2.6.4伽利略的观点及其科学方法

学科名称：物理知识点名称：伽利略的观点及其科学方法

一、当前知识点清单

（1）亚里士多德的看法：物体的下落快慢由物体的重力决定。

（2）伽利略的逻辑思考：

①轻重物体捆在一起，因质量增大，其下落速度应比任何一个物体的下落速度大，

②轻重物体捆在一起，轻物会减慢重物的下落速度，故下落速度应比重物下落速度小。

（3）伽利略的猜想与假设：

自由落体运动是一种简单的匀变速运动，其速度应与时间成正比。

（4）伽利略的实验验证：

因实验条件限制，无法求出瞬时速度v，从而无法证明v与t成正比，通过数学运算可知，若v∝t，则有x∝t2。这样，只要验证位移与时间的平方成正比即可。

但是，自由落体运动物体下落很快，计时装置的简陋又无法精确测量所用时间，因此，伽利略用斜面（“冲淡”重力）减缓运动加速度的大小，让铜球从斜槽的不同位置由静止滚下，得出小球滚下的位移x与运动时间的二次方成正比，即x∝t2。

而当倾角等于90°时，即物体自由下落时，位移x与运动时间的平方仍成正比，即x∝t2，从而得出了落体运动的规律。

（5）伽利略的科学方法

把实验和逻辑推理有机的结合起来，从而有力的推动了人类科学知识的发展。其研究过程的基本要素为：

二、点拨指导

重难点：

本节课学习的重难点在于对伽利略科学思想的学习，学习他那种敢于质疑的勇气和严谨的科学态度。伽利略科学思想方法的核心是把实验和逻辑推理(包括数学演算)和谐地结合起来，从而有力地推进了人类科学认识的发展。

三、解题示范

解题示范1：伽利略巧妙的推理推翻了亚里士多德的错误观点，从而提出了“自由落体是一种最简单的变速运动，速度应该是均匀变化的”观点．这种方法在科学研究中叫() A．数学推演B．实验验证C．猜想与假说D．逻辑推理

【解析】伽利略运用逻辑思维，利用“归谬法”设想将轻重不同的两个物体绑在一起释放，分析物体的运动情况，从而得出相互矛盾的结论，推翻了亚里士多德的观点。

【答案】D

解题示范2：伽利略给出了科学研究过程的基本要素，这些要素包含对现象的一般观察、

________、________、________、对假说进行修正和推广。伽利略科学思想方法的核心是把________和________和谐地结合起来．

【解析】伽利略研究过程的基本要素有以下几点：

其中其核心是把实验和逻辑推理有效的结合起来。

【答案】提出假设运用逻辑得出推论通过实验对推论进行检验实验逻辑推理

四、检测题

（一）巩固训练

题型1：伽利略认为落体运动应该是简单的变速运动，即它的速度是均匀变化的，速度的均匀变化意味着()

A．速度与时间成正比

B．速度与位移成正比

C．速度与时间的二次方成正比

D．位移与时间的二次方成正比

【解析】伽利略认为落体运动是简单的变速运动，即它的速度是均匀变化的，也就是速度与时间成正比，经过数学推导，可得到如果速度与时间成正比，则位移与时间的二次方成正比。

【答案】AD

题型2：伽利略以前的学者认为，物体越重，下落越快。伽利略等一些物理学家否定了这种看法。

（1）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. 它们所受的空气阻力不等

（2）在此塔顶端同时释放大小相等的实心铁球和空心铁球，下列说法中正确的是（）

①它们受到的空气阻力不等②它们的加速度相等

③它们落地的速度不等④它们下落的时间相等

A. ①③

B. ②④

C. 只有②

D. 只有③

【解析】羽毛下落时空气阻力不能忽略，玻璃球和铁球下落时空气阻力可以忽略。

（1）玻璃球先于羽毛到达地面，这主要是因为羽毛受到的空气阻力大的缘故。正确选项为D。

（2）大小相等的实心铁球和空心铁球受到的空气阻力相等。在忽略空气阻力的情况下，两球均做自由落体运动，它们的加速度相等。因下落高度相等，故下落的时间相等，落地的速度相等。正确选项为B。

【答案】（1）D；（2）B

题型3：伽利略通过观察与思考，提出一个大胆的猜想：下落物体的速度随着时间均匀增加．伽

v∝遇到了一些困难，因此他设计了斜面实验，下列叙述错误利略直接用实验验证下落物体的速度t

的是（）

A．不能测出下落物体的瞬时速度

v∝的关系来说明落体运动也符合这个规律

B．如何用斜面实验验证了t

C．下落物体定位困难

D．当时还没有准确的计时工具

【解析】伽利略要通过实验来验证速度与时间成正比，在当时情况下遇到了很多困难，首先是无法测出物体在某一时刻的瞬时速度，其次是当时情况下计时工具非常简陋，无法精确计时，而落体运动下落非常快、时间很短、定位难，因此无法精确测量时间也成为当时实验的一个困难。

