用Tracker视频跟踪软件分析《伽利略对自由落体运动的研究》

伽利略对自由落体运动的研究及总结我伽利略，打小就对这世间万物充满好奇。

那时候，我瞅着物体下落，就想啊，这下落的事儿肯定没那么简单。

我这眼睛不大，但看东西可仔细嘞。

我就盯着那些从高处掉下来的东西，不管是个小石块，还是个小果子啥的，我就寻思，它们下落的速度是不是有啥规律呢？周围那些人啊，都觉得亚里士多德说的那就是真理。

亚里士多德是谁？那在当时就像神一样的存在。

他说重的东西比轻的东西下落得快，大家都深信不疑。

可我就觉得这事儿有点不对劲儿，我这脑袋虽然不大，但想法可不少。

我就想啊，要是按照他这说法，我把一个大石头和一个小石头绑在一起，那大石头落得快，小石头落得慢，小石头拖着大石头，这速度到底该咋算呢？我这眉头一皱，就跟周围人说这个事儿，他们一听，好多人都愣住了，眼睛瞪得老大，像看怪物一样看着我，还说我这是对亚里士多德的不敬。

我可不管那些，我就想弄明白这自由落体到底是咋回事儿。

我跑到那斜塔跟前儿，那斜塔高高大大的，就像个巨人似的站在那儿。

我手里拿着大小不同的球，周围围了好些人，有的在那交头接耳，说我肯定是疯了，有的就等着看我笑话。

我呢，表情可严肃了，心里想，今天我就得让你们看看真相。

我就把这两个球同时从塔上扔下去，眼睛死死地盯着那两个球，心也跟着悬起来了。

就听见“噗噗”两声，两个球几乎同时落地。

我这脸上一下就露出了笑容，可周围那些人啊，有的张大了嘴巴，半天合不拢，有的在那摇头，好像不敢相信自己的眼睛。

我做这个实验啊，可不容易嘞。

之前我就琢磨这事儿，在屋子里走来走去，那脚步把地都快磨平了。

我还拿笔在纸上写写画画，那些个纸啊，被我画得乱七八糟的，全是我计算的公式和想法。

有时候想不通了，我就揪自己的头发，头发被我揪得像个鸡窝似的。

我知道，我这是在挑战权威，可我不怕。

我就想知道真相，就想弄明白这自由落体运动的规律。

后来啊，我经过反复的思考、计算，发现不管轻重，在没有空气阻力的情况下，这些物体下落的速度都是一样的。

探析伽利略研究自由落体运动的科学思维方法一、归谬法伽利略巧妙的用了一个佯谬否定了亚里士多德得出的“重的物体下落快”的论断，得出一种可能：重物与轻物应该下落的同样快。

二、抽象思维方法抽象即事物主要的、本质的东西联合起来，建立一个轮廓清晰、主题突出的模型，伽利略对自由落体运动的研究就是如此。

在自然状态下，落体运动受空气阻力的干扰，如果要排除空气阻力的干扰，那就需要创设一个真空环境。

于是伽利略运用抽象思维方法，撇开空气阻力的影响，设想在纯重力状态下的落体运动，得出了自由落体运动定律。

其实，伽利略在物理学中的许多成就都可以归功于他能在种种复杂情况下作出抽象，如“理想摆”、“伽利略的理想实验”、及“抛体运动”。

抽象思维方法是他实现科学发现必不可少的条件。

所谓“理想实验”并不是实物实验，而是依据理想化的条件进行推导并想象其结果。

伽利略曾做过让小球沿斜面下滚的实物实验，由于受到了斜面摩擦和空气阻力的作用，从一个斜面滑下冲上另一给斜面，其高度总比原来低。

伽利略设想了一种理想化条件：如果所有阻力减小到零，小球就会上升到原来的高度，这就是伽利略著名的“理想实验”。

三、实验与数学相统一物理是一门以实验为基础的科学，在伽利略以前的不少思想家也指出过实验的重要性，但伽利略与他们不同，他所着眼的不是对自然界的单纯观察，而是有计划的进行实验，在做实验时，研究者就像在向自然界提出他们感兴趣的问题并且得到回答一样。

伽利略认为，理论和自然是否相符，必须由“选择得当的实验”来判断。

及时对那些已经公开的观点也得采用实验法加以探究。

伽利略认为，在对自然界进行实验研究的过程中，必须同时运用数学计算法，所以他特别重视实验的定量分析。

伽利略深信，“自然界”这本“书”使用数学语言写成的，不懂得数学语言，就不能揭开自然界的奥秘。

在对自由落体运动的研究中，伽利略曾大胆地猜测，落体运动是一种最简单的变速运动，即下落物体的速度是随着时间均匀增大的，即v∝t,他也想通过实验来验证，但是如何解决时间的测量问题是个难题。

