浅谈“伽利略理想斜面实验”(20200521123347)

伽利略科学研究方法

伽利略（1564—1642）是意大利物理学家、天文学家，近代实验科学的创始人。他的一生完全献给了科学事业，他所取得的巨大成就开创了近代物理的新纪元。正如爱因斯坦所说：“伽利略的发现以及他所应用的科学推理方法是人类思想史上最伟大的成就之一，标志着物理学的开端。”他1632年发表了《关于两个世界体系的对话》一书，1638年又发表了《关于两门新科学的对话》一书。伽利略在长达几十年的科学研究工作期间开创了许多物理学研究方法，对今天的科学研究人员来说，在科技创新方面仍有重要的指导作用。本文试图从这些方面进行一些探究。1伽利略主要的力学研究工作自由落体问题的研究是伽利略力学研究的突破口。当时在力学问题上流行的是亚里士多德的理论。亚里士多德认为落体以匀速下落，其速度的大小与落体的重量成正比。伽利略首先指出了亚里士多德落体观念的逻辑矛盾。他假定一根不太长的绳子，两端分别系着一块石头，这两块石头的重量不同。那么，这两块石头将以什么速度下落呢？按照亚里士多德的观念，它们的重量是大小两块石头重量之和，所以它们下落的速度比任一块石头单独下落的速度都要快。另一方面，也从亚里士多德的观念出发，大石头下落得快，小石头下落得慢，则当两石头串联在一起时，会出现这样的情况：大石头快落在下，小石头慢落在上，在大石头带动下，小石头比单独下落时要快些，而大石头被小石头拖后，使之比单独下落时要慢些。即同是应用亚里士多德的观念，得出的是以上两种自相

矛盾的结果。所以亚里士多德关于落体的理论从逻辑推理上就不攻自破了。还是眼见为实，伽利略知道仅用逻辑推理是不够的，还必须用人们能够观察到的事实来驳斥亚里士多德的落体观念。相传1589年伽利略登上了意大利的比萨斜塔，让10磅重和1磅重的两个球同时下落。塔下的人都看到，这两个重量不同的球几乎是同时落地的。而根据亚里士多德的落体观念，当大球落到地面时，小球只下落到1／10的高度，这显然不符合眼见的事实。做这个实验之后，伽利略想到，有人会说物体下落速度虽然不是同重量成正比，但重物看起来总是比轻物似乎要落得快一些。由于比萨斜塔只有56米高，相对高度而言，球下落得太快了，肉眼不容易看出两者的差距。所以伽利略就想“冲淡引力”，让球落得慢一些。这样就可以比较容易地得到两个重量不同的球究竟是先后落地，还是同时落地的结论。伽利略是通过斜面实验来达到“冲淡引力”的设想的。他在长约8米的木板上，刻着一条光滑的槽，并放置成一斜面，斜面的夹角可以随意调控。他使重量不同的小球在同一高度沿斜面同时滚下。夹角越小，小球滚得就越慢。这就好比冲淡了引力。伽利略发现，重量不同的球在相同的斜面上滚动的速度是相同的，与斜面的夹角的大小无关。当斜面夹角为90度时，小球的滚动就成了自由下落。于是他得出结论：物体自由下落的速度同其重量无关。伽利略为了研究落体运动，不断人为地调整木板与水平面的夹角，观察小球在人为控制下运动，这本身就是一种典型的科学实验（这个实验曾在2002年被英国著名的《物理学世界》杂志的广大读者评为历史上“最美丽”的十大物理实验之一）。伽利略在

伽利略斜槽实验

伽利略的斜槽实验 2006-07-19 16:43胡佳艳|分类：文化/艺术|浏览1988次 分享到： 2006-07-21 07:59网友采纳 伽利略用木板制成斜槽蒙上羊皮纸，用铜球从槽上滚下，他用大容器稳定地滴水并用天平称量的方法解决计时问题，测出铜球在斜槽上的位置与时刻，在这样的条件下，对物体沿不同角度的光滑斜面运动的规律进行了上百次的定量研究，得出结论：物体沿光滑斜面运动是匀变速直线运动，进而将斜面倾角趋于90时，推理得：自由落体运动是初速为零的匀变速直线运动。 那伽利略为什么要研究自由落体呢？ 西方有句谚语：“对运动无知，也就对大自然无知。”运动是万物的根本特性。在这个问题上，自古以来，出现过种种不同的看法，形成了形形色色的自然观。在16世纪以前，亚里士多德的运动理论居统治地位。他把万物看成是由四种元素——土、水、空气及火组成，四种元素各有其自然位置，任何物体都有返回其自然位置而运动的性质。他把运动分成自然运动和强迫运动：重物下落是自然运动，天上星辰围绕地心作圆周运动，也是自然运动；而要让物体作强迫运动，

