26伽利略對自由落體運動的研究課件

伽利略對自由落體運動的研究

伽利略對自由落體運動的研究1一、歷史的回顧亞里士多德通過對大量的物體自由下落的觀察，直接得出結論：重的物體比輕的物體下落的快，即“重快輕慢”。由于他在學術界的崇高地位，且該結論符合生活經(jīng)驗，這種論斷流傳了近2000年。一、歷史的回顧亞里士多德通過對大量的物體自由下落的觀察，直接2二、邏輯的力量16世紀，意大利的科學家伽利略用佯謬的方法巧妙地推翻了這種觀點。（并在比薩斜塔用實驗證明了這種觀點）伽利略的推理.swf因此，伽利略提出新的觀點：重物與輕物應該下落得同樣快二、邏輯的力量16世紀，意大利的科學家伽利略用佯謬的方法巧妙3（問題）：既然物體自由下落跟質(zhì)量無關，那么它到底遵循什么樣的規(guī)律呢？伽利略用推論否定了亞里士多德的觀點后，就開始研究落體運動的性質(zhì)。（問題）：4三、伽利略的猜想和假設1、伽利略研究落體運動首先應該解決的問題建立描述運動所需要的概念：時間、位移、瞬時速度、平均速度、加速度2、伽利略的猜想：

v∝x（最后否定了）

v∝t三、伽利略的猜想和假設1、伽利略研究落體運動首先應該解決的問5四、伽利略的探索之路

（知識=觀察+實驗+思考）大膽的猜測：下落物體的速度是隨時間均勻增加的，即則：測瞬時速度V與時間t成正比四、伽利略的探索之路

（知識=觀察+實驗+思考）大膽的猜測：6困難一

瞬時速度無法準確測量為了解決測量瞬時速度的困難，伽利略尋求間接驗證的途徑（思維的作用）則：測下落的高度與時間t2成正比知識觀察實驗思考困難一瞬時速度無法準確測量為了解決測量瞬時速度的7沖淡重力困難二物體下落很快，很難測定不同位移的時間（思維）為了減緩物體下落速度，伽利略設計了著名的“沖淡重力”的斜面實驗。

沖淡重力困難二物體下落很快，很難測定不同位移的時間8實驗驗證：伽利略用銅球從斜槽的不同位置由靜止下落，伽利略手稿中記錄的一組實驗數(shù)據(jù)結果表示為：

伽利略發(fā)現(xiàn)，斜面的傾角不同，上述比例關系同樣成立，只是這個常數(shù)即加速度a隨著θ的增大而增大。從不同高度開始滾下，只要斜面傾角一定，不同質(zhì)量的小球的加速度都相同時間單位12345678距離單位32130298526824119216002104實驗驗證：伽利略用銅球從斜槽的不同位置由靜止下落，伽利略手9合理外推

困難三、伽利略用斜面實驗驗證了后，怎樣說明落體運動也符合這個規(guī)律？合理外推：隨著θ的增大，的數(shù)值在增大。當θ=900時，即物體豎直下落時，這個關系也應該成立，這時的數(shù)值a最大。這時小球的運動不就是自由落體運動嗎？伽利略認為這時小球的運動仍保持勻加速運動，而且所有物體下落時的加速度都是一樣的合理外推困難三、伽利略用斜面實驗驗證了后，怎樣說明落體運動10空氣中紙片下落空氣中重物下落真空中重物下落f空氣阻力f空氣阻力空氣阻力f為零G重力G重力G重力伽利略的邏輯和實驗自然使人欽佩，但人們又疑惑：為什么日常生活中會看到重的物體下落得快呢？如果排除空氣阻力，所有物體將下落得同樣快，這時落體運動也就真正成為自由落體運動伽利略的解釋：分析物體的受力情況空氣中紙片下落空氣中重物下落真空中重物下落f空氣阻力f空氣阻11至此，他終于成功地驗證了原先的猜想，不但否定了亞里士多德的錯誤論斷，而且得到了物體下落的規(guī)律。分析：伽利略的成功，不僅在與找到了落體運動的規(guī)律，更重要的是開辟了一條研究物理學的研究之路。至此，他終于成功地驗證了原先的猜想，不但否定了亞里士多德的錯12四、伽利略的科學研究方法

