亞里士多德和伽利略對自由落體運動的研究:
古希臘權(quán)威思想家亞里士多德曾經(jīng)斷言:物體從高空落下的快慢同物體的重量成正比,重者下落快,輕者下落慢。比如說,十磅重的物體落下時要比一磅重的物體落下快十倍。1800多年來,人們都把這個錯誤論斷當作真理而信守不移。
直到16世紀,伽利略才發(fā)現(xiàn)了這一理論在邏輯上的矛盾。伽利略通過“比薩斜塔試驗”,用事實證明,輕重不同的物體,從同一高度墜落,加速度一樣,它們將同時著地,從而推翻了亞里士多德的錯誤論斷。這就是被伽利略所證明的,現(xiàn)在已為人們所認識的自由落體定律!氨人_斜塔試驗”作為自然科學(xué)實例,為實踐是檢驗真理的惟一標準提供了一個生動的例證。
伽利略的科學(xué)研究方法:
提出問題→合理猜想→數(shù)學(xué)推理→實驗驗證→合理外推→得出結(jié)論。
伽利略的探索之路:
知識=觀察+實驗+思考
1、大膽的猜測:下落物體的速度是隨時間均勻增加的,即,則測瞬時速度V與時間t成正比
困難一:瞬時速度無法準確測量。為了解決測量瞬時速度的困難,伽利略尋求間接驗證的途徑(思維的作用)
則測下落的高度與時間t2成正比
2、實驗驗證:伽利略用銅球從斜槽的不同位置由靜止下落,伽利略手稿中記錄的一組實驗數(shù)據(jù)
結(jié)果表示為:
伽利略發(fā)現(xiàn),斜面的傾角不同,上述比例關(guān)系同樣成立,只是這個常數(shù)的隨著θ的增大而增大。
困難二:伽利略用斜面實驗驗證了后,怎樣說明落體運動也符合這個規(guī)律?
3、合理外推:隨著θ的增大,的數(shù)值在增大。當θ=90°時,即物體豎直下落時,這個關(guān)系也應(yīng)該成立,這時的數(shù)值最大。
至此,他終于成功地驗證了原先的猜想,不但否定了亞里士多德的錯誤論斷,而且得到了物體下落的規(guī)律。
分析:
伽利略的成功,不僅在與找到了落體運動的規(guī)律,更重要的是開辟了一條研究物理學(xué)的研究之路。
思考:
科學(xué)思想方法程序是:對現(xiàn)象的一般觀察→提出假設(shè)→運用邏輯(包括數(shù)學(xué))得出結(jié)論→通過實驗對結(jié)論進行檢驗→對假說進行修正和推廣→……
其核心是:把實驗和邏輯和諧地結(jié)合起來。
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