必需有推动者，即有施力者。力一旦去除，运动即停止。既然重物下落是物体的自然属性，物体越重，趋向自然位置的倾向性也就越大，所以下落速度也越大。于是，从亚里士多德的教义出发，就必然得到物体下落速度与物体重量成正比的结论。 亚里士多德的理论基本上是错误的，但这一理论毕竟是从原始的直接经验引伸而来，有一定的合理成分，在历史上也起过进步作用，再加上被宗教利用，所以直到16世纪，仍被人们敬为圣贤之言，不可触犯。 正因为如此，批驳亚里士多德关于落体运动的错误理论，不仅是一个具体的运动学问题，也是涉及自然哲学的基础问题，是从亚里士多德的精神枷锁下解脱的一场思想革命的重要组成部分。伽利略在这场斗争中作出了非常重要的贡献。他认识到通过自由落体的研究打开的缺口，会导致一门广博的新科学出现。请读读他在《两门新科学》中核心的一章，即“第三天的谈话”，开头讲的一段话①： “我的目的，是要阐述一门崭新的科学，它研究的却是非常古老的课题。也许，在自然界中最古老的课题莫过于运动了。哲学家们写的关于这方面的书既不少，也不小，但是我从实验发现了某些值得注意的性质，到现在为止还未有人观察或演示过。也做过一些表面的观察，例如观察到下落重物的自然运动是连续加速的，但还从未有人宣

浅谈伽利略理想斜面实验

浅谈“伽利略理想斜面实验” 刘德江 （四川省巴中市巴州区第六中学，巴中 636001） 摘要：运用斜面实验和动能定理的分析，在斜面倾角大于900的情况下，小球只能到达右 斜面h2 = h1 - ，如果小球要到达与左斜面等高的高度，小球必须从h3 = h1 + 处滑下。 关紧词：斜面实验；倾角大于900度；不等高 人教版高一物理教材第四章第一节（教科版高一物理教材第三章第一节），在讲述牛顿第一定律时，为了说明运动和力的关系，引入了“著名”的伽利略理想斜面实验，如图1所示。 在伽利略理想斜面实验中说到，在没有摩擦力的情况下，小球从左斜面A点沿斜面向下运动，向下的速度会越来越快；随后小球沿右斜面CD向上运动，速度会越来越慢，但小球会到达与左斜面的A点等高的高度。减小右斜面的倾角θ，例如变成斜面CE，虽然小球在CE上运动的长度变长了，但小球仍能够到达与左斜面A点等高的高度。如果右斜面变成水平面CF，由于小球不能到达与左斜面的A点等高的高度，小球将永远运动下去。 图1 伽利略理想斜面实验 在伽利略理想斜面实验中，只要右斜面不是水平的，在高度上，小球都能到达与原来等高的高度。但是，如果右斜面变成CM的形状，它的有一部分出现了与右水平面的夹角θ>900，如图2所示，小球上升到的最高点G与A点将不再等高。 图2 小球上升到的最高点G与A点不等高。 出现这种情况的原因是，如果右斜面CM的一部分存在着与右水平面的夹角θ>900，小球在靠近最高点时的运动轨迹近视为一个半径为R的圆弧，小球在最

高点时的速度v不可能为零，那么小球在它的最高点处存在一个动能。由机械能守恒定律有，小球在左斜面A点的重力势能mgh1等于小球在右斜面最高点的 重力势能mgh2和动能之和，因为小球在右斜面的最高点处存在着一个动能，所以小球在左斜面的重力势能大于小球在右斜面的重力势能，所以小球不能到达与左斜面等高的A点。 由机械能守恒定律有mgh1 = mgh2 +。 得h2 = h1 - （1 ） 如果把小球在最高点的运动看成是一个半径为R的圆周运动，此时重力提供小球做圆周运动的向心力， 有mg = m， 得= ，（2 ） 把（2）代入（1）得 h2 = h1 - 所以，小球只能到达h2 = h1 - 处。 如果小球想要到达与A点等高的高度处，小球在最高点附近做圆周运动的轨道 半径为，小球应从多高的h3处开始运动呢？如图3所示。 图3 小球从更高的高度处下滑才能到达与A点等高的高度。 由机械能守恒定律有mgh3 = mgh1 +。 得h3 = h1 + （3 ） 把小球在最高点的运动看成是一个半径为的圆周运动，此时重力提供小球做圆周运动的向心力，

