课程内容:
《伽利略对自由落体运动的研究》
一、绵延两千年的错误:
亚里士多德通过对大量的物体自由下落的观察,直接得出结论:
重的物体比轻的物体下落的快,即“重快轻慢”。
由于他在学术界的崇高地位,且该结论符合生活实验,这种论断流传了近2000年。
二、逻辑的力量:
16世纪,意大利的科学家伽利略巧用佯谬的方法巧妙地推翻了这种观点,使亚里士多德理论陷入困境。(佯谬——从其认可的前提退出自相矛盾的结论。)
为摆脱困境,伽利略猜想只有一种可能:重物与轻物应该下落的一样快。
伽利略的推理否定了亚里士多德的观点,并没有就此止步,在建立描述运动所需的概念(平均速度、瞬时速度、加速度等)之后,马上就开始了通过实验探究自由落体运动的规律。
三、猜想与假说——伽利略的探索之路:
大胆的猜测:坚信……自然界的规律是简洁明了的。下落物体也应是一种最简单的变速运动,速度均匀增加的。
即:v∝t 或 v∝x
若v与x成正比,将会推出十分复杂的运动结论,有悖于简单明了。
四、实验验证:
困难一、瞬时速度无法准确测量
为了解决测量瞬时速度的困难,伽利略寻求间接验证的途径。
V∝t v=s/t → S ∝ t2
即:下落的高度与时间t2成正比。
若证实了这一点,说明什么哪?比例常数意义?
困难二、因自由落体运动物体下落很快,很难测定不同位移的时间t。
为了减缓物体下落速度,伽利略设计了著名的“冲淡重力”的斜面实验。
困难三、伽利略用斜面实验验证了后,怎样说明落体运动也符合这个规律?
合理外推:随着θ角增大,s/t2的数值在增大,当θ=90°时:即物体竖直下落时,这个关系也应该成立,这时的s/t2数值最大。
至此,他终于成功地验证了原先的猜想,不但否定了亚里士多德的错误论断,而且得到了自由落体运动的规律。
(1)性质:匀加速直线运动。
(2)轻重不同的物体罗的快慢不同的原因,伽利略归之于空气阻力对不同物体的影响不同。
落体的受力情况:
伽利略:如果完全排除空气的阻力,轻、重物体加速度相同都为g。所以轻重物体下落的同样快(速度变化的快慢相同)。
总结:伽利略的成功,不仅在于找到了落体运动的规律,更重要的是开辟的一条研究物理学的探究之路。
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王老师
男,中教高级职称
长期从事高中物理教学工作,有丰富的教学经验,在教学中重视培养学生自我探究学习的能力。