《伽利略對自由落體運(yùn)動的研究》參考資料

《伽利略對自由落體運(yùn)動的研究》參考資料一、亞里士多德為什么在物理問題中總是出錯(cuò)──評述亞里士多德的功與過

物理教科書上，亞里士多德給同學(xué)們的形象不好。他老是出錯(cuò)，請同學(xué)們講一講，他有哪些錯(cuò)誤的結(jié)論。

“物體下落的快慢是由它的重量決定的，物體越重，下落得越快”、“力是維持物體運(yùn)動的原因，用力推車，車才前進(jìn)，停止用力，車子就要停下來”。

是否覺得亞里士多德實(shí)在太不高明，而伽利略則比他偉大千倍。其實(shí)這種看法過于偏激，事實(shí)上，亞里士多德是古代的一位偉大思想家，一位百科全書式的大學(xué)問家，他有著成就事業(yè)的理性方法，又有著幾乎無所不及的思想成果，是古代科學(xué)思想的偉大代表，不僅在哲學(xué)、邏輯學(xué)方面的成就至今還被應(yīng)用著，而且對物理學(xué)的前期發(fā)展是有貢獻(xiàn)的。

①亞里士多德認(rèn)為，物體永遠(yuǎn)在運(yùn)動變化，“運(yùn)動是永恒的，不能在一個(gè)時(shí)候曾經(jīng)存在，在另一個(gè)時(shí)候不存在”這種運(yùn)動永恒的觀點(diǎn)具有唯物主義思想，包含辯證法的因素，至今仍是積極而有價(jià)值的。

亞里士多德提出的“自然運(yùn)動”與“非自然運(yùn)動”的理論。其中含有靜止慣性的思想，在遙遠(yuǎn)的公元前，已是難能可貴的了。

②亞里士多德認(rèn)為地上的物質(zhì)由土、水、氣、火這四種“基本元素”組成；企圖從物質(zhì)本身來說明自然，把科學(xué)從宗教與神話中解放出來，這一精神是有進(jìn)步意義，這是人類幼年時(shí)代的思想精粹。

③亞里士多德主張大地是球形的，并列出了一些事實(shí)來證明。他說，當(dāng)月蝕的時(shí)候，其顯明的部份恰帶有球形的形狀……月蝕的成因乃是由于地球遮蔽月球之故，因而這就是說，地球表面的球形確定了月球的輪廓：認(rèn)識到大地是球形，是一個(gè)重大的認(rèn)識飛躍，為后來引力理論的建立作了思想準(zhǔn)備。

這樣一位偉大的學(xué)者為什么在物理問題上經(jīng)常出錯(cuò)？亞里士多德的錯(cuò)誤不在于頭腦也不全在于時(shí)代，而在于研究方法。亞里士多德對物理的研究是采用“觀察加直覺”的方法，他的那些錯(cuò)誤結(jié)論是靠觀察，并依賴直接推理，得出一系列直覺結(jié)論。固然，觀察與直覺對物理研究是至關(guān)重要的。詳細(xì)的觀察和良好的直覺往往導(dǎo)致偉大的發(fā)現(xiàn)。然而物理學(xué)是一門以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的學(xué)科，所以根據(jù)直接觀察所得出的直覺結(jié)論不是都可靠，有時(shí)會將人們引入歧途。如果說伽利略比亞里士多德偉大，就在于伽利略是第一位創(chuàng)造通過實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)理論推導(dǎo)的科學(xué)研究方法的科學(xué)家．

二、伽利略與自由落體

亞里士多德的學(xué)說在十六世紀(jì)仍然如日中天，人人都奉為經(jīng)典，沒有人提出任何的懷疑。亞里士多德關(guān)于「自由落體」的學(xué)說是：物體自高處自由落下的速度和重量成正比。也就是說，一個(gè)十磅重的物體，下墜的速度會比一磅重的物體快十倍。這個(gè)學(xué)說在大小的外表上看來，似乎非常的合理，而且人人也都相信學(xué)說的真確性，教授們嚴(yán)肅的把這個(gè)學(xué)說教給他們的學(xué)生，學(xué)生們也都敬謹(jǐn)?shù)慕邮苓@個(gè)學(xué)說，只有伽利略表示懷疑。

伽利略曾經(jīng)親眼目睹大小不同的冰雹，同時(shí)一起掉落到地。根據(jù)常識判斷，它們似乎是從同一高度一起下墜的，但是按照亞里士多德的學(xué)說，較大的冰雹應(yīng)該先落到地面上，小冰雹在接著掉來，伽利略觀察到的并非如此。