伽利略和落体实验

伽利略和落体实验 在伽利略的一生科学活动中，进行了大量的实验工作.落体实验是其中最著名的实验之一,他前后花了十年时间，经历了许多曲折,最后才得到了落体定律。起过程简述如下： 一、落体速度与落体和介质密度差成正比。 这是伽利略早期得出的一个结论。显然，伽利略在当时还未能从亚里士多德的理论框架中解脱出来，仍然相信同样大小的两物体在空气中落下时，较重的或更密的物体将落得较快。他写道：“……我们得到的一般结论如下：在物体材料不同的情况下，只要它们的大小相同，则它们自然落下运动的速度之比与它们重量之比是相同的。此处的重量不是物体本身的重量，而是介质（运动在其中发生）中称出的重量。” 不久，伽利略就发现了自己的错误，他设计了一个实验：让体积相同的铅球和木球同时落下，因为铅的密度比木头大二十倍，按速度与密度成正比的假设，两个球的下落速度就应相差20倍。实验结果并非如此。他发现，虽然铅球的速度比木球快，但顶多也快不了两倍，与相差二十倍相比太远。由此他抛弃所得的结论，重新进行研究。 二、在真空中，一切物体将以等加速下落。 这是伽利略用“理想实验”得出的一个结论，是对落体定律的更客观描述。 一些教科书及科普读物中，都提到比萨斜塔实验的故事，说1590年伽利略曾登上比萨斜塔作公开表演，他同时丢下两个轻重不同的球，结果两球同时落地，从而建立了自由落体定律。其实并无此事，仅是传说而已。伽利略1590年确曾写过一篇题为《运动》的论文，当时他尚未研究速度，也忽略空气阻力，只是从阿基米德的“浮力原理”出发讨论落体论动，因此他不可能在自己也感到没有把握的情况下贸然进行公开表演，何况重物从55米高的比萨斜塔塔顶上落下时，空气的阻力也不容忽视的。伽利略不可能从这样简单的一掷就导出他的落体定律。 实际上，他是通过思维的方法来解决这个问题的，他设想了一个“理想实验”是这样的：将一轻一重的两个物体捆在一起下落，那么，由于这捆东西比原来的重物重更重，当然应该比重物先落地；但另一方面捆在一起后，轻物影响了重物，使它比原先下落得慢，这两个结果相互矛盾，由此推得亚里士多德的结论是错误的。唯有认为重物、轻物同时落地，才能避免这一矛盾。 对于亚里士多德所谓“落体速度与介质密度成反比”的说法，伽利略论证说：如果这论断成立，那么让一个木球分别在空气中和水中下落，因为空气与水的密度相差10倍，按亚里士多德的理论，若木球分别在水中和空气中下落，由于两者密度相差10倍，如果木球在空气中的下落速度为20，那么，则在水中的下落速度是2，也就是说木球不会漂浮在水中，会下沉。但事实情况大家都知道：木球在水中根本不会下沉。 伽利略就是通过一系列巧妙的构思和精湛的分析，从逻辑上推翻了亚里士多德落体理论中所包括的两个主要方面的内容。 研究落体问题，空气阻力是一个次要的，但又会带来假象的因素，正是因为空气阻力的影响，使得不同的物体在空气中下落时，总会出现一定的速度差。伽利略认识到忽略空气阻力的影响，在纯粹状况下研究落体运动的重要性。而且，他敢于克服技术条件上的不足，运用理性思维来实现这种纯粹状态，这正是他取得成功的关键。 三、落体速度与下落距离成正比。

研究性学习伽利略的研究艺术

伽利略科学研究方法探究 伽利略（1564—1642）是意大利物理学家、天文学家，近代实验科学的创始人。他的一生完全献给了科学事业，他所取得的巨大成就开创了近代物理的新纪元。正如爱因斯坦所说：“伽利略的发现以及他所应用的科学推理方法是人类思想史上最伟大的成就之一，标志着物理学的开端。”他1632年发表了《关于两个世界体系的对话》一书，1638年又发表了《关于两门新科学的对话》一书。伽利略在长达几十年的科学研究工作期间开创了许多物理学研究方法，对今天的科学研究人员来说，在科技创新方面仍有重要的指导作用。本文试图从这些方面进行一些探究。1伽利略主要的力学研究工作自由落体问题的研究是伽利略力学研究的突破口。当时在力学问题上流行的是亚里士多德的理论。亚里士多德认为落体以匀速下落，其速度的大小与落体的重量成正比。伽利略首先指出了亚里士多德落体观念的逻辑矛盾。他假定一根不太长的绳子，两端分别系着一块石头，这两块石头的重量不同。那么，这两块石头将以什么速度下落呢？按照亚里士多德的观念，它们的重量是大小两块石头重量之和，所以它们下落的速度比任一块石头单独下落的速度都要快。另一方面，也从亚里士多德的观念出发，大石头下落得快，小石头下落得慢，则当两石头串联在一起时，会出现这样的情况：大石头快落在下，小石头慢落在上，在大石头带动下，小石头比单独下落时要快些，而大石头被小石头拖后，使之比单独下落时要慢些。即同是应用亚里士多德的观念，得出的是以上两种自相矛盾的结果。所以亚里士多德关于落体的理论从逻辑推理上就不攻自破了。还是眼见为实，伽利略知道仅用逻辑推理是不够的，还必须用人们能够观察到的事实来驳斥亚里士多德的落体观念。相传1589年伽利略登上了意大利的比萨斜塔，让10磅重和1 磅重的两个球同时下落。塔下的人都看到，这两个重量不同的球几乎是同时落地的。而根据亚里士多德的落体观念，当大球落到地面时，小球只下落到1／10的高度，这显然不符合眼见的事实。做这个实验之后，伽利略想到，有人会说物体下落速度虽然不是同重量成正比，但重物看起来总是比轻物似乎要落得快一些。由于比萨斜塔只有5 6米高，相对高度而言，球下落得太快了，肉眼不容易看出两者的差距。所以伽利略就想“冲淡引力”，让球落得慢一些。这样就可以比较容易地得到两个重量不同的球究竟是先后落地，还是同时落地的结论。伽利略是通过斜面实验来达到“冲淡引力”的设想的。他在长约8米的木板上，刻着一条光滑的槽，并放置成一斜面，斜面的夹角可以随意调控。他使重量不同的小球在同一高度沿斜面同时滚下。夹角越小，小球滚得就越慢。这就好比冲淡了引力。伽利略发现，重量不同的球在相同的斜面上滚动的速度是相同的，与斜面的夹角的大小无关。当斜面夹角为90度时，小球的滚动就成了自由下落。于是他得出结论：物体自由下落的速度同其重量无关。伽利略为了研究落体运动，不断人为地调整木板与水平面的夹角，观察小球在人为控制下运动，这本身就是一种典型的科学实验（这个实验曾在2002年被英国著名的《物理学世界》杂志的广大读者评为历史上“最美丽”的十大物理实验之一）。伽利略在斜塔上不能“冲淡引力”，他在家里通过斜面实验就可以做到这一点，弥补了斜塔观察活动的不足。 伽利略在斜面实验的基础上，利用数学的方法，确定了路程与时间的数量关系为：s正比于t2,这就是时间平方定律。在他的实验记录上，有这样两列数字，不同的下落时间t=1，2，3，4……;物体下落的距离之比s=1：4：9：16……。从这两列数的比例关系，伽利略证明沿斜面下滑的物体正在做匀加速运动，从而也证明了自由落体运动是匀加速直线运动。斜面实验还使伽利略发现了惯性定理。他做了两个斜面，上面都刻有一条光滑的槽，让小球从第一个斜面滚下，再爬上第二个斜面。他发现，当小球在第二个斜