①對現(xiàn)象的一般觀察，提出問題→→②提出假設→→③運用邏輯(包括數(shù)學推理)得出推論→→④實驗進行檢驗→→⑤對假設進行修正和推廣→……即科學探究的過程四、伽利略的科學研究方法①對現(xiàn)象的一般觀察，提出13

美國宇航員大衛(wèi)·斯哥特在月球上同時釋放了一把錘子和一根羽毛，他發(fā)現(xiàn)兩者同時落地。他說，如果沒有伽利略落體定律的發(fā)現(xiàn)，他就不可能站在那個地方。于是他情不自禁地在月球上重復他在中學時就在抽空的玻璃管內(nèi)看到的雞毛銅錢實驗美國宇航員大衛(wèi)·斯哥特在月14航天員深刻地知道，雖然僅靠伽利略的落體定律還不能登月，但沒有以伽利略落體定律為代表的科學基礎，人類社會是不會有今天輝煌的科學技術成就的。伽利略對運動的研究，不僅確立了許多用于描述運動的基本概念，而且創(chuàng)造了一套對近代科學的發(fā)展極為有益的科學方法。這些方法的核心是把實驗和邏輯推理（包括數(shù)學演算）和諧地結合起來，從而發(fā)展了人類的科學思維方式和科學研究方法航天員深刻地知道，雖然僅靠伽利略的落體定律還不能登月，但沒有15超越伽利略

現(xiàn)在我們不必用斜面來“沖淡重力”，采用現(xiàn)代化的儀器設備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(zhì)?，F(xiàn)代研究落體運動的方法：1、“自由落體頻閃照片”求加速度2、用打點計時器研究紙帶求出加速度3、其它方法（測速計等）現(xiàn)在我們已經(jīng)有足夠的設備準確的驗證落體運動規(guī)律超越伽利略現(xiàn)在我們不必用斜面來“沖淡重力”，采用現(xiàn)代化的儀16人們采用先進的實驗手段測得：一切物體的自由落體的加速度都相同，這個加速度叫重力加速度，用g表示。通常的計算，g值取9.8m/s2實際意義：當物體所受空氣阻力比物體本身重力小得多時，即f<<G時。從靜止開始的豎直下落運動，可以按自由落體運動處理。人們采用先進的實驗手段測得：實際意義：17課題研究1、閱讀教材P48的閱讀材料STS：