【答案】B

（二）针对性诊断

题型1：亚里士多德的命题“重的物体下落快，轻的物体下落慢”失误的根源在于他()

A．不注意观察自然现象

B．对此没有做深刻的逻辑思辨

C．对此没有进行科学实验

D．对此没有进行归纳和总结

【解析】限于当时的实际条件限制，无法进行真实、精确的实验，只是根据生活现象进行了分析．

【答案】BC

题型2：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

【解析】伽利略猜想自由落体运动是最简单的匀变速运动，即速度与时间成正比，要通过实验验证即可。但是在当时情况无法测出物体在某一时刻的瞬时速度，落体运动下落快、时间短、定位难等困难都造成实验无法顺利进行。在此情况下，伽利略涉及除了斜面实验，用斜面来“冲淡”重力，可以让物体下落时间变长，从而可以较准确测定时间和定位，通过验证位移与时间的二次方成正比，即可得到速度与时间成正比的结论。在斜面上得出此结论后，伽利略对结论进行合理的外推，得到了落体运动的结论。

【答案】AC

题型3：在学习物理知识的同时，还应当十分注意学习物理学研究问题的思想和方法，从一定意义上说，后一点甚至更重要．伟大的物理学家伽利略的研究方法对于后来的科学研究具有重大的启蒙作用，至今仍然具有重要意义．请你回顾伽利略探究物体下落规律的过程，判定下列哪个过程

是伽利略的探究过程( )

A ．猜想—问题—数学推理—实验验证—合理外推—得出结论

B ．问题—猜想—实验验证—数学推理—合理外推—得出结论

C ．问题—猜想—数学推理—实验验证—合理外推—得出结论

D ．猜想—问题—实验验证—数学推理—合理外推—得出结论

【解析】伽利略探究物体下落规律的过程是：先对亚里士多德对落体运动的观察得出的结论提出质疑——大小石块捆在一起下落得出矛盾的结论，猜想——下落的运动是最简单的运动，速度与时间成正比；数学推理—如果v ∝t ，则有h ∝t 2；实验验证——设计出斜面实验并进行研究，得出光滑斜面上滑下的物体的规律h ∝t 2；合理外推——将光滑斜面上滑下的物体的规律h ∝t 2推广到落体运动，从探究的过程看，答案应是C.

【答案】C

（三）再次诊断

题型1：在物理学的发展历程中，下面的哪位科学家首先建立了平均速度、瞬时速度和加速度等概念用来描述物体的运动，并首先采用了实验检验、猜想和假设的科学方法，把实验和逻辑推理和谐地结合起来，从而有力地推进了人类科学的发展( )

A ．伽利略

B ．亚里士多德

C ．牛顿

D ．爱因斯坦

【答案】A

题型2：伽利略用实验验证v ∝t 的最大困难是( )

A ．不能很准确地测定下落的距离

B ．不能测出下落物体的瞬时速度

C ．当时没有测量时间的仪器

D ．当时没有记录落体运动的数码相机

【答案】 B

题型3：伽利略的自由落体实验和加速度实验均被选为最完美的实验．在加速度实验中，伽利略将光滑的直木板槽倾斜固定，让铜球从木槽顶端沿斜面滑下，并用水钟测量铜球每次下滑的时间，研究铜球的运动路程与时间的关系，亚里士多德曾预言铜球的运动速度是均匀不变的，伽利略却证明铜球的运动路程与时间的平方成正比．请将亚里士多德的预言和伽利略的结论分别用公式表示(其中路程用x ，速度用v ，加速度用a ，时间用t 表示)，亚里士多德的预言：________，伽利略的结论：________.伽利略的两个实验之所以成功，主要原因是在自由落体的实验中，忽略了空气阻力，抓住了重力这一要素，在加速度实验中，伽利略选用光滑直木板槽和铜球进行实验研究铜球运动，是为了减少铜球运动的______，同时抓住______这一要素．

【解析】亚里士多德曾预言铜球的运动速度是不变的，即铜球做匀速直线运动．则其关系式为x ＝vt ；伽利略证明铜球运动的路程与时间的平方成正比，即铜球做初速度为零的匀加速直线运动，

其关系式为x ＝12

at 2. 伽利略选用光滑直木板槽和铜球进行实验，目的是为了减少铜球运动时所受的阻力，同时抓住小球受重力这一要素．

【答案】x ＝vt x ＝12

at 2 阻力 小球受重力