自由落体和斜面实验

自由落体和斜面实验 地面上重物的下落是人类最早观测到的自然现象之一。千万年来，人们根据自己的日常经验都认为重物下落得快，轻物下落得慢。古希腊学者亚里士多德更把这上升到“理论”：重的物体落地快，轻的物体落地慢。 真正对自由落体运动进行科学研究的是意大利物理学家伽利略（G．Galilei，1564—1642）。他在比萨大学任教期间，多次对亚里士多德的观点提出疑问，他巧妙地设计了一个“佯谬”：如果亚里士多德的论断成立，即重物比轻物下落速度大，那么将一轻一重的两个物体拴在一起下落，“快的会由于被慢的拖着而减速，慢的会由于被快的拖着而加速”，因而它将以比原来那个重物小的速度下落，但这两个物体拴在一起要比原来那个重物更重些。这样，伽利略就从亚里士多德的重物较轻物下落得快的论断，导出了重物下落得更慢的结论。这表明“亚里士多德错了”。伽利略认为，只有假定重力加速度与物体的重量无关，才能消除这个矛盾。 伽利略向亚里士多德的挑战触怒了许多学者、教授，于是产生了流传广泛的斜塔实验故事。 比萨斜塔高179英尺，由于塔基问题，塔身发生倾斜，那正是理想的落体实验场所。伽利略为了证明他的论断，邀请了许多人到斜塔旁观看，有他的支持者，也有他的反对者。伽利略一手拿着一个1磅重的铅球，另一手拿着一个10磅重的铅球，一步一步地登上斜塔。到了塔顶，他向下作了个手势请观众注意，随即双手平举两个铅球让它们同时下落，最后“啪！”的一声，两个重量相差9倍的铅球同时落地。伽利略胜利了。 这个实验是否由伽利略操作，从当时的各种文献记载（包括伽利略本人的著作）中都无法得到证实。但重要的是，斜塔实验反映了当时的研究者们，对自由落体实验已有很深入的认识：①自由落体的速度极快，为了体现重物、轻物下落速度不同造成下落距离不同，必须有相当的高度以形成这种差别。这就是自由落体实验要在50多米高处的当地最高的建筑物上进行的缘故。②意大利各地的高塔不少，为什么流传下来的却是一个“斜塔实验”？这可能是千百次失败带来的一个必然结果。由于伽利略当时名声显赫，崇拜者们就把斜塔实验的功劳归到他的头上。不过，下面的“斜面实验”确是伽利略亲自设计和操作的。 在垂直方向观测自由落体的落地，在当时的技术条件下是很困难的，因为即便在50多米高处下落的物体，到达地面也只要花3秒多钟。为了仔细观测重力作用下物体运动的特点，

伽利略理想实验

伽利略理想实验 1.背景：亚里士多德提出力是维持物体运动状态的原因，这个结论维持了近两千年（这句话在现在看来是错误的） 2.伽利略：理想实验推翻了亚里士多德，他认为将人们引入歧途的是摩擦力，做了以下实验来证明结论。 伽利略的斜面实验程序如下： （1）两个对接的斜面，在斜面上放毛巾，让静止的小球沿一个斜面滚 下，小球将滚上另一斜面，记下高度1h （2）仍是刚才的斜面，将毛巾取下，让静止的小球在相同高度滚下， 小球将滚上另一斜面，记下高度2h （1）（2）现象：12h h ，多做几组实验可发现斜面摩擦力越小时，小球滚上另一斜面的高度越来越接近于小球刚下落的高度。推论：当斜面没摩擦力时，小球在这斜面上仍然要达到原来的高度。 （3）在（2）的基础上，减小第二个斜面的倾角，小球在这斜面上仍然要达到2h 。 （2）（3）结论：小球上升高度与斜面倾角无关。推论：减小第二个斜面的倾角，小球在这斜面上仍然要达到原来的高度（注意：要达到原来一样的高度一定是无摩擦的，因此是推论出来的） （4）继续减小第二个斜面的倾角，最后使它成水平面。推论：小球将沿水平面做持续匀速运动，也是无摩擦的情况下 伽利略得出结论：如果物体受到的阻力为零，速度就不会减小，物体讲以恒定不变的速度永远运动下去。 伽利略理想实验题型 ①选择谁是实验现象，谁是实验推论 一、就看这个是不是在有摩擦力的情况下能做到的，若做不到，则为推论。 二、叙述话语中有“如果”等字眼的，为推论。 应该是推论的：①如果对接斜面没有摩擦力，小球将达到跟原来同样的高度。 ②减小对接斜面的倾斜度，小球仍达到同一高度 ③对接斜面的倾斜度越小，小球经过的路程越长 ④把对接斜面变成水平面，小球无法达到原来的高度，只能以原速度一 直运动下去 ②控制变量法的实验 控制变量法精髓：只有一个变量，其余各量都相同，在这个变量下观察变化的实验现象， 来确定这个变量与实验现象有无关系 牛顿总结了伽利略等人的研究成果，概括出一条重要的物理规律： 一切物体在没有受到力的作用时，总保持静止状态或匀速直线运动状态。

