課程內(nèi)容:
《伽利略對(duì)自由落體運(yùn)動(dòng)的研究》
一、綿延兩千年的錯(cuò)誤:
亞里士多德通過(guò)對(duì)大量的物體自由下落的觀(guān)察,直接得出結(jié)論:
重的物體比輕的物體下落的快,即“重快輕慢”。
由于他在學(xué)術(shù)界的崇高地位,且該結(jié)論符合生活實(shí)驗(yàn),這種論斷流傳了近2000年。
二、邏輯的力量:
16世紀(jì),意大利的科學(xué)家伽利略巧用佯謬的方法巧妙地推翻了這種觀(guān)點(diǎn),使亞里士多德理論陷入困境。(佯謬——從其認(rèn)可的前提退出自相矛盾的結(jié)論。)
為擺脫困境,伽利略猜想只有一種可能:重物與輕物應(yīng)該下落的一樣快。
伽利略的推理否定了亞里士多德的觀(guān)點(diǎn),并沒(méi)有就此止步,在建立描述運(yùn)動(dòng)所需的概念(平均速度、瞬時(shí)速度、加速度等)之后,馬上就開(kāi)始了通過(guò)實(shí)驗(yàn)探究自由落體運(yùn)動(dòng)的規(guī)律。
三、猜想與假說(shuō)——伽利略的探索之路:
大膽的猜測(cè):堅(jiān)信……自然界的規(guī)律是簡(jiǎn)潔明了的。下落物體也應(yīng)是一種最簡(jiǎn)單的變速運(yùn)動(dòng),速度均勻增加的。
即:v∝t 或 v∝x
若v與x成正比,將會(huì)推出十分復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)結(jié)論,有悖于簡(jiǎn)單明了。
四、實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證:
困難一、瞬時(shí)速度無(wú)法準(zhǔn)確測(cè)量
為了解決測(cè)量瞬時(shí)速度的困難,伽利略尋求間接驗(yàn)證的途徑。
V∝t v=s/t → S ∝ t2
即:下落的高度與時(shí)間t2成正比。
若證實(shí)了這一點(diǎn),說(shuō)明什么哪?比例常數(shù)意義?
困難二、因自由落體運(yùn)動(dòng)物體下落很快,很難測(cè)定不同位移的時(shí)間t。
為了減緩物體下落速度,伽利略設(shè)計(jì)了著名的“沖淡重力”的斜面實(shí)驗(yàn)。
困難三、伽利略用斜面實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了后,怎樣說(shuō)明落體運(yùn)動(dòng)也符合這個(gè)規(guī)律?
合理外推:隨著θ角增大,s/t2的數(shù)值在增大,當(dāng)θ=90°時(shí):即物體豎直下落時(shí),這個(gè)關(guān)系也應(yīng)該成立,這時(shí)的s/t2數(shù)值最大。
至此,他終于成功地驗(yàn)證了原先的猜想,不但否定了亞里士多德的錯(cuò)誤論斷,而且得到了自由落體運(yùn)動(dòng)的規(guī)律。
(1)性質(zhì):勻加速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)。
(2)輕重不同的物體羅的快慢不同的原因,伽利略歸之于空氣阻力對(duì)不同物體的影響不同。
落體的受力情況:
伽利略:如果完全排除空氣的阻力,輕、重物體加速度相同都為g。所以輕重物體下落的同樣快(速度變化的快慢相同)。
總結(jié):伽利略的成功,不僅在于找到了落體運(yùn)動(dòng)的規(guī)律,更重要的是開(kāi)辟的一條研究物理學(xué)的探究之路。