伽利略对自由落体运动的研究和总结我呀，伽利略，这自由落体运动可把我给琢磨透了。

想当初，我就站在那比萨斜塔下，周围围了好些人呢。

那些人啊，眼睛瞪得大大的，就像牛铃铛似的，都瞅着我手里的那俩球，一个大的，一个小的。

我瞅着那俩球，心里想啊，那些个老学究说啥重的东西落得快，轻的东西落得慢，这能对吗？我就偏不信这个邪。

我就拿着这俩球，脸上带着那种倔强的神情，就像那种认定了事儿八头牛都拉不回来的样子。

旁边就有人跟我说话了，“伽利略啊，你这是干啥呢？这大家都知道重的先落地，你这不是白费功夫嘛。

”我白了他一眼，说：“哼，你们啊，就是被那些老掉牙的理论给框住了，今天我就让你们看看啥叫真理。

”我站在那塔下，风吹着我的头发，有点乱乱的，衣服也被吹得扑扑作响。

我深吸一口气，就像要跟那旧理论宣战一样。

然后我双手一松，那俩球就“嗖”地落下去了。

您猜怎么着？那俩球啊，就像约好了似的，一块儿着地了。

周围的人当时就傻了眼，嘴巴张得能塞下个鹅蛋。

我就站在那，心里那个得意啊，就像三伏天喝了一碗凉井水似的舒坦。

这自由落体运动啊，可不像那些人想的那样。

我为了研究这个，可没少花功夫。

我就成天在那琢磨，看着那些个物体下落，脑子里就像有个小老鼠在不停地跑来跑去。

有时候想得头疼，就拿手揉脑袋，头发都被我揉得像个鸟窝。

我做了好多实验呢，不只是在比萨斜塔这一回。

在那实验室里，我就看着那些小球从不同高度落下，眼睛都不敢眨一下，生怕错过了啥细节。

有时候那小球滚得歪了点，我就赶紧调整，嘴里还嘟囔着，“你个小球啊，可别跟我捣乱。

”这研究的过程啊，就像在黑夜里摸着石头过河，到处都是坑坑洼洼的。

那些反对我的人啊，就像一群嗡嗡叫的苍蝇，在我耳边不停地说些难听的话。

可我不怕，我就想着一定要把这事儿弄清楚。

现在啊，我算是把这自由落体运动给研究明白了。

那些物体啊，在没有空气阻力的情况下，下落的速度跟重量没啥关系，都一样快。

我就像个探险家，在这科学的大森林里找到了一条别人没发现的小路，那感觉，可太妙了。

伽利略对自由落体运动的研究与总结我叫伽利略，我这人啊，就对那天空啊，地上啊这些事儿感兴趣。

自由落体这事儿，就一直搁我心里头挠痒痒。

我就寻思啊，以前那些人说的，重的东西落得快，轻的东西落得慢，好像不太对劲儿。

我就站在那比萨斜塔下面，周围那一群人啊，都在叽叽喳喳的。

有的仰着头，眼睛瞪得老大，等着看我出洋相呢；有的在那儿交头接耳，小声嘀咕着，说我肯定是疯了，要挑战那些老祖宗的理论。

我手里拿着一大一小两个铁球，这俩铁球啊，黑黢黢的，在太阳光下面泛着光。

我瞅着它们，就像瞅着两个宝贝似的。

我心想啊，今天就靠你们俩来给大伙开开眼喽。

我就爬上那塔，那塔斜着，我爬的时候还有点儿晃悠，心里头也有点小紧张呢。

但是我这人啊，就是拗，我就觉得自己想的没错。

站在那上头，风呼呼地吹着，吹得我头发都乱了，我也顾不上。

下面的人在喊啥，我也听不太清了，就只想着把这两个球扔下去。

我一松手，俩球就“嗖”地一下下去了。

那一瞬间啊，我的心都提到嗓子眼儿了。

就看着那俩球，像两个调皮的小鬼，直直地往下落。

结果呢，俩球差不多同时着地。

下面的人一下子就炸开锅了，有喊的，有叫的，有目瞪口呆的，还有那几个之前觉得我不对的人，脸涨得通红，就像那熟透的西红柿。

我就从那塔上下来，心里头可高兴了。

我就知道我想的没错。

可是这事儿还没完呢，我还得琢磨这自由落体到底是咋回事儿啊。

我就坐那儿，拿个小本子，在那写写画画。

有时候想得脑袋疼，就揪揪自己的头发，头发都被我揪掉好几根。