他做了許多實(shí)驗(yàn)，發(fā)覺亞里士多德的學(xué)說是錯(cuò)誤的。

以往，他們按亞里士多德的學(xué)說照本宣科，從來沒有懷疑過。現(xiàn)在，居然有一位二十五歲的青年，提出了要求證據(jù)的疑問。結(jié)果呢？要是兩個(gè)重體以非常懸殊的速度墜落地面，教授們可以松一口氣，證明亞里士多德的學(xué)說是正確的，伽利略將被冠上「說謊者」、「攪局者」的罪名。要是兩個(gè)重體同時(shí)墜落地面？又將如何解釋呢？是揚(yáng)棄奉行多年的亞里士多德學(xué)說，接受伽利略實(shí)驗(yàn)所證明的事實(shí)，還是對伽利略的實(shí)驗(yàn)視若無睹？

兩個(gè)不同質(zhì)量重球的砰然一聲，并不表示亞里士多德的學(xué)說已經(jīng)崩潰。因?yàn)樗麄冊诓幌胂嘈乓患鎸?shí)事物的時(shí)候，根本不去看一看、摸一摸，無論如何也不愿意承認(rèn)亞里士多德的學(xué)說是錯(cuò)誤的。更荒謬的是他們反而懷疑伽利略為了證實(shí)速度相同，而在重球內(nèi)隱藏了「魔術(shù)」。

三、評述伽利略的科學(xué)研究方法

①伽利略用數(shù)學(xué)推理、實(shí)驗(yàn)和思想實(shí)驗(yàn)方法證明亞里士多德的看法是錯(cuò)誤的，還用實(shí)驗(yàn)證明了力不是維持物體運(yùn)動而是改變物體運(yùn)動狀態(tài)的原因，并根據(jù)斜面實(shí)驗(yàn)，提出慣性的概念，總結(jié)出了慣性定律，自由落體運(yùn)動定律，相對性原理，發(fā)現(xiàn)了單擺等時(shí)性原理，用自制的33倍望遠(yuǎn)鏡發(fā)現(xiàn)了一系列天文現(xiàn)象。

②伽利略為了確立新的自然研究法──實(shí)驗(yàn)法的地位，又同教會的唯心論世界觀進(jìn)行了激烈的斗爭，受到羅馬宗教法庭的迫害，罰他每星期背誦七篇懺悔圣詩，無限期地監(jiān)禁在他自己家中。但強(qiáng)權(quán)沒有迫使伽利略屈服，他在家中寫下了《兩種科學(xué)的對話》，它用實(shí)驗(yàn)方法在物理學(xué)上打開了人們的眼界。不幸的是這本書出版時(shí)，伽利略已雙目失明，永遠(yuǎn)也看不到它了。