伽利略对自由落体运动的研究

2.6 伽利略对自由落体运动的研究 教材分析 本节内容是让学生了解并学习伽利略研究自由落体运动的科学思维方法和巧妙的实验构思.教材编写的脉络清楚，逻辑推理严谨，文字表述生动、通俗易懂，因此，适合于学生自主学习. 本节是新教材注重过程与方法、情感态度和价值观的一个标志性内容.过去的教学过分注重对知识与技能的掌握，而忽略了对科学精神、科学研究方法的培养.因此，能否通过这节课的学习让学生体会到人类对自然世界的探究思想和方法，感受到一位伟大的科学家的高尚情操，就成为这节课最终的目标.为了更好地落实新课标的精神，该教学策略采用了先让学生收集相关资料，在课堂上经过讨论和发表见解，充实和完善伽利略的研究过程与方法.引导学生一步步体会伽利略严谨的科学态度、不畏强权的探索精神和正确地解决问题的思路，树立正确的科学观念. 教学目标 （一）教学目标： 1、了解伽利略对自由落体运动的研究思路和方法； 2、能够合理设计实验，并将实验数据用图线法处理。 （二）过程和方法： 1、经历伽利略对自由落体运动的研究方法，感悟科学探究的方法； 2、分组进行科学探究活动，完成实验操作； 3、培养学生进行数学推理和图象处理数据的能力。 （三）情感目标： 1、激发了学生学习伽利略敢于向权威挑战，善于观察思考，知难而进的优秀品质； 2、培养学生耐心细致的意志品质，创新思想和互相协作的精神。 教学重点 通过重现重大发现的历史过程，让学生亲临其境探究伽利略对自由落体运动研究的实验，学习其科学思维方法和巧妙的实验构思。 教学难点 1、当无法验证自由落体运动是初速度为零的匀加速直线运动时，如何引导学生巧妙设计斜面实验间接 验证； 2、引导学生在实验过程中怎样进行合理猜想、数学推理、合理外推等重要方法。 教学过程 （一）预习检查、总结疑惑

2019届物理学史专题训练：伽利略斜面实验

2019届物理学史专题训练：伽利略斜面实验 1.伽利略是物理学发展史上最伟大的科学家之一，如图是伽利略采用“冲淡”重力的方法，研究自由落体运动时所做的铜球沿斜面运动实验的示意图。若某同学重做此实验，让小球从长度为l、倾角为θ的斜面顶端由静止滑下，在不同的条件下进行实验，不计空气阻力及小球的转动，摩擦阻力恒定，下列叙述正确是: A.l一定时，θ角越大，小球运动的加速度越小 B.l一定时，θ角越大，小球运动时的惯性越大 C.θ角一定时，小球从顶端运动到底端所需时间与l成正比 D.θ角一定时，小球从顶端运动到底端时的动能与l成正比 答案：D 2.如图所示，在伽利略的斜面实验中，小球从斜面A上某一点由静止开始滚下，然后滚上一对接的斜面B．无论斜面B比斜面A陡些或缓些，小球最后总会在斜面上的某点速度为零，这点距斜面底端的竖直高度与它出发时的高度相同．这一事实表明，在这个运动过程中，有一量是守恒的，这个量叫做: A.能量 B.矢量 C.标量 D.质量 答案：A 3.关于伽利略的理想斜面实验，下列说法正确的是: A．伽利略的理想斜面实验没有以事实为基础，只是理想推理 B．要使物体运动就必须有力的作用，没有力的作用物体就静止 C．利用气垫导轨，就能使该实验成功 D．当物体不受外力作用时，总是保持原来的匀速直线运动状态或静止状态 答案：D 4．伽利略在对自由落体运动的研究过程中，开创了如下框图所示的一套科学研究方法，其中方框2和4中的方法分别是: A实验检验，数学推理 B数学推理，实验检验 C提出假设，实验检验 D实验检验，合理外推 答案：C

5.在物理学史上，正确认识运动和力的关系且推翻“力是维持运动的原因”这个观点的物理学家及建立惯性定律的物理学家分别是: A．亚里士多德、伽利略 B．伽利略、牛顿 C．伽利略、爱因斯坦 D．亚里士多德、牛顿 答案：B 6．17世纪，意大利物理学家伽利略根据“伽利略斜面实验”指出：在水平面上运动的物体之所以会停下来，是因为受到摩擦阻力的缘故，你认为下列陈述正确的是: A．实验是一理想实验，是在思维中进行的，无真实的实验基础，故其结果是荒谬的 B．实验以可靠的事实为基础，经过抽象思维，抓住主要因素，忽略次要因素，从而更深刻地反映自然规律C．实验证实了亚里士多德“力是维持物体运动的原因”的结论 D．实验和牛顿的理想斜面实验是相同的 答案：B 7. 如图所示为伽利略研究自由落体运动规律时设计的斜面实验，他让铜球沿阻力很小的斜面从静止滚下，利用滴水计时记录铜球运动的时间。关于伽利略的“斜面实验”，下列说法正确的是: A伽利略测定了铜球运动的位移与时间，进而得出了速度随位移均匀增加的结论 B铜球在斜面上运动的加速度比自由落体下落的加速度小，所用时间长得多，时间容易测量 C若斜面长度一定，铜球从顶端滚动到底端所需时间随倾角的增大而增大 D若斜面倾角一定，铜球沿斜面运动的位移与所用时间成正比 答案：B 8.伽俐略理想实验将可靠的事实和理论思维结合起来，能更深刻地反映自然规律，伽俐略的斜面实验程序如下： （1）减小第二个斜面的倾角，小球在这斜面上仍然要达到原来的高度． （2）两个对接的斜面，让静止的小球沿一个斜面滚下，小球将滚上另一个斜面． （3）如果没有摩擦，小球将上升到释放时的高度． （4）继续减小第二个斜面的倾角，最后使它成水平面，小球沿水平方向做持续的匀速运动． 请按程序先后次序排列，并指出它究竟属于可靠的事实，还是通过思维过程的推论，下列选项正确的是（数字表示上述程序的号码）: A．事实2→事实1→推论3→推论4 B．事实2→推论1→推论3→推论4 C．事实2→推论3→推论1→推论4 D．事实2→推论1→推论4→推论3 答案：C

