伽利略對自由落體運動的研(精)

伽利略對自由落體運動的研究保靖民族中學劉旸伽利略對自由落體運動的爭論保靖民族中學劉旸一、關于落體運動的兩種觀點〔一〕亞里士多德的觀點〔二〕伽利略的觀點(一)亞里士多德簡介

亞里士多德〔Aristotle,前384——前322年〕是古希臘斯吉塔拉人，著名的哲學家、科學家、教育家。

亞里斯多德一生勤奮治學，從事的學術爭論涉及到規(guī)律學、修辭學、物理學、生物學、教育學、心理學、政治學、經濟學、美學等，寫下了大量的著作，主要有：《工具論》、《形而上學》、《政治學》等。亞里士多德認為：物體下落快慢由物體重力打算。即：物體越重,下落越快.亞里士多德對落體運動的思考正確嗎？由于亞里士多德觀點符合日常生活，所以連續(xù)了兩千多年。〔二〕伽利略簡介伽利略〔1564—1642〕—意大利物理學家、天文學家、數學家。伽利略可能比任何其他的人更有資格稱為近代科學的奠基人。伽利略支持哥白尼理論〔即行星繞太陽公轉〕。

1642年，出版《兩種新科學》的書，甚至比支持哥白尼更進一步，成為現代物理學的起源。假設亞里士多德正確〔重的物體下落得快〕V1v?V1、反對亞里士多德的觀點假設大石塊V1=8m/s,小石塊v=4m/s.那么將兩石塊用線連在一起，速度V應當是多少？V1v?V結論2：假設把大石頭和小石頭捆在一起，單獨下落慢的小石頭就會拖慢單獨下落快的大石頭，最終其下落速度比大石頭慢。8m/s>V>4m/s.結論1：假設把大石頭和小石頭捆在一起，其所受的重力肯定比其中任一石塊大，其下落速度比任一石塊快。V>8m/s.這兩個結論能同時成立嗎？2、試驗：比薩斜塔試驗伽利略還在比薩斜塔做過落體試驗：在塔頂，他同時釋放兩個鉛球，一個輕，一個重，最終兩個鉛球同時落地。這個試驗有力地反對了亞里士多德的觀點。輕重不同的物體下落一樣快二、伽利略的猜測和假設1、伽利略爭論落體運動首先應當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、伽利略的猜測〔1〕落體運動應當是簡潔的運動〔2〕速度應當是均勻變化的v∝xv∝t首先，在理論上否認了v∝x。由于假設v∝x，將會推出特別簡單的結論。一種是速度v的變化對位移x來說是均勻的，即v∝x.例如：每下落1m,速度的變化量都是2m/s。一種是速度v的變化對時間t來說是均勻的，即v∝t.例如：每過1s,速度的變化量都是2m/s；困難一：怎樣直接測定瞬時速度？方法：不測v!通過數學運算得出結論：假設速度v的變化對時間t來說是均勻的，則位移就與所用時間的二次方成正比,即x∝t2〔學過前面的幾節(jié)，我們也能進展這樣的數學推算了〕，這樣，只要測出物體通過不同位移及所用的時間,看是否滿足x∝t2就可以驗證了。困難二：落體下落得很快，當時只能靠滴水方法計時，這樣的計時工具是不能測量自由落體運動所用的時間的。奇妙的方法：“沖淡重力”，即讓銅球沿阻力很小的斜面滾下，運動時間變長，易于測量時間了。試驗驗證的內容和結果：〔1〕斜面傾角肯定，轉變銅球質量和斜面高度。結果：確實是勻加速運動，斜面傾角肯定時，且加速度不變。加速度與物體的質量無關，只與斜面傾角有關?！?〕銅球質量和斜面高度不變，不斷增大斜面傾角。

結果：加速度增大。合理的外推：當傾角增大到90°時，就是自由落體了，因此自由落體是勻加速運動，而且全部物體下落時的加速度都是一樣的！伽利略的規(guī)律和試驗使人鄙視！小結：伽利略爭論自由落體運動的幾個重要步驟是：〔1〕通過抱負試驗的方法揭露了重物下落快的錯誤；〔2〕從“自由落體運動應當是最簡潔的”生疏動身，猜測v∝x和v∝t兩種可能性，但經過推理判定v∝x不正確；〔3〕從規(guī)律推理得出檢驗x∝t即是檢驗x∝t2〔4〕奇妙設計斜面試驗檢驗x∝t2如何解釋常見到的較重的物體下落得比較快的現象？解釋：空氣阻力的影響不同。伽利略在《兩種新科學的對話》一書中寫道：“假設完全排解空氣的阻力，那么，全部物體將下落得同樣快?！彼厥庵赋觯涸诳茖W爭論中，懂得無視什么，有時與懂得重視什么同等重要。結論：物體下落的快慢與質量無關。那么，實際生活中為什么蘋果要比樹葉下落得快？即：影響物體下落快慢的因素是什么？4、觀看與思考：〔1〕牛頓管中有空氣現象：金屬片快，羽毛慢現象：金屬片和羽毛一樣快〔2〕牛頓管中沒有空氣結果分析：影響羽毛和金屬片下落快慢的緣由？空氣阻力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試驗，很多觀眾從熒屏上看到，它們并排下落，同時落到月球外表。輕重不同的物體下落一樣快〔3〕阿波羅登月試驗結論1：無視空氣阻力，輕重不同的物體下落快慢是的。結論2：影響物體下落