高中物理必修一《伽利略对自由落体运动的研究》课件

现在我们不必用斜面来“冲淡重 力”，可以对落体运动精确地“计时”、 “定位”，直接研究落体运动的性质。 现代研究落体运动的方法： 1. 用打点计时器 2. 用频闪照片 3. 用光电计时器（测速计等）
超越伽利略
现代研究落体运动的方法： 用频闪照片
实验三 牛顿管实验
现 象 金 属 片 与 羽 毛 同 时 落 地
第2章 研究匀变速直线运动 的规律
2.6 伽利略对落体运动的研究
1.了解自由落体运动的规律。
2.理解伽利略研究自由落体运动规律的方
法，体验科学研究的方法。
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。
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。
伽利略 物理学家、天文学家
——爱因斯坦
德国著名物理学家玻恩说：“我荣获 1954年的诺贝尔奖，与其说是因为我所发表 的著作里包括了一个自然现象的发现，倒不 如说是因为那里面包括一个关于自然现象的 新思想方法基础的发现。” 伽利略已死去三百多年，他所发现的自 由落体规律在物理学知识的长河中所占比例 愈来愈小。他研究问题所创造的一套科学 方法，却不断为后人所继承、发扬，创造了 比自由落体规律高出千百倍的财富。
伽利略比他的前人更伟大，就在于
他首先采用了以实验检验猜想和假设的
科学方法。在他之前，学者们总是通过 思辨性的论战来决定谁是谁非。
思 考： 伽利略在实验过程中遇到了怎 样的困难，他又是怎样克服的？
伽利略的探索之路（知识=观察+实验+思考）

大胆的猜测：下落物体的速度是 随时间均匀增加的，
即

V t
你错了！
物体下落过 程中的运动情 况与物体的质 意大利物理学家、 量无关。 天文学家
——伽利略
思考： 亚里士多德为什么会有错 误的认 识呢？
§
研究方法：观察——思考（直觉）
思考：为什么这个错误被延续了两千多年？
思 考：
伽利略是怎样论证亚里士多德
的观点是错误的？
跨越时空的对话
逻辑的力量
二、逻辑的力量

至此，他终于成功地验证了原先的猜想，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。

分析：伽利略的成功，不仅在于找到了落体运动的 规律，更重要的是开辟了一条研究物理学的研究之 路。
思 考：
为什么说伽利略把他的结论外推到 90需要很大的勇气？ 单纯的逻辑推理和对有限事实的归 纳都不会导致新的发现；科学发现中最 活跃的因素是猜想、假设与直觉。因为 这个原因，对于新发现的规律不能有百 分之百的把握。
伽利略运用逻辑推理的方法
指出了亚里士多德的观点: “重物比
轻物下落得快”自相矛盾，是错误的。
正确结论：重物与轻物，下落得同样快
世界著名的比萨 斜塔实验证明 物体下落快慢与轻重 无关 研究方法： 观察—逻辑推理 ——实验(对比实验)
思 考：
伽利略在研究落体运动过程中首先遇 到了什么困难？
没有描述运动的概念
结 论： 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。
伽利略的科学方法
外推至 落体运 动 物体快? 提出假设 对现象的 一般观察 逻辑(数学) 得出推论
对推论 进行检验
小球在斜面 上运动实验
v∝ t
[超越伽利略]
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……
马克思、恩格斯： 古希腊著名的思想 家和哲学家在西方被称 为“最博学的人” 古代 最伟大的思想家
亚里士多德
一、绵延两千年的错误
这个观点 正确吗？
生活常识告诉我们： 重的物体往往比轻的物体先落地
通过观察大量事 实，我发现：物 体下落的重快慢 是由它们重量决 定的，重的物体 下落得快！
知识
观察
实验
思考
困难一

瞬时速度无法准确测量
为了解决测量瞬时速度的困难，伽利略寻求间 接验证的途径（思维的作用）
V t
s vt

S t
2
则：测下落的高度S与时间t2成正比
冲淡重力

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”的斜面实验。

人们采用先进的实验手段测得： 一切物体的自由落体的加速度都相同，这个加 速度叫重力加速度，用g表示。通常的计算，g 值取9.8m/s2
实际意义 ：
当物体所受空气阻力比物体本身重力小得多时， 即f<<G时。从静止开始的竖直下落运动，可 以按自由落体运动处理。
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 。
伽利略的实验设计：“冲淡重力”
伽利略
一些贵族
助手利用自己 的脉搏测时间
怀疑者在翻阅 亚里士多德的 书籍
斜面实验的结论


在斜面上物体运动的x与t2成正比关系， 物体做匀加速直线运动。 在同一斜面上不同质量的物体x/t2相同，既加 速度相同 物体运动的快慢与质量无关。
合理外推
困难三:伽利略用斜面实验验证了后，怎
思 考：
伽利略作出了大胆的科学猜想，猜想 的内容是什么？
三、猜想与假说
自然界是简单的，自然界的规律也
是简单的。 。 物体下落速度是均匀变化的。
——伽利略 随时间均匀变？ 随位移均匀变？
——伽利略
爱因斯坦有一句很著名的话：“提
出一个问题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 着科学上的真正进步。”
样说明落体运动也符合这个规律？
1.伽利略经过多次斜面实验发现：斜面的倾角逐渐增 s 2 大时，s∝t 仍然存在，但 2 比值随倾角的增大而增 t 大。 s 0，即 2.伽利略合理推论： ——当斜面倾角增大到 90 2 t 斜面与地面垂直时， s∝t2仍然存在，但 比值随倾 角的增大而增大。 3. 结论：自由落体运动是一种特殊的匀变速直线运动。