伽利略的落体研究和斜面实验

伽利略的落体研究和斜面实验 清华大学物理系郭奕玲沈慧君 一、历史背景 力学是物理学中发展最早的一个分支，它和人类的生活与生产联系最为密切。早在遥远的古代，人们就在生产劳动中应用了杠杆、螺旋、滑轮、斜面等简单机械，从而促进了静力学的发展。古希腊时代，就已形成比重和重心的概念，出现杠杆原理；阿基米德（Archimedes），约公元前287—212）的浮力原理提出于公元前二百多年。我国古代的春秋战国时期，以《墨经》为代表作的墨家，总结了大量力学知识，例如：时间与空间的联系、运动的相对性、力的概念、杠杆平衡、斜面的应用以及滚动和惯性等现象的分析，涉及力学的许多部门。虽然这些知识尚属力学科学的萌芽，但在力学发展史中应有一定的地位。 16世纪以后，由于航海、战争和工业生产的需要，力学的研究得到了真正的发展。钟表工业促进了匀速运动的理论；水磨机械促进了摩擦和齿轮传动的研究；火炮的运用推动了抛射体的研究。天体运行的规律提供了机械运动最纯粹、最精确的数据资料，使得人们有可能排除摩擦和空气阻力的干扰，得到规律性的认识。天文学的发展为力学找到了一个最理想的“实验室”——天体。但是，天文学的发展又和航海事业分不开，只有等到16、17世纪，这时资本主义生产方式开始兴起，海外贸易和对外扩张刺激了航海的发展，这才提出对天文作系统观测的迫切要求。第谷·布拉赫（Tycho Brahe，1546—1601）顺应了这一要求，以毕生精力采集了大量观测数据，为开普勒（Johannes Kepler，1571—1630）的研究作了准备。开普勒于1609年和1619年先后提出了行星运动的三条规律，即开普勒三定律。 与此同时，以伽利略（Galileo Galilei 1564—1642）为代表的物理学家对力学开展了广泛研究，得到了落体定律。伽利略的两部著作：《关于托勒密和哥白尼两大世界体系的对话》（1632年）和《关于力学和运动两种新科学的谈话》（简称《两门新科学》（1638年），为力学的发展奠定了思想基础。随后，牛顿（Isaac Newton，1642—1727）把天体的运动规律和地面上的实验研究成果加以综合，进一步得到了力学的基本规律，建立了牛顿运动三定律和万有引力定律。牛顿建立的力学体系经过D．伯努利（Daniel

伽利略与自由落体的实验

伽利略与自由落体的实验 地面上重物的下落是人类最早观测到的自然现象之一。千万年来，人们根据自己的日常经验都认为重物下落得快，轻物下落得慢。古希腊学者亚里士多德更把这上升到“理论”：重的物体落地快，轻的物体落地慢。 真正对自由落体运动进行科学研究的是意大利物理学家伽 利略（G．Galilei，1564—1642）。他在比萨大学任教期间，多次对亚里士多德的观点提出疑问，他巧妙地设计了一个“佯谬”：如果亚里士多德的论断成立，即重物比轻物下落速度大，那么将一轻一重的两个物体拴在一起下落，“快的会由于被慢的拖着而减速，慢的会由于被快的拖着而加速”，因而它将以比原来那个重物小的速度下落，但这两个物体拴在一起要比原来那个重物更重些。这样，伽利略就从亚里士多德的重物较轻物下落得快的论断，导出了重物下落得更慢的结论。这表明“亚里士多德错了”。伽利略认为，只有假定重力加速度与物体的重量无关，才能消除这个矛盾。 伽利略向亚里士多德的挑战触怒了许多学者、教授，于是产生了流传广泛的斜塔实验故事。 比萨斜塔高179英尺，由于塔基问题，塔身发生倾斜，那正是理想的落体实验场所。伽利略为了证明他的论断，邀请了许多人到斜塔旁观看，有他的支持者，也有他的反对者。伽

