第 2 章伽利略與落體運(yùn)動

第2章伽利略與落體運(yùn)動§2.1伽利略對落體運(yùn)動的探索故事背景對自由落體最先研究的是古希臘的科學(xué)家亞里斯多德，他提出：物體下落的快慢是由物體本身的重量決定的，物體越重，下落得越快；反之，則下落得越慢。亞里斯多德的理論影響了其后兩千多年的人。直到物理學(xué)家伽利略在提出了相反的意見。伽利略在1636年的《兩種新科學(xué)的對話》中寫道：如果依照亞里士多德的理論，假設(shè)有兩塊石頭，大的重量為8，小的為4，則大的下落速度為8，小的下落速度為4，當(dāng)兩塊石頭被綁在一起的時候，下落快的會因?yàn)槁亩煌下Ｋ哉麄€體系和下落速度在4-8之間。但是，兩塊綁在一起的石頭的整體重量為12，下落速度也就應(yīng)該大于8，這就陷入了一個自相矛盾的境界。伽利略由此推斷物體下落的速度應(yīng)該不是由其重量決定的。他在書中設(shè)想，自由落體運(yùn)動的速度是勻速變化的。一、綿延兩千年的錯誤亞里士多德根據(jù)觀察到的事實(shí)：“一塊石頭比一片樹葉下落得快”，得出重的物體比輕的物體下落得_____的結(jié)論．快二、邏輯的力量[自主探究]伽利略以“重物比輕物落得快”為前提，通過邏輯推理，得出了互相矛盾的結(jié)論．若以“輕物比重物落得快”為前提，你能否推斷出互相矛盾的結(jié)論？請試推之．成功發(fā)現(xiàn)重物與輕物下落得___________.同樣快三、猜想與假說伽利略猜想：落體運(yùn)動是_____隨時間均勻變化的變速運(yùn)動，即勻變速運(yùn)動．四、實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證1．遇到的困難：由于伽利略無法直接測定瞬時速度，所以不能由實(shí)驗(yàn)直接驗(yàn)證速度是否隨時間均勻變化．速度2．問題的轉(zhuǎn)換：伽利略通過數(shù)學(xué)運(yùn)算得出：如果物體做初速度為0的勻變速運(yùn)動,即v∝t，就可得到t時間內(nèi)的位移x＝_____，即x∝t2.只要驗(yàn)證x∝t2成立,就間接驗(yàn)證了v∝t的正確，即速度是隨時間均勻變化的．3．巧妙的設(shè)計：由于計時工具不能精確測量自由落體運(yùn)動的時間,伽利略讓銅球沿斜面滾下，這樣就“沖淡”了重力,“放大”了時間,解決了時間的測量問題．4．實(shí)驗(yàn)結(jié)論：(1)大量實(shí)驗(yàn)證明：x∝t2，即：小球沿斜面滾下的運(yùn)動是勻加速直線運(yùn)動；(2)斜面傾角相同時，不同質(zhì)量的小球滾下的加速度都是相同的；斜面傾角越大，小球的加速度越大．5．邏輯推理：當(dāng)斜面傾角為90°時，小球的運(yùn)動即為自由落體運(yùn)動．因此得出：落體運(yùn)動是勻加速運(yùn)動，且所有物體的加速度都是一樣的．五、對空氣中落體運(yùn)動的解釋物體在空氣中下落時，由于空氣阻力對不同物體的影響不同，導(dǎo)致下落的快慢不同．六、伽利略的研究方法實(shí)驗(yàn)和邏輯推理(包括數(shù)學(xué)演算)結(jié)合起來．伽利略的研究方法1．質(zhì)疑亞里士多德認(rèn)為重物體下落得快，輕物體下落得慢，伽利略對此論斷表示了懷疑．2．歸謬伽利略從亞里士多德的論斷出發(fā)，通過邏輯推理，最后否定了亞里士多德的論斷．3．猜想伽利略提出“自由落體運(yùn)動是一種最簡單的變速運(yùn)動——勻變速運(yùn)動”的假說．下落物體的速度隨時間是均勻增加的，即v∝t4．?dāng)?shù)學(xué)推理伽利略通過數(shù)學(xué)推理得出初速度為零的勻變速直線運(yùn)動應(yīng)有x∝t2.5．實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證在當(dāng)時的實(shí)驗(yàn)條件下測量極短的時間是困難的，伽利略采用了間接驗(yàn)證的方法：讓小球從斜面上的不同位置滾下，測出小球從不同起點(diǎn)滾動的位移x和所用時間t.(1)當(dāng)斜面傾角一定時，判斷x∝t2是否成立.(2)改變小球的質(zhì)量，判斷x∝t2是否成立．(3)增大斜面的傾角，則比值x/t2隨之增大，說明小球的加速度在增大．6．合理外推伽利略將斜面傾角外推到90°時的情況，讓小球自由下落，認(rèn)為小球仍會做勻變速直線運(yùn)動．

在學(xué)習(xí)物理知識的同時，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，判定下列哪個過程是伽利略的探究過程(

)典型例題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C阿波羅登月實(shí)驗(yàn)視頻

1971年，阿波羅飛船登上無大氣的月球后，宇航員特地做了使羽毛和重錘從同一高度同時釋放的實(shí)驗(yàn)，無數(shù)觀眾從熒屏上看到，它們并排下落，同時落到月球表面。結(jié)論：輕重不同的物體下落一樣快影響物體下落快慢的因素是

。忽略空氣阻力，輕重不同的物體下落快慢是

的?？諝庾枇ο嗤?.2自由落體運(yùn)動物體的下落運(yùn)動是一種常見的運(yùn)動雨滴的下落蘋果的下落傘兵的下落運(yùn)動性質(zhì)概念：物理學(xué)中，把物體只在重力作用下從靜止開始下落的運(yùn)動叫做自由落體運(yùn)動。條件：（1）只受重力。即不受其他力，或者其他力可