《從伽利略的一生看科學與社會》2、P49做一做3、亞里士多德是古代偉大的思想家、哲學家，但他在物理方面的結論，如重快輕慢、物體的運動需要力來維持，卻是錯誤的。這是為什么？請帶著這個問題去圖書館或上網(wǎng)查找亞里士多德和伽利略的有關資料，做一點關于這兩位學者的科學觀念、方法、態(tài)度等方面的調(diào)查。課題研究1、閱讀教材P48的閱讀材料STS：18一、認識兩位科學家伽利略①伽利略全名伽利略·伽利萊，他是文藝復興后期近代實驗科學的創(chuàng)始人。1564年伽利略生于意大利的比薩城，1611年，伽利略應邀來到羅馬，在羅馬期間，伽利略為了確立新的自然研究法—實驗法的地位，又同教會的唯心論世界觀進行了激烈的斗爭，這就更加激怒了教會。1632年，他的名著《關于兩大世界體系的對話》出版，但立即被教會列為禁書。1633年6月22日，伽利略受到宗教法庭審判，并被判終身軟禁，成了“宗教裁判判所”的囚徒。1638年，伽利略在荷蘭出版了《關于兩門新學科與數(shù)學證明的談話》一書，對自己多年來在力學方面的研究進行了總結。一、認識兩位科學家伽利略19②他的父親是一位才華出眾的音樂家和教育家。他在科學上的創(chuàng)造才能，在青年時代就顯示出來了。當他還是比薩大學醫(yī)科學生時，就發(fā)明了能測量脈搏速率的擺式計時裝置。后來他的興趣轉向了數(shù)學和物理學。②他的父親是一位才華出眾的音樂家和教育家。他在科學上的創(chuàng)造20③1581年，17歲的伽利略對古希臘的物理學及亞里士多德、埃夫克利德和阿基米德的著作著迷。伽利略在數(shù)學、天文學，特別是力學方面有了很深的造詣，學術上成果累累。他通過大量的觀察和實驗總結出了慣性定律、自由落體運動規(guī)律和相對性原理；發(fā)現(xiàn)了單擺振動的等時性原理；用自制的33倍望遠鏡觀察天象，發(fā)現(xiàn)了一系列令人震驚的天文現(xiàn)象。伽利略將觀察到的天文現(xiàn)象寫成《星際使者》一書，于1610年發(fā)表。書中介紹了月球上的環(huán)狀山脈，無數(shù)星體構成的銀河系，金星的盈虧，木星的四顆衛(wèi)星，太陽黑斑等等，從而對哥白尼的“天體運行”論提供了有力的支持，同時也動搖了亞里士多德—托勒密的地心說。③1581年，17歲的伽利略對古希臘的物理學及亞里士多德、埃21亞里士多德①作為一位偉大的、百科全書式的科學家，亞里士多德對世界的貢獻之大，令人震驚。他至少撰寫了170種著作，其中流傳下來的有47種。他的科學著作，在那個年代簡直就是一本百科全書。但他的成就遠不止于此。他還是一位真正哲學家，對哲學每個學科幾乎都做出了貢獻。亞里士多德集中古代知識于一身，在他死后幾百年中，沒有一個人像他那樣對知識有過系統(tǒng)考察和全面掌握。他的著作是古代的百科全書。恩格斯稱他是“最博學的人”。亞里士多德22②亞里士多德最大的貢獻在于創(chuàng)立了形式邏輯這一重要分支學科。邏輯思維是亞里士多德在眾多領域建樹卓越的支柱。亞里士多德的思想對西方文化根本傾向以至內(nèi)容產(chǎn)生了深刻的影響。在上古及中古時期，他的著作被譯成拉丁文、敘利亞文、阿拉伯文、意大利文、希伯來文、德語和英語。隨著亞里士多德作品的不斷被發(fā)現(xiàn)，中世紀出現(xiàn)了一個研究亞里士多德主義的新時代，學者們以此作為求得各方面真知識的基礎。亞里士多德學識淵博，著述頗豐．他對于當時尚未分類的科學部門如政治、邏輯、倫理、歷史、物理(自然學科)、心理學、美學、教育學等均有研究并有獨到見解，被馬克思譽為“古代最偉大的思想家”。②亞里士多德最大的貢獻在于創(chuàng)立了形式邏輯這一重要分支23③亞里士多德是古希臘又一位偉大的教育思想家，建立了包括自然學科在內(nèi)的百科全書式的課程體系，提出了注重實踐的良好措施，為后人留下了一筆包羅宏富的教育遺產(chǎn)。亞里士多德顯示了希臘科學的一個轉折點。在他以前，科學家和哲學家都力求提出一個完整的世界體系，來解釋自然現(xiàn)象．他是最后一個提出完整世界體系的人。在他以后，許多科學家放棄提出完整體系的企圖，轉入研究具體問題。③亞里士多德是古希臘又一位偉大的教育思想家，建立了包括自然學24

物理教科書上，亞里士多德給同學們的形象不妙、他老是出錯，老是作出一些輕率的結論。同學們覺得亞里士多德實在太不高明而伽利略則比他偉大于百倍。事實上，亞里士多德是古代一位偉大的學者，一位百科全書式的大學問家，有幾乎無所不及的思想成就。我們應該正確的、全面的去認識一位科學家。伽利略創(chuàng)造了一套對近代科學的發(fā)展極為有益的科學方法，從而糾正了亞里士多德在物理上犯的一些錯誤。物理教科書上，亞里士多德給同學們的形象不妙、他老是出錯25介紹一本好書介紹一本好書26

伽利略對自由落體運動的研究

伽利略對自由落體運動的研究27一、歷史的回顧亞里士多德通過對大量的物體自由下落的觀察，直接得出結論：重的物體比輕的物體下落的快，即“重快輕慢”。由于他在學術界的崇高地位，且該結論符合生活經(jīng)驗，這種論斷流傳了近2000年。一、歷史的回顧亞里士多德通過對大量的物體自由下落的觀察，直接28二、邏輯的力量16世紀，意大利的科學家伽利略用佯謬的方法巧妙地推翻了這種觀點。（并在比薩斜塔用實驗證明了這種觀點）伽利略的推理.swf因此，伽利略提出新的觀點：重物與輕物應該下落得同樣快二、邏輯的力量16世紀，意大利的科學家伽利略用佯謬的方法巧妙29（問題）：既然物體自由下落跟質(zhì)量無關，那么它到底遵循什么樣的規(guī)律呢？伽利略用推論否定了亞里士多德的觀點后，就開始研究落體運動的性質(zhì)。（問題）：30三、伽利略的猜想和假設1、伽利略研究落體運動首先應該解決的問題建立描述運動所需要的概念：時間、位移、瞬時速度、平均速度、加速度2、伽利略的猜想：