利略一手拿着一个1磅重的铅球，另一手拿着一个10磅重的铅球，一步一步地登上斜塔。到了塔顶，他向下作了个手势请观众注意，随即双手平举两个铅球让它们同时下落，最后“啪！”的一声，两个重量相差9倍的铅球同时落地。伽利略胜利了。 这个实验是否由伽利略操作，从当时的各种文献记载（包括伽利略本人的著作）中都无法得到证实。但重要的是，斜塔实验反映了当时的研究者们，对自由落体实验已有很深入的认识：①自由落体的速度极快，为了体现重物、轻物下落速度不同造成下落距离不同，必须有相当的高度以形成这种差别。这就是自由落体实验要在50多米高处的当地最高的建筑物上进行的缘故。②意大利各地的高塔不少，为什么流传下来的却是一个“斜塔实验”？这可能是千百次失败带来 的一个必然结果。由于伽利略当时名声显赫，崇拜者们就把斜塔实验的功劳归到他的头上。不过，下面的“斜面实验”确是伽利略亲自设计和操作的。 在垂直方向观测自由落体的落地，在当时的技术条件下是很困难的，因为即便在50多米高处下落的物体，到达地面也只要花3秒多钟。为了仔细观测重力作用下物体运动的特点，伽利略设计了一个能将运动时间“放大”的斜面实验。他在一块厚木板上刻一道槽，并将槽打磨得很光滑。再取一个坚硬、光滑并很圆的铜球，放在槽里滚动。抬高槽的一端，使

巧用生活器材改进“伽利略斜面实验”装置

龙源期刊网 https://www.wendangku.net/doc/0b10291080.html, 巧用生活器材改进“伽利略斜面实验”装置 作者：胡浩然卢文静 来源：《科学导报·学术》2019年第35期 摘 ;要：“伽利略斜面实验”是一个经典实验，但是在现有的教材中对其实验设计有一定的设备要求，不利于我们快速有效的开展实验。因此，我们需要通过运用生活器材，对“伽利略斜面实验”装置进行改进，使其更加容易实现，便于我们随时随地的开展实验。 关键词：伽利略斜面实验;改进;生活器材 引言 “伽利略斜面实验”是一个理想实验，是一个忽略某些客观次要因素通过想象设计的一种实验设计。但是它不是凭空产生的，它的核心理论是建立在实践基础上的，其目的是为了通过理论分析，预测理想实验条件下得出的最正确结论。它的基本实验内容是：一个小球沿着导轨斜面，从某一高度由静止状态开始下滚，经过“V”型导轨最低处，在惯性作用下沿另一斜面向上滚动，到达略小于原高度时速度为零，之后再滚回去，往复这一过程，每一次到达极限时，其高度都比上一次的下滚高度略小，直至停止在“V”型导轨底端。这一实验能够有效证明：力不是维持物体运动的原因。这也是牛顿第一定律的基础，有效的开展试验有利于我们更好的理解牛顿第一定律。为保证“伽利略斜面实验”的有效性和便利性，我们要善于利用生活器材来改进“伽利略斜面实验”装置。 一、器材准备 首先我们需要一个斜面，我设计了两种方案。一种是运用装修剩余的边角料，制作一个木制斜面。这需要一块长100cm，宽5cm，厚0.2cm的薄木板;一张课桌;书本若干;直尺两把;一颗小铁球;棉布一张;一支彩笔。 而第二种方法只需要一把钢卷尺和一颗玻璃球。由于钢卷尺的承受力有限，一但超过一定数值就会发生弯曲，使实验无法进行下去，所以我们选用质量较轻的玻璃球，而且玻璃球尺寸也刚好能够在钢卷尺的凹槽里滚动。 二、制作方法 （一）支座安装 采用第一种方案来进行实验时，需要先将课桌靠墙，将准备的的书本分两摞。一摞摆在课桌的一端，紧靠墙壁。另一摞放在课桌的另一端，将直尺夹在两张课桌的接缝处，让书本紧靠

从伽利略对力学的贡献看其研究方法

从伽利略对力学的贡献看其研究方法 摘要：本文从分析伽利略对力学的主要贡献——自由落体运动、惯性定律、抛体运动入手，对他的力学研究工作所蕴含的科学方法进行了探索，阐述了其所运用的观察方法、数学方法和实验方法，最后归纳出了仍适合于今天科学工作者使用的伽利略科学研究方法程序。 关键词：伽利略力学贡献研究方法 引言：伽利略( Galileo , 1564-1642) , 意大利科学家, 近代科学的奠基人。伽利略对运动的研究为经典力学奠定了基础。伽利略的科学思想和科学方法是当时科学革命的重要组成部分。伽利略一方面坚持亚里士多德的归纳——演绎方法，一方面又不迷信亚里士多德的结论, 他在对物理, 特别是对力学的研究中, 将数学方法与实验方法结合, 创造了近代实证科学的研究方法, 被称为“实证科学之父”、“实验的自然科学的先驱”。 一．伽利略得出自由落体定律 早在学生时代，伽利略就对近两千年前亚里士多德提出的“重物越重，下落越快”的落体规律产生过怀疑。从1633年当他被囚禁时起，这一疑问就明确地被提了出来。 1.思想实验 伽利略先用思想实验深刻地分析了“重物越重，下落越快”这个论断在逻辑上的矛盾。 有一重物和一轻物由同一高度同时下落，下落的时间分别为t 1和t 2 ，根据亚里士多德的观点， 必有t 1