③伽利略創(chuàng)立近代科學(xué)時(shí)用了三個(gè)方法：實(shí)驗(yàn)方法、數(shù)學(xué)方法和思想實(shí)驗(yàn)方法。在其后的200中，自然科學(xué)迅猛發(fā)展，涌現(xiàn)出了許許多多物理學(xué)巨匠，當(dāng)人類進(jìn)入20世紀(jì)時(shí)，思想實(shí)驗(yàn)的方法突然被頻繁的運(yùn)用起來。愛因斯坦創(chuàng)立了相對論，當(dāng)人們離開伽利略的船艙來到愛因斯坦的火車上時(shí)，關(guān)于尺縮效應(yīng)、關(guān)于同時(shí)的相對性、關(guān)于只有在高速世界里才可能發(fā)生的奇妙景象，被愛因斯坦用思想實(shí)驗(yàn)論述得合情合理。波爾和愛因斯坦關(guān)于量子的概率進(jìn)行爭論時(shí)，他們用思想實(shí)驗(yàn)進(jìn)行辯論，讓人類看到世界上第一流的科學(xué)巨匠是怎樣暢游在理念的世界里。當(dāng)今人們建立了大爆炸宇宙模型，當(dāng)代理論物理學(xué)家霍金站在人們面前演講的時(shí)候，談到世界是十維的，并說了一句意味深長的話：我們看到的世界就是火光照在洞壁上的影子?。ゴ蟮奈锢韺W(xué)家愛因斯坦給了伽利略極高的評價(jià)，說“伽利略的發(fā)現(xiàn)及他所用的科學(xué)推理方法是人類思想史上最偉大的成就之一，而且標(biāo)志著物理學(xué)的真正開端，這個(gè)發(fā)現(xiàn)告訴我們，根據(jù)直接觀察所得出的直覺的結(jié)論不總是可靠的，因?yàn)樗鼈冇袝r(shí)會引到錯(cuò)誤的線索上去”。這精辟的分析告訴了我們伽利略成功的秘訣和亞里士多德失敗的原因。伽利略運(yùn)用最大膽的思辨彌補(bǔ)了經(jīng)驗(yàn)材料之間的空隙，伽利略的方法是理論和實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的方法。伽利略當(dāng)之無愧的成為近代物理之父——愛因斯坦伽利略時(shí)代之前，除了偶然發(fā)現(xiàn)所帶來的發(fā)明之外，需要常常在發(fā)明之先；伽利略之后，我們看見了為了追求純粹的知識而進(jìn)行的科學(xué)研究，開始走在實(shí)際的應(yīng)用與發(fā)明的前面，并且啟發(fā)了實(shí)際的應(yīng)用和發(fā)明，發(fā)明出現(xiàn)之后，又為科學(xué)研究與工業(yè)發(fā)展開辟了新的領(lǐng)域?！て枺ㄓ菊n后訓(xùn)練】1.在物理學(xué)的發(fā)展歷程中，下面的哪位科學(xué)家首先建立了平均速度、瞬時(shí)速度和加速度等概念用來描述物體的運(yùn)動，并首先采用了實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)猜想和假設(shè)的科學(xué)方法，把實(shí)驗(yàn)和邏輯推理和諧地結(jié)合起來，從而有力地推進(jìn)了人類科學(xué)的發(fā)展A.亞里士多德B.伽利略 C.牛頓 D.愛因斯坦2.在學(xué)習(xí)物理知識的同時(shí)，還應(yīng)當(dāng)十分注意學(xué)習(xí)物理學(xué)研究問題的思想和方法，從一定意義上說，后一點(diǎn)甚至更重要.偉大的物理學(xué)家伽利略的研究方法對于后來的科學(xué)研究具有重大的啟蒙作用，至今仍然具有重要意義.請你回顧伽利略探究物體下落規(guī)律的過程，判定下列哪個(gè)過程是伽利略的探究過程A.猜想—問題—數(shù)學(xué)推理—實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證—合理外推—得出結(jié)論B.問題—猜想—實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證—數(shù)學(xué)推理—合理外推—得出結(jié)論C.問題—猜想—數(shù)學(xué)推理—實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證—合理外推—得出結(jié)論D.猜想—問題—實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證—數(shù)學(xué)推理—合理外推—得出結(jié)論3.某同學(xué)搖動蘋果樹，從同一高度一個(gè)蘋果和一片樹葉同時(shí)從靜止直接落向地面，蘋果先著地，下面說法中正確的是A.蘋果和樹葉做的都是自由落體運(yùn)動B.蘋果和樹葉的運(yùn)動都不能看成自由落體運(yùn)動C.蘋果的運(yùn)動可看成自由落體運(yùn)動，樹葉的運(yùn)動不能看成自由落體運(yùn)動D.假如地球上沒有空氣，則蘋果和樹葉會同時(shí)落地4.甲同學(xué)看到乙同學(xué)從10層樓的樓頂同時(shí)由靜止釋放兩個(gè)看上去完全相同的鐵球，結(jié)果甲同學(xué)看到兩球不是同時(shí)落地的.他分析了兩球未能同時(shí)落地的原因.你認(rèn)為他的下列分析哪些是正確的A.兩球在下落過程中受到的空氣阻力不同，先落地的受空氣阻力小B.兩球在下落過程中受到的空氣阻力不同，先落地的受空氣阻力大C.兩球下落過程中受到的空氣阻力相同，先落地的是實(shí)心球，重力遠(yuǎn)大于阻力D.兩球下落過程中受到的空氣阻力相同，先落地的是空心球，阻力與重力比，差別較小5.伽利略用實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證v∝t的最大困難是A.不能很準(zhǔn)確地測定下落的距離 B.不能測出下落物體的瞬時(shí)速度C.當(dāng)時(shí)沒有測量時(shí)間的儀器 D.當(dāng)時(shí)沒有記錄落體運(yùn)動的