2.6 伽利略对落体运动的研究
第2章 研究匀变速直线运动的规律
1.了解自由落体运动的规律。
2.理解伽利略研究自由落体运动规律的方法，体验科学研究的方法。
他是谁？
他的全部作品有47部留存。 他的著作包括天文学、动物学、
地理学、地质学、物理学、解剖学、
生理学、伦理学、心理学、经济学、
政治学、修辞学、美学。
黑格尔：他是历史上最多才、最渊博的科学 天才之一，他是一个在历史上无与 伦比的人……
马克思、恩格斯：
古希腊著名的思想
家和哲学家在西方被称
为“最博学的人” 古代
最伟大的思想家
这个观点正确吗？
一、绵延两千年的错误
生活常识告诉我们：

重的物体往往比轻的物体先落地
历史的回顾
通过观察大量事实，我发现：物体下落的重快慢是由它们重量决定的，重的物体下落得快！
意大利物理学家、天文学家
——伽利略
你错了！
物体下落过程中的运动情况与物体的质量无关。
思考： 亚里士多德为什么会有错误的认 识呢？
研究方法：观察——思考（直觉）
思考：为什么这个错误被延续了两千多年？
伽利略是怎样论证亚里士多德
的观点是错误的？
思 考：
指出了亚里士多德的观点: “重物比
轻物下落得快”自相矛盾，是错误的。
正确结论：重物与轻物，下落得同样快
伽利略运用逻辑推理的方法
二、逻辑的力量
世界著名的比萨斜塔实验证明
物体下落快慢与轻重
无关
研究方法：
观察—逻辑推理
——实验(对比实验)
伽利略在研究落体运动过程中首先遇到了什么困难？
伽利略作出了大胆的科学猜想，猜想的内容是什么？
没有描述运动的概念
思 考：
思 考：
——伽利略
三、猜想与假说
自然界是简单的，自然界的规律也
是简单的。
。
物体下落速度是均匀变化的。 ——伽利略
随时间均匀变？随位移均匀变？
爱因斯坦有一句很著名的话：“提
出一个问题往往比解决一个问题更重要。
因为解决一个问题有时仅仅是一个数学
上或实验上的技巧，而提出新的问题、
新的可能性、从新的角度去看旧的问
题，却需要创造性的想象力，而且标志
着科学上的真正进步。”
伽利略比他的前人更伟大，就在于
他首先采用了以实验检验猜想和假设的
科学方法。在他之前，学者们总是通过
思辨性的论战来决定谁是谁非。
伽利略在实验过程中遇到了怎
样的困难，他又是怎样克服的？
思 考：
伽利略的探索之路（知识=观察+实验+思考）
大胆的猜测：下落物体的速度是随时间均匀增加的，

即
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（思维的作用）

则：测下落的高度S与时间t2成正比
冲淡重力
困难二 物体下落很快，很难测定不同位移的时间

（思维）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。
伽利略的实验设计：“冲淡重力”
怀疑者在翻阅
亚里士多德的
书籍
助手利用自己
的脉搏测时间
伽利略
一些贵族
斜面实验的结论
在斜面上物体运动的x与t2成正比关系，
物体做匀加速直线运动。
在同一斜面上不同质量的物体x/t2相同，既加速度相同
物体运动的快慢与质量无关。
合理外推
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？
1.伽利略经过多次斜面实验发现：斜面的倾角逐渐增大时，s∝t2仍然存在，但 比值随倾角的增大而增大。
2.伽利略合理推论： ——当斜面倾角增大到900，即斜面与地面垂直时， s∝t2仍然存在，但 比值随倾角的增大而增大。
3. 结论：自由落体运动是一种特殊的匀变速直线运动。
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，而且得到了物体下落的规律。