我就想啊，这下落的速度肯定和时间有关系，而且这个速度啊，它是越来越快的。

我就设想着把这个过程啊，分成一小段一小段的时间。

在每一小段时间里，速度的增加是均匀的。

就好像人走路，一步一步稳稳当当的。

我这想法刚一出来的时候，好多人都不理解啊。

有个老学究就跑来跟我说：“伽利略啊，你这想的都是啥啊，和以前的都不一样，肯定不对。

”我就跟他说：“您老啊，不能光看以前的东西，咱得自己去研究，去观察。

”那老学究气得胡子一翘一翘的，甩着袖子就走了。

伽利略对自由落体运动的研究在物理学的发展长河中，伽利略对自由落体运动的研究具有里程碑式的意义。

这一研究不仅颠覆了当时人们对于物体下落的传统认知，更推动了物理学的革命性发展。

在伽利略之前，人们普遍认为重的物体下落得比轻的物体快。

这种观点源于日常生活的观察，但却缺乏科学的验证和理论支持。

然而，伽利略凭借着敏锐的洞察力和强烈的求知欲，对这一传统观念发起了挑战。

为了探究自由落体运动的规律，伽利略首先进行了一系列的思想实验。

他设想，如果将一个重的物体和一个轻的物体绑在一起下落，会出现怎样的情况呢？按照当时的主流观点，重的物体下落快，轻的物体下落慢，那么绑在一起后，轻的物体应该会拖慢重的物体，导致整体下落速度变慢。

但从另一个角度看，绑在一起后的组合体比原来的重物体更重了，应该下落得更快。

这两种相互矛盾的结论让伽利略意识到，传统观点存在着严重的逻辑漏洞。

不过，仅仅依靠思想实验是不够的，伽利略还需要通过实际的观测和实验来验证自己的想法。

然而，在当时的技术条件下，直接测量自由落体运动的速度是极其困难的。

因为物体下落的速度非常快，难以准确记录和测量。

面对这一难题，伽利略展现出了非凡的智慧和创新精神。

他巧妙地采用了“斜面实验”的方法。

通过让小球在斜面上滚动，来模拟自由落体运动。

因为斜面可以减缓物体下落的速度，使得测量变得可行。

在实验中，伽利略仔细测量了小球在不同倾斜角度的斜面上滚动的距离和时间。

他发现，小球滚动的距离与时间的平方成正比。

当斜面的倾斜角度逐渐增大，接近垂直时，小球的运动就越来越接近自由落体运动。

通过对大量实验数据的分析和归纳，伽利略得出了重要的结论：自由落体运动是一种匀加速直线运动，其加速度是恒定的，与物体的质量无关。

伽利略的这一发现彻底改变了人们对物体下落运动的认识。

它打破了传统观念的束缚，为后来牛顿的万有引力定律奠定了坚实的基础。

此外，伽利略在研究自由落体运动的过程中，还提出了科学研究的重要方法。

他强调通过观察、实验和逻辑推理来获取知识，而不是仅仅依赖于权威和传统。

高一物理自由落体运动；伽利略对自由落体运动的研究人教实验版【本讲教育信息】一. 教学内容：第四节自由落体运动第五节伽利略对自由落体运动的研究二. 知识要点：理解什么是自由落体运动，知道自由落体运动是初速度为零的匀加速直线运动，知道自由落体运动的加速度的大小和方向，掌握自由落体运动规律。

了解伽利略如何应用逻辑分析方法，合理猜想、科学论证，大胆实践验证自由落体运动规律。

三. 重点、难点解析：1. 自由落体运动规律的发现落体现象一直是引起物理学家们思考的现象，在伽利略之前，14世纪的艾伯特认为下落物体的速度与下落的距离成正比。

另一位14世纪的学者，N·奥雷姆根据对各种运动的数学研究，提出下落物体的速率与下落的时间成正比，下落的距离与下落时间的平方成正比。

15世纪，L·达芬奇提出在连续相等的时间间隔内下落物体的距离比为1:2:3:4:……公元前4世纪，古希腊伟大的思想家、哲学家亚里士多德（Arestotle）根据与我们类似的观察，直接得出结论：重的物体比轻的物体下落得快。