2.6.4伽利略的观点及其科学方法

学科名称：物理知识点名称：伽利略的观点及其科学方法 一、当前知识点清单 （1）亚里士多德的看法：物体的下落快慢由物体的重力决定。 （2）伽利略的逻辑思考： ①轻重物体捆在一起，因质量增大，其下落速度应比任何一个物体的下落速度大， ②轻重物体捆在一起，轻物会减慢重物的下落速度，故下落速度应比重物下落速度小。 （3）伽利略的猜想与假设： 自由落体运动是一种简单的匀变速运动，其速度应与时间成正比。 （4）伽利略的实验验证： 因实验条件限制，无法求出瞬时速度v，从而无法证明v与t成正比，通过数学运算可知，若v∝t，则有x∝t2。这样，只要验证位移与时间的平方成正比即可。 但是，自由落体运动物体下落很快，计时装置的简陋又无法精确测量所用时间，因此，伽利略用斜面（“冲淡”重力）减缓运动加速度的大小，让铜球从斜槽的不同位置由静止滚下，得出小球滚下的位移x与运动时间的二次方成正比，即x∝t2。 而当倾角等于90°时，即物体自由下落时，位移x与运动时间的平方仍成正比，即x∝t2，从而得出了落体运动的规律。 （5）伽利略的科学方法 把实验和逻辑推理有机的结合起来，从而有力的推动了人类科学知识的发展。其研究过程的基本要素为： 二、点拨指导 重难点： 本节课学习的重难点在于对伽利略科学思想的学习，学习他那种敢于质疑的勇气和严谨的科学态度。伽利略科学思想方法的核心是把实验和逻辑推理(包括数学演算)和谐地结合起来，从而有力地推进了人类科学认识的发展。 三、解题示范 解题示范1：伽利略巧妙的推理推翻了亚里士多德的错误观点，从而提出了“自由落体是一种最简单的变速运动，速度应该是均匀变化的”观点．这种方法在科学研究中叫() A．数学推演B．实验验证C．猜想与假说D．逻辑推理 【解析】伽利略运用逻辑思维，利用“归谬法”设想将轻重不同的两个物体绑在一起释放，分析物体的运动情况，从而得出相互矛盾的结论，推翻了亚里士多德的观点。 【答案】D 解题示范2：伽利略给出了科学研究过程的基本要素，这些要素包含对现象的一般观察、

伽利略的力学成就

伽利略的力学成就 在近代科学的开创者行列里，伽利略（Galileo Galilei ，1564～1642）最为突出，是他创造并示范了新的科学实验传统，以追究事物之量的数学关系为目标的研究纲领，以及将实验与数学相结合的科学方法。正是他的工作将近代物理学乃至近代科学推上了历史的舞台。 伽利略1564年2月15日生于意大利的比萨，他的父亲文森西奥·伽利 略是当时一位著名的音乐家和数学家，他的学术研究对伽利略有很大的影 响。1581年，伽利略被送进比萨大学倾心研究欧几里德几何学和阿基米德 的物理学。1589年，伽利略获得了比萨大学数学教授的职位，三年后，转 到帕多瓦大学，在这里过了十八年比较稳定的生活，1610年又到佛罗伦萨，继续从事他的物理学和天文学研究。1624至1630年间，伽利略写作他的著 作《关于托勒密和哥白尼两大世界体系的对话》，该书于1632年问世，但很快就遭到罗马教会的传讯而被软禁。从1634年开始，他致力于撰写另一部著作《两门新科学的对话》，该书于1638年在荷兰的莱顿出版。所谓两门新科学指的是材料力学和运动力学。关于第一门新科学，伽利略在书中提出物体的支撑能力不能依几何比例予以放大，例如，一只鹿如果按比例胀成大象那么大，那么它的腿肯定支撑不住自身的重量。后一门新科学，就是他自己早年对落体运动研究的一种系统化；速度和加速度的概念、惯性的概念，就是在这本书中以公理的形式提出的。1642年1月9日，伽利略在阿切特里 的别墅里安然去世。 1 匀加速运动规律的研究 伽利略被誉为近代科学之父，他把数学和实验相结合开创了近代科学研 究的有效方法。伽利略的数学与实验相结合的研究方法，一般来说，分三个 步骤：（1）先提取出从现象中获得的直观认识的主要部分，用最简单的数学形式表示出来，以建立量的概念；（2）再由此式用数学方法导出另一易于实验证实的数量关系；（3）然后通过实验来证实这种数量关系。他对落体匀加速运动规律的研究便是最好的说明。 从落体的加速运动所能作出的最简单设想，可能是其瞬时速度与路程成正比，也可能与下落时间t 成正比。通过数学论证，不难发现第一种假设对于匀加速运动是不能成立的。于是采取t ∝υ或υ＝at 的假设，这里a 是加速度。由于υ值无法直接测量，所以将此式转换 为可测量路程的形式：s ＝21 at 2。如此则落体在1，2，3，……秒末所通过的路程依次为 12·（a 21），22·（a 21），32·（a 2 1），……，由此得知每隔1秒落体下落的一段距离依次为s 2－s l ＝3·（a 21），s 3－s 2＝5·（a 21）。s 4－s 3＝7·（a 2 1），……，依等差级数递增。最后的步骤是用实验验证：由于自由落体的加速度a 值大，即使在短时间内下落的路程也会很大，难于测量。为了“冲淡”加速度，使其减小，伽利略设计了斜面滚球实验，测量从斜面上的光滑小槽内往下滚的青铜小球的行程与时间的关系。他采用精密的漏壶计时，反复实验100次。所得结果与所设想的数量关系符合，且重复性良好，肯定了落体作匀加速运动设想的正确性。由此可见，伽利略进行科学实验的目的主要是为了检验一个科学假设是否正确，而不是盲目地收集资料，归纳事实。 图4-1为伽利略 图4-2伽利略《两大世 界体系的对话》雇页