高中物理《伽利略對自由落體運動的研究》文本素材 (人教版必修1)

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111 第二章 勻變速直線運動的研究 六．伽利略對自由落體運動的研究 1．新的科學(xué)思想和科學(xué)研究方法 在伽利略的研究成果得到公認之前，物理學(xué)以至整個自然科學(xué)只不過是哲學(xué)的一個分支，沒有取得自己的獨立地位。當(dāng)時，哲學(xué)家們束縛在神學(xué)和亞里士多德教條的框框里，他們苦思巧辯，得不出符合實際的客觀規(guī)律。伽利略敢于向傳統(tǒng)的權(quán)威思想挑戰(zhàn)，不是先臆測事物發(fā)生的原因，而是先觀察自然現(xiàn)象，由此發(fā)現(xiàn)自然規(guī)律。他摒棄神學(xué)的宇宙觀，認為世界是一個有秩序的服從簡單規(guī)律的整體，要了解大自然，就必須進行系統(tǒng)的實驗定量觀測，找出它的精確的數(shù)量關(guān)系。 基于這樣的新的科學(xué)思想，伽利略倡導(dǎo)了數(shù)學(xué)與實驗相結(jié)合的研究方法；這種研究方法是他在科學(xué)上取得偉大成就的源泉，也是他對近代科學(xué)的最重要貢獻。用數(shù)學(xué)方法研究物理問題，原非伽利略首倡，可以追溯到公元前3世紀(jì)的阿基米德，14世紀(jì)的牛津?qū)W派和巴黎學(xué)派以及15、16世紀(jì)的意大利學(xué)術(shù)界，在這方面都有一定成就，但他們并未將實驗方法放在首位，因而在思想上未能有所突破。伽利略重視實驗的思想可見于1615年他寫給克利斯廷娜公爵夫人的一封信上的話：“我要請求這些聰明細心的神父們認真考慮一下臆測性的原理和由實驗證實了的原理二者之間的區(qū)別。要知道，做實驗工作的教授們的主張并不是只憑主觀愿望來決定的?！? 伽利略的數(shù)學(xué)與實驗相結(jié)合的研究方法，一般來說，分三個步驟：①先提取出從現(xiàn)象中獲得的直觀認識的主要部分，用最簡單的數(shù)學(xué)形式表示出來，以建立量的概念；②再由此式用數(shù)學(xué)方法導(dǎo)出另一易于實驗證實的數(shù)量關(guān)系；③然后通過實驗來證實這種數(shù)量關(guān)系。他對落體勻加速運動規(guī)律的研究便是最好的說明。 很早就有人研究過自由落體運動的性質(zhì)，比較典型的有古希臘的哲學(xué)家亞里士多德和意大利物理學(xué)家伽利略。 亞里士多德的研究方法：觀察與思考物體下落的快慢由重力大小決定。 伽利略的研究方法：巧妙的推理 提出假說 數(shù)學(xué)推理 實驗維 合理外推 伽利略對自由落體的研究，開創(chuàng)了研究自然規(guī)律的科學(xué)方法：抽象思維、數(shù)學(xué)推導(dǎo)和科學(xué)實驗相結(jié)合。愛因斯坦在《物理學(xué)的進化》中這樣評論：“伽利略的發(fā)現(xiàn)以及所應(yīng)用的科學(xué)的推理方法是人類思想上最偉大的成就之一，而且標(biāo)志著物理學(xué)真正的開端”。 2．伽利略的生平簡介： 1564年2月15日生于意大利西北部的比薩城，父親芬琴齊奧伽利萊精通音樂理論和聲學(xué)，著有《音樂對話》一書。1574年全家遷往意大利東部的大城市佛羅倫薩。伽利略自幼受父親的影響，對音樂、詩歌、繪畫以及機械興趣極濃；也像他父親一樣，不迷信權(quán)威。17歲時遵從父命進比薩大學(xué)學(xué)醫(yī)，可是對醫(yī)學(xué)他感到枯燥無味，而在課外聽家族世交、著名學(xué)者O里奇講歐幾里得幾何學(xué)和阿基米德靜力學(xué)，感到濃厚興趣。后來成為偉大的物理學(xué)家、天文學(xué)家、科學(xué)革命的先驅(qū)，是人類改變世界的大科學(xué)家之一，1642年1月8日病逝，終年78歲。 3.大事年表 1581年9月，17歲的伽利略成了比薩大學(xué)的一名學(xué)生。 1583年伽利略開始進行擺的實驗。 1586年伽利略寫了《小天平》。這本書使他引起了其他科學(xué)家的關(guān)注，奠定了作為數(shù)學(xué)家的基礎(chǔ)。 1590年伽利略寫了《關(guān)于運動》一書，此書把他關(guān)于運動和落體的理論結(jié)合了起來。 1591年伽利略在比薩斜塔上進行他的落體實驗。伽利略的父親去世。 1593年伽利略利用斜面開始進行加速度的實驗。 1597年德國科學(xué)家開普勒出版了《神秘的宇宙》一書，此書支持哥白尼關(guān)于宇宙的理論。 1604年伽利略確定無疑地證實了地球不是宇宙的中心。10月，空中出現(xiàn)了一顆超新星，這件事更使伽利略確信亞里士多德關(guān)于宇宙的理論是錯誤的。 1609年伽利略作了一架經(jīng)過改革的望遠鏡，并開始了他的天文觀察。 1610年3月，伽利略出版了他的《星宿的信使》一書。9月，伽利略移居佛羅倫薩，在科西莫大公手下獲得數(shù)學(xué)家職位。 1613年伽利略《關(guān)于太陽黑子以及它們的現(xiàn)象的論證和發(fā)展過程》一書發(fā)表。此書表明了伽利略支持哥白尼的宇宙理論，而不贊成亞里士多德在這方面的論點。 1615年伽利略被傳喚至羅馬，因支持哥白尼而受指控。 1623年伽利略出版了《分析者》一書，在這本書里他對教會關(guān)于宇宙的見解提出異議。 1632年2月，伽利略的《關(guān)于兩種世界體系的對話》一書出版。 8月，教會下令禁止《對話》一書的出售。 1633年6月，伽利略被判決有罪。他被判終身監(jiān)禁并關(guān)在牢房里。他的《對話》和其他著作都被查禁。 伽利略開始撰寫《兩種新科學(xué)的對話》一書。 1637年伽利略的一只眼睛受到感染，導(dǎo)致失明。 1638年《兩種新科學(xué)的對話》在荷蘭萊頓出版。 1642年1月8日，77歲的伽利略去世。 111