占比例愈來愈小 但他研究問題所創(chuàng)造的一套科學方法 卻不斷為后人所繼承 發(fā)揚 創(chuàng)造了比自由落體規(guī)律高出千百倍的財富 伽利略是怎樣論證亞里士多德的觀點是錯誤的 思考 假設 重的物體下落得快 假設 重的物體下落得快 v1 8 假設 重的物體下落得快 v1 8 v2 4 假設 重的物體下落得快 v1 8 v2 4 4 v12 8 假設 重的物體下落得快 v12 8 v1 8 v2 4 4 v12 8 假設 重的物體下落得快 v12 8 v1 8 v2 4 4 v12 8 論證了亞里士多德的錯誤觀點 重物比輕物下落得快 正確結論 重物與輕物 下落得同樣快 伽利略運用邏輯推理的方法 二 邏輯的力量 世界著名的比薩斜塔實驗證明 物體下落快慢與輕重無關 研究方法 觀察 邏輯推理 實驗 對比實驗 伽利略在研究落體運動過程中首先遇到了什么困難 思考 伽利略在研究落體運動過程中首先遇到了什么困難 沒有描述運動的概念 思考 伽利略在研究落體運動過程中首先遇到了什么困難 伽利略作出了大膽的科學猜想 猜想的內容是什么 沒有描述運動的概念 思考 思考 伽利略 三 猜想與假說 自然界是簡單的 自然界的規(guī)律也是簡單的 物體下落速度是均勻變化的 愛因斯坦有一句很著名的話 提出一個問題往往比解決一個問題更重要 因為解決一個問題有時僅僅是一個數學上或實驗上的技巧 而提出新的問題 新的可能性 從新的角度去看舊的問題 卻需要創(chuàng)造性的想象力 而且標志著科學上的真正進步 隨時間均勻變 隨位移均勻變 物體下落速度是均勻變化的 伽利略 三 猜想與假說 伽利略比他的前人更偉大 就在于他首先采用了以實驗檢驗猜想和假設的科學方法 在他之前 學者們總是通過思辨性的論戰(zhàn)來決定誰是誰非 伽利略在實驗過程中遇到了怎樣的困難 他又是怎樣克服的 思考 四 實驗驗證 困難一 速度無法直接測量 四 實驗驗證 四 實驗驗證 困難一 速度無法直接測量突破 間接驗證 若v0 0 且v t 必有x t2 困難一 速度無法直接測量突破 間接驗證 四 實驗驗證 若v0 0 且v t 必有x t2 困難一 速度無法直接測量突破 間接驗證 四 實驗驗證 若v0 0 且v t 必有x t2 3x1 困難一 速度無法直接測量突破 間接驗證 四 實驗驗證 若v0 0 且v t 必有x t2 3x1 5x1 困難一 速度無法直接測量突破 間接驗證 四 實驗驗證 四 實驗驗證 困難二 落體運動時間太短 無法準確測量突破 沖淡 重力 使其加速度減小 伽利略的實驗設計 沖淡重力 懷疑者在翻閱亞里士多德的書籍 助手利用自己的脈搏測時間 伽利略 一些貴族 實驗器材 過程實驗結論 四 實驗驗證 實驗器材 過程實驗結論 小球做勻加速運動 四 實驗驗證 實驗器材 過程實驗結論 小球做勻加速運動 同斜面 質量不同 加速度相同 四 實驗驗證 四 實驗驗證 質量不同 同斜面 加速度相同 四 實驗驗證 質量不同 同斜面 加速度相同 增大斜面傾角 加速度變大 質量不同 加速度仍相同 質量不同小球同一斜面下落 加速度相同 增大斜面傾角 加速度變大 合理外推 質量不同小球同一斜面下落 加速度相同 增大斜面傾角 加速度變大 傾角很大 接近落體運動 合理外推 質量不同小球同一斜面下落 加速度相同 增大斜面傾角 加速度變大 傾角很大 接近落體運動 傾角90 就是自由落體運動 合理外推 后人在用伽利略的器材重復他的實驗時發(fā)現 銅球沿斜面滾下 如果斜面傾角超過5 就很難準確計時 伽利略把他的結論外推至90 是需要很大勇氣的 后來 他的外推被試驗證實了 為什么說伽利略把他的結論外推到90 需要很大的勇氣 思考 為什么說伽利略把他的結論外推到90 需要很大的勇氣 單純的邏輯推理和對有限事實的歸納都不會導致新的發(fā)現 科學發(fā)現中最活躍的因素是猜想 假設與直覺 因為這個原因 對于新發(fā)現的規(guī)律不能有百分之百的把握 思考 自由落體運動是 v0 0的勻加速直線運動 且所有物體下落的加速度都相同 結論 科學研究過程的基本要素 五 伽利略的科學方法 觀察現象 科學研究過程的基本要素 五 伽利略的科學方法 觀察現象 科學研究過程的基本要素 五 伽利略的科學方法 提出假設 觀察現象 科學研究過程的基本要素 五 伽利略的科學方法 提出假設 運用邏輯得出推論 觀察現象 科學研究過程的基本要素 五 伽利略的科學方法 提出假設 運用邏輯得出推論 實驗驗證 觀察現象 科學研究過程的基本要素 五 伽利略的科學方法 提出假設 運用邏輯得出推論 實驗驗證 觀察現象 科學研究過程的基本要素 五 伽利略的科學方法 提出假設 運用邏輯得出推論 實驗驗證 修正推廣 超越伽利略 現在我們不必用斜面來 沖淡重力 可以對落體運動精確地 計時 定位 直接研究落體運動的性質 現代研究落體運動的方法 1 用打點計時器2 用頻閃照片3 用光電計時器 測速計等 超越伽利略 現在我們不必用斜面來 沖淡重力 可以對落體運動精確地 計時 定位 直接研究落體運動的性質 十大最美麗物理實驗 對伽利略的審判 為了紀念伽利略的偉大貢獻 1993年4月8日 來自世界各地的科學家把木球 鋁球 塑料球等不同材料制成的小球從比薩斜塔上44m高處同時靜止釋放 用精密電子儀器和攝像機記錄 結果發(fā)現所有小球幾乎同時以同一速度落地 及時反饋 P45 5 頻閃攝影是研究變速運動常用的手段 在暗室中 照相機的快門處于常開狀態(tài) 頻閃儀每隔一段時間發(fā)出一次短暫的強烈閃光 照亮運動的物體 于是照片上記錄了物體在幾個閃光時刻的位置 如圖是小球自由下落時的頻閃照片 頻閃儀每隔0 04秒閃光一次 如果要通過這幅照片測量自由落體加速度 可以采用哪幾種方法 試一試 照片中的數字是小球距起落點的距離 1 在軟繩兩端各拴一石塊 繩長3m 拿著上端石塊使它與橋面相平 放手讓兩石塊自由下落 測得二石塊落水聲相差0 2s 問橋面距水面多高 g 10m s2 12 8m 1 在軟繩兩端各拴一石塊 繩長3m 拿著上端石塊使它與橋面相平 放手讓兩石塊自由下落 測得二石塊落水聲相差0 2s 問橋面距水面多高 g 10m s2 2 設宇航員在某行星上從高32m處自由釋放一重物 測得在下落最后1s內所通過的距離為14m 則重物下落的時間是 該星球的重力加速度大小為 2 設宇航員在某行星上從高32m處自由釋放一重物 測得在下落最后1s內所通過的距離為14m 則重物下落的時間是 該星球的重力加速度大小為 4s 4m s2