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(rèn)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(rèn)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(jìn)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(xiàn)。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(xì)心的神父們認(rèn)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(rèn)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(jìn)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(jī)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(jìn)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(jìn)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(jìn)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(jìn)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(yuǎn)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