高中物理 备课资料6《伽利略对自由落体运动的研究》 新人教版必修1.docVIP

人教版高一物理必修1备课资料6《伽利略对自由落体运动的研究》 1.近代科学之父——伽利略 伽利略（1564——1642）是伟大的意大利物理学家和天文学家，科学革命的先驱.历史上他首先在科学实验的基础上融会贯通了数学、物理学和天文学三门知识，扩大、加深并改变了人类对物质运动和宇宙的认识.伽利略对科学思想的发展有巨大的影响.物理学作为一门科学就是从他这里开始的.两条力学原理的发现应当归功于伽利略.两条原理不仅对于力学，而且对整个物理学的发展都起了巨大的作用，这就是著名的关于匀变速直线运动的伽利略相对性原理和重力加速度恒定的原理.根据伽利略匀速直线运动相对性原理，牛顿得出了牛顿定律.而爱因斯坦把伽利略的力学的相对性原理推广到一切物理过程，并由此得出关于空间和时间本性的结果，导致爱因斯坦提出广义相对论. 伽利略还在其他方面有非常多的发明、研究.1609年，伽利略制造出自己的第一台望远镜，可以说这是望远镜的第二次诞生.伽利略还发明了测温器（最早的温度计），研制出比重计. 在直线运动中，伽利略对自由落体运动有独到的研究，生活在公元前4世纪的希腊哲学家亚里士多德最早阐述了物体下落的快慢由它们的重力大小决定的理论，物体越重，下落得越快.这种看法在其后两千多年的时间里一直占统治地位.但是这种从表面上的观察得出的结论实际上是错误的.伟大的物理学家伽利略用简单明了的科学推理，巧妙地提示了亚里士多德的理论内部包含的矛盾.他在1638年写的《两种新科学的对话》一书中指出：根据亚里士多德的论断，一块大石头的下落速度要比一块小石头的下落速度大.假定大石头的下落速度为8，小石头的下落速度为4，当我们把两块石头拴在一起时，下落快的会被下落慢的拖着而减慢，下落慢的会被下落快的拖着而加快，结果整个系统的下落速度应该小于8.但是两块石头拴在一起，加起来比大石头还要重，因此重物体比轻物体的下落速度要小.这样，就从重物体比轻物体下落得快的假设，推出了重物体比轻物体下落得慢的结论.亚里士多德的理论陷入了自相矛盾的境地. 为了证实和传播哥白尼的日心说，伽利略献出了毕生精力.由此，他晚年受到教会迫害，并被终身监禁.1979年，梵蒂冈教皇保罗二世代表罗马教廷为伽利略公开平反昭雪，认为教廷在300多年前迫害他是严重的错误.这表明教廷最终承认了伽利略的主张——宗教不应该干预科学. 2.亚里士多德与伽利略给我们的启示 物理教科书上，亚里士多德给同学们的印象不佳，他老是出错，老是作出一些轻率的结论.同学们觉得亚氏实在太不高明而伽利略则比他伟大百倍.事实上，亚里士多德是古代一位伟大的学者，一位百科全书式的大学问家，他有着成就事业的理性方法，又有几乎无所不及的理想成果，他在哲学、逻辑学方面的成就至今还被应用着，不过他在物理学中却的确是错误百出并且谬种流传，整整贻误物理学二十个世纪.亚里士多德的悲哀不在于头脑也不全在于时代，而在于研究方法不当.亚里士多德的物理研究方法有什么特点呢？或许可以用“观察加直觉”来概括，亚里士多德观察了众多的自然现象：火焰向上窜，石头往下落、马车要马拉着跑、尖利的声音传得远……于是便依赖于直觉推理得出一系列直觉结论.固然，观察与直觉对物理研究是至关重要的，翔实的观察与良好的直觉往往导致伟大的发现，观察使人脑累积事物的形象，形成一种潜知，直觉的想象、鉴别与启发便是这种潜知的信息外传.阿基米德巧解王冠之谜发现浮力规律、牛顿由落地苹果而及月亮乃至天地万物间的引力，就是亚里士多德本人也曾从观察月食现象而正确判断地球是圆球形的.然而，物理学更是一门以实验为基础的科学，所以根据直接观察所得出的直觉的结论不是常常可靠的，他们有时会将人们引入歧途，将“观察加直觉”作为物理研究的基本方法，正是亚里士多德物理学的失败之所在. 伽利略是第一位创造通过实验检验理论推导的科学研究方法的科学家.他崇尚“实验加推理”，他拒绝听信任何未经实验的科学思想，哪怕那是来自于教堂或权威.伽利略用尽毕生的精力探索落体运动的规律，他首先通过落体佯谬的思想实验，否定亚里士多德的重物下落快的结论.通过观察棉花、羽毛等在空气中落下，伽利略曾经提出过落体速度与密度成正比的法则.然而通过科学的推理，使伽利略认识了不易察觉的空气阻力，从而发现了自己最初的法则的错误，并猜想到在没有空气阻力的情况下，一切物体都在同样地增加着速度.为了建立真正的落体法则，伽利略仔细地实验研究了摆的运动和小球在斜面上的运动，严格地定义了匀变速运动，设计出精密的时间测量方法，尽量地消除各种阻力的影响.运用数学工具……最终找到了物体下落速度与下落时间成正比的正确法则.伽利略的贡献不只是建立了一个新法则，而且将物理学研究推向正确的轨道.从此开始了物理学的突飞猛进. 亚里士多德与伽