v∝x（最后否定了）

v∝t三、伽利略的猜想和假設1、伽利略研究落體運動首先應該解決的問31四、伽利略的探索之路

（知識=觀察+實驗+思考）大膽的猜測：下落物體的速度是隨時間均勻增加的，即則：測瞬時速度V與時間t成正比四、伽利略的探索之路

（知識=觀察+實驗+思考）大膽的猜測：32困難一

瞬時速度無法準確測量為了解決測量瞬時速度的困難，伽利略尋求間接驗證的途徑（思維的作用）則：測下落的高度與時間t2成正比知識觀察實驗思考困難一瞬時速度無法準確測量為了解決測量瞬時速度的33沖淡重力困難二物體下落很快，很難測定不同位移的時間（思維）為了減緩物體下落速度，伽利略設計了著名的“沖淡重力”的斜面實驗。

沖淡重力困難二物體下落很快，很難測定不同位移的時間34實驗驗證：伽利略用銅球從斜槽的不同位置由靜止下落，伽利略手稿中記錄的一組實驗數(shù)據(jù)結果表示為：

伽利略發(fā)現(xiàn)，斜面的傾角不同，上述比例關系同樣成立，只是這個常數(shù)即加速度a隨著θ的增大而增大。從不同高度開始滾下，只要斜面傾角一定，不同質(zhì)量的小球的加速度都相同時間單位12345678距離單位32130298526824119216002104實驗驗證：伽利略用銅球從斜槽的不同位置由靜止下落，伽利略手35合理外推

困難三、伽利略用斜面實驗驗證了后，怎樣說明落體運動也符合這個規(guī)律？合理外推：隨著θ的增大，的數(shù)值在增大。當θ=900時，即物體豎直下落時，這個關系也應該成立，這時的數(shù)值a最大。這時小球的運動不就是自由落體運動嗎？伽利略認為這時小球的運動仍保持勻加速運動，而且所有物體下落時的加速度都是一樣的合理外推困難三、伽利略用斜面實驗驗證了后，怎樣說明落體運動36空氣中紙片下落空氣中重物下落真空中重物下落f空氣阻力f空氣阻力空氣阻力f為零G重力G重力G重力伽利略的邏輯和實驗自然使人欽佩，但人們又疑惑：為什么日常生活中會看到重的物體下落得快呢？如果排除空氣阻力，所有物體將下落得同樣快，這時落體運動也就真正成為自由落體運動伽利略的解釋：分析物體的受力情況空氣中紙片下落空氣中重物下落真空中重物下落f空氣阻力f空氣阻37至此，他終于成功地驗證了原先的猜想，不但否定了亞里士多德的錯誤論斷，而且得到了物體下落的規(guī)律。分析：伽利略的成功，不僅在與找到了落體運動的規(guī)律，更重要的是開辟了一條研究物理學的研究之路。至此，他終于成功地驗證了原先的猜想，不但否定了亞里士多德的錯38四、伽利略的科學研究方法

①對現(xiàn)象的一般觀察，提出問題→→②提出假設→→③運用邏輯(包括數(shù)學推理)得出推論→→④實驗進行檢驗→→⑤對假設進行修正和推廣→……即科學探究的過程四、伽利略的科學研究方法①對現(xiàn)象的一般觀察，提出39

美國宇航員大衛(wèi)·斯哥特在月球上同時釋放了一把錘子和一根羽毛，他發(fā)現(xiàn)兩者同時落地。他說，如果沒有伽利略落體定律的發(fā)現(xiàn)，他就不可能站在那個地方。于是他情不自禁地在月球上重復他在中學時就在抽空的玻璃管內(nèi)看到的雞毛銅錢實驗美國宇航員大衛(wèi)·斯哥特在月40航天員深刻地知道，雖然僅靠伽利略的落體定律還不能登月，但沒有以伽利略落體定律為代表的科學基礎，人類社會是不會有今天輝煌的科學技術成就的。伽利略對運動的研究，不僅確立了許多用于描述運動的基本概念，而且創(chuàng)造了一套對近代科學的發(fā)展極為有益的科學方法。這些方法的核心是把實驗和邏輯推理（包括數(shù)學演算）和諧地結合起來，從而發(fā)展了人類的科學思維方式和科學研究方法航天員深刻地知道，雖然僅靠伽利略的落體定律還不能登月，但沒有41超越伽利略

