高中物理《伽利略對(duì)自由落體運(yùn)動(dòng)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(xiàn)運(yùn)動(dòng)的研究 六．伽利略對(duì)自由落體運(yùn)動(dòng)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(gè)自然科學(xué)只不過(guò)是哲學(xué)的一個(gè)分支，沒(méi)有取得自己的獨(dú)立地位。當(dāng)時(shí)，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(shí)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(cè)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(gè)有秩序的服從簡(jiǎn)單規(guī)律的整體，要了解大自然，就必須進(jìn)行系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)定量觀測(cè)，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(shí)驗(yàn)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(duì)近代科學(xué)的最重要貢獻(xiàn)。用數(shù)學(xué)方法研究物理問(wèn)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(shí)驗(yàn)方法放在首位，因而在思想上未能有所突破。伽利略重視實(shí)驗(yàn)的思想可見(jiàn)于1615年他寫(xiě)給克利斯廷娜公爵夫人的一封信上的話(huà)：“我要請(qǐng)求這些聰明細(xì)心的神父?jìng)冋J(rèn)真考慮一下臆測(cè)性的原理和由實(shí)驗(yàn)證實(shí)了的原理二者之間的區(qū)別。要知道，做實(shí)驗(yàn)工作的教授們的主張并不是只憑主觀愿望來(lái)決定的?！? 伽利略的數(shù)學(xué)與實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的研究方法，一般來(lái)說(shuō)，分三個(gè)步驟：①先提取出從現(xiàn)象中獲得的直觀認(rèn)識(shí)的主要部分，用最簡(jiǎn)單的數(shù)學(xué)形式表示出來(lái)，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(shí)驗(yàn)證實(shí)的數(shù)量關(guān)系；③然后通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)證實(shí)這種數(shù)量關(guān)系。他對(duì)落體勻加速運(yùn)動(dòng)規(guī)律的研究便是最好的說(shuō)明。 很早就有人研究過(guò)自由落體運(yùn)動(dòng)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(shuō) 數(shù)學(xué)推理 實(shí)驗(yàn)維 合理外推 伽利略對(duì)自由落體的研究，開(kāi)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(shí)驗(yàn)相結(jié)合。愛(ài)因斯坦在《物理學(xué)的進(jìn)化》中這樣評(píng)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(lèi)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(kāi)端”。 2．伽利略的生平簡(jiǎn)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(lè)理論和聲學(xué)，著有《音樂(lè)對(duì)話(huà)》一書(shū)。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(duì)音樂(lè)、詩(shī)歌、繪畫(huà)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(shí)遵從父命進(jìn)比薩大學(xué)學(xué)醫(yī)，可是對(duì)醫(yī)學(xué)他感到枯燥無(wú)味，而在課外聽(tīng)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(lái)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(lèi)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(kāi)始進(jìn)行擺的實(shí)驗(yàn)。 1586年伽利略寫(xiě)了《小天平》。這本書(shū)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(xiě)了《關(guān)于運(yùn)動(dòng)》一書(shū)，此書(shū)把他關(guān)于運(yùn)動(dòng)和落體的理論結(jié)合了起來(lái)。 1591年伽利略在比薩斜塔上進(jìn)行他的落體實(shí)驗(yàn)。伽利略的父親去世。 1593年伽利略利用斜面開(kāi)始進(jìn)行加速度的實(shí)驗(yàn)。 1597年德國(guó)科學(xué)家開(kāi)普勒出版了《神秘的宇宙》一書(shū)，此書(shū)支持哥白尼關(guān)于宇宙的理論。 1604年伽利略確定無(wú)疑地證實(shí)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(cuò)誤的。 1609年伽利略作了一架經(jīng)過(guò)改革的望遠(yuǎn)鏡，并開(kāi)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(shū)。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(yáng)黑子以及它們的現(xiàn)象的論證和發(fā)展過(guò)程》一書(shū)發(fā)表。此書(shū)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(diǎn)。 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(shū)，在這本書(shū)里他對(duì)教會(huì)關(guān)于宇宙的見(jiàn)解提出異議。 1632年2月，伽利略的《關(guān)于兩種世界體系的對(duì)話(huà)》一書(shū)出版。 8月，教會(huì)下令禁止《對(duì)話(huà)》一書(shū)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(duì)話(huà)》和其他著作都被查禁。 伽利略開(kāi)始撰寫(xiě)《兩種新科學(xué)的對(duì)話(huà)》一書(shū)。 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(duì)話(huà)》在荷蘭萊頓出版。 1642年1月8日，77歲的伽利略去世。 111