分析：伽利略的成功，不仅在于找到了落体运动的规律，更重要的是开辟了一条研究物理学的研究之路。
为什么说伽利略把他的结论外推到90需要很大的勇气？
单纯的逻辑推理和对有限事实的归纳都不会导致新的发现；科学发现中最活跃的因素是猜想、假设与直觉。因为这个原因，对于新发现的规律不能有百分之百的把握。
思 考：
自由落体运动是：v0=0的匀加速
直线运动，且所有物体下落的加速度
都相同。
结 论：
伽利略的科学方法
重的物体下落得比轻的
物体快?
v∝ t
s∝ t2
小球在斜面
上运动实验
外推至
落体运动
对现象的
一般观察
提出假设
逻辑(数学)
得出推论
对推论
进行检验
对假说修
正和推广
现代研究落体运动的方法： 1. 用打点计时器 2. 用频闪照片 3. 用光电计时器（测速计等）
[超越伽利略]
现在我们不必用斜面来“冲淡重
力”，可以对落体运动精确地“计时”、
“定位”，直接研究落体运动的性质。
超越伽利略
现代研究落体运动的方法：

用频闪照片
实验三 牛顿管实验
现象

金属片与羽毛同时落地
人们采用先进的实验手段测得：
一切物体的自由落体的加速度都相同，这个加速度叫重力加速度，用g表示。通常的计算，g值取9.8m/s2
实际意义 ：
当物体所受空气阻力比物体本身重力小得多时，即f<为了纪念伽利略的伟大贡献，1993年4月8日，来自世界各地的科学家把木球、铝球、塑料球等不同材料制成的小球从比萨斜塔上44m高处同时静止释放，用精密电子仪器和摄像机记录，结果发现所有小球几乎同时以同一速度落地 。
伽利略的发现以
及他所应用的科学的
推理方法，是人类思
想史上最伟大的成就
之一，而且标志着物
理学的真正开端。  ——爱因斯坦
伽利略
物理学家、天文学家
德国著名物理学家玻恩说：“我荣获
1954年的诺贝尔奖，与其说是因为我所发表
的著作里包括了一个自然现象的发现，倒不
如说是因为那里面包括一个关于自然现象的
新思想方法基础的发现。”
伽利略已死去三百多年，他所发现的自
由落体规律在物理学知识的长河中所占比例
愈来愈小。他研究问题所创造的一套科学
方法，却不断为后人所继承、发扬，创造了
比自由落体规律高出千百倍的财富。
对伽利略的审判
从伽利略的一生看科学与社会 p49
介绍一本好书
1．伽利略对自由落体运动的研究，是科学实验和逻辑思维的完美结合，如图所示，可大致表示其实验和思维的过程，对这一过程的分析，下列说法正确的是（ ）
A．其中的甲图是实验现象，丁图是经过合理的外推得到的结论
B．其中的丁图是实验现象，甲图是经过合理的外推得到的结论
C．运用甲图的实验，可“冲淡”重力的作用，使实验现象更明显
D．运用丁图的实验，可“放大”重力的作用，使实验现象更明显
答案AC
2.在一高塔顶端同时释放一片羽毛和一个玻璃球，玻璃球先于羽毛到达地面，这主要是因为（  ）
A. 它们的质量不等                  
B. 它们的密度不等  
C. 它们的材料不同                  
D. 空气阻力的影响不同
D
3．伽利略对运动的研究，不仅确立了许多用于描述运动的基本概念，而且创立了一套对近代科学的发展极为有益的科学方法，或者说给出了科学研究过程的基本要素，这些要素包含了以下几个环节：
①对现象的一般观察；②________________；
③运用逻辑得出结论；④__________________;
⑤对假设进行修正和推广。
提出假设
通过实验对结论进行检验
4. （1）请将图中三位科学家的姓名按历史年代先后顺序排列：________、________、________。
（2）简要说出他们各自在物理学上的一项贡献。
牛顿
爱因斯坦
伽利略
1.人们对落体问题的认识过程。
2.伽利略对落体问题的逻辑推理和实验验证。
3.伽利略的科学思想方法。