現(xiàn)在我們不必用斜面來“沖淡重力”，采用現(xiàn)代化的儀器設備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(zhì)?，F(xiàn)代研究落體運動的方法：1、“自由落體頻閃照片”求加速度2、用打點計時器研究紙帶求出加速度3、其它方法（測速計等）現(xiàn)在我們已經(jīng)有足夠的設備準確的驗證落體運動規(guī)律超越伽利略現(xiàn)在我們不必用斜面來“沖淡重力”，采用現(xiàn)代化的儀42人們采用先進的實驗手段測得：一切物體的自由落體的加速度都相同，這個加速度叫重力加速度，用g表示。通常的計算，g值取9.8m/s2實際意義：當物體所受空氣阻力比物體本身重力小得多時，即f<<G時。從靜止開始的豎直下落運動，可以按自由落體運動處理。人們采用先進的實驗手段測得：實際意義：43課題研究1、閱讀教材P48的閱讀材料STS：

《從伽利略的一生看科學與社會》2、P49做一做3、亞里士多德是古代偉大的思想家、哲學家，但他在物理方面的結論，如重快輕慢、物體的運動需要力來維持，卻是錯誤的。這是為什么？請帶著這個問題去圖書館或上網(wǎng)查找亞里士多德和伽利略的有關資料，做一點關于這兩位學者的科學觀念、方法、態(tài)度等方面的調(diào)查。課題研究1、閱讀教材P48的閱讀材料STS：44一、認識兩位科學家伽利略①伽利略全名伽利略·伽利萊，他是文藝復興后期近代實驗科學的創(chuàng)始人。1564年伽利略生于意大利的比薩城，1611年，伽利略應邀來到羅馬，在羅馬期間，伽利略為了確立新的自然研究法—實驗法的地位，又同教會的唯心論世界觀進行了激烈的斗爭，這就更加激怒了教會。1632年，他的名著《關于兩大世界體系的對話》出版，但立即被教會列為禁書。1633年6月22日，伽利略受到宗教法庭審判，并被判終身軟禁，成了“宗教裁判判所”的囚徒。1638年，伽利略在荷蘭出版了《關于兩門新學科與數(shù)學證明的談話》一書，對自己多年來在力學方面的研究進行了總結。一、認識兩位科學家伽利略45②他的父親是一位才華出眾的音樂家和教育家。他在科學上的創(chuàng)造才能，在青年時代就顯示出來了。當他還是比薩大學醫(yī)科學生時，就發(fā)明了能測量脈搏速率的擺式計時裝置。后來他的興趣轉向了數(shù)學和物理學。②他的父親是一位才華出眾的音樂家和教育家。他在科學上的創(chuàng)造46③1581年，17歲的伽利略對古希臘的物理學及亞里士多德、埃夫克利德和阿基米德的著作著迷。伽利略在數(shù)學、天文學，特別是力學方面有了很深的造詣，學術上成果累累。他通過大量的觀察和實驗總結出了慣性定律、自由落體運動規(guī)律和相對性原理；發(fā)現(xiàn)了單擺振動的等時性原理；用自制的33倍望遠鏡觀察天象，發(fā)現(xiàn)了一系列令人震驚的天文現(xiàn)象。伽利略將觀察到的天文現(xiàn)象寫成《星際使者》一書，于1610年發(fā)表。書中介紹了月球上的環(huán)狀山脈，無數(shù)星體構成的銀河系，金星的盈虧，木星的四顆衛(wèi)星，太陽黑斑等等，從而對哥白尼的“天體運行”論提供了有力的支持，同時也動搖了亞里士多德—托勒密的地心說。③1581年，17歲的伽利略對古希臘的物理學及亞里士多德、埃47亞里士多德①作為一位偉大的、百科全書式的科學家，亞里士多德對世界的貢獻之大，令人震驚。他至少撰寫了170種著作，其中流傳下來的有47種。他的科學著