亚里士多德的论断流传了近2 000年，直到16世纪，亚里士多德在《物理学》中讨论了落体运动和圆运动，已有了速度的概念。

伽利略发现了等加速直线运动中，距离与时间二次方成正比的规律，建立了加速度的概念。

伽利略对问题的研究比较全面，先是通过观察现象，提出假设，运用逻辑和数学推理得出推论，再通过实验对推论进行检验（这是其他物理家在研究同一问题上缺少的关键环节），并对假说进行修正和推广。

他最先研究了惯性运动和落体运动的规律，为牛顿第一定律和第二定律的研究铺平了道路。

他倡导实验和理论计算相结合，用实验检验理论的推导。

这种研究方法对以后的科学研究工作具有重大的指导意义。

伽利略运用推理方法，使亚里士多德的结论陷入矛盾中；运用理想模型，猜想落体运动的规律；运用数学方法，推导自由落体运动的数学表达式以及可以直接测定的物理量之间的函数关系；运用实验方法，对自由落体运动定律进行实验验证。

2.6 伽利略对自由落体运动的研究教材分析本节内容是让学生了解并学习伽利略研究自由落体运动的科学思维方法和巧妙的实验构思.教材编写的脉络清楚，逻辑推理严谨，文字表述生动、通俗易懂，因此，适合于学生自主学习.本节是新教材注重过程与方法、情感态度和价值观的一个标志性内容.过去的教学过分注重对知识与技能的掌握，而忽略了对科学精神、科学研究方法的培养.因此，能否通过这节课的学习让学生体会到人类对自然世界的探究思想和方法，感受到一位伟大的科学家的高尚情操，就成为这节课最终的目标.为了更好地落实新课标的精神，该教学策略采用了先让学生收集相关资料，在课堂上经过讨论和发表见解，充实和完善伽利略的研究过程与方法.引导学生一步步体会伽利略严谨的科学态度、不畏强权的探索精神和正确地解决问题的思路，树立正确的科学观念.教学目标（一）教学目标：1、了解伽利略对自由落体运动的研究思路和方法；2、能够合理设计实验，并将实验数据用图线法处理。

（二）过程和方法：1、经历伽利略对自由落体运动的研究方法，感悟科学探究的方法；2、分组进行科学探究活动，完成实验操作；3、培养学生进行数学推理和图象处理数据的能力。

（三）情感目标：1、激发了学生学习伽利略敢于向权威挑战，善于观察思考，知难而进的优秀品质；2、培养学生耐心细致的意志品质，创新思想和互相协作的精神。

教学重点通过重现重大发现的历史过程，让学生亲临其境探究伽利略对自由落体运动研究的实验，学习其科学思维方法和巧妙的实验构思。

教学难点1、当无法验证自由落体运动是初速度为零的匀加速直线运动时，如何引导学生巧妙设计斜面实验间接验证；2、引导学生在实验过程中怎样进行合理猜想、数学推理、合理外推等重要方法。

教学过程（一）预习检查、总结疑惑?1、教师提问：我们在上一节课已经学习了自由落体运动知道：（1）定义？（物体只在重力作用下从静止开始下落的运动）（2）实质？（初速度为0的匀加速直线运动）2、教师指出：纸张比石头下落得慢是由于空气阻力的影响，但使人误以为“重物比轻物下落得快”。

用Tracker 视频跟踪软件分析运动物体加速度马诗航 唐艳妮 李雪琴 刘 芯 何楚洹（火箭军工程大学，陕西 西安 710025）【摘 要】文章运用Tracker 视频跟踪软件分析运动物体的影像视频，获得其时间-位移数据，结合Excel 数据分析软件对所获取数据进行线性拟合，根据加速度、时间、位移的关系，求得斜面运动物体的加速度。

利用家中随处可见的物品和Tracker 等软件测量抽象的加速度，降低了数据探究的难度，增加了实验探究的自由度和趣味性。

【关键词】Tracker 视频跟踪软件；线性拟合；加速度；运动物体【中图分类号】G633.7 【文献标识码】A 【文章编号】1008-1151(2020)09-0027-03Analysis of Acceleration of Moving Objects with Tracker Video Tracking SoftwareAbstract: In this paper, Tracker video tracking software was used to analyze the videos images of moving objects to obtain time displacement data. The obtained data were linearly fitted with Excel data analysis software. The acceleration of the moving object on the inclined plane was obtained according to the relationship between acceleration, time and displacement. Abstract acceleration can be measured by objects that can be seen everywhere in the home and software such as Tracker, which reduces the difficulty of data exploration and increases the freedom and interest of experimental exploration.Key words: Tracker video tracking software; linear fitting; acceleration; moving objects引言加速度是一种描述物体运动快慢的物理量，在研究运动物体中具有重要的应用。