世界物理实验：伽利略的自由落体实验的时间和过程

揭秘者

　　盘点世界十大经典物理实验，伽利略自由落体实验闻名世界，说起世界十大经典物理实验，想必这是理科生才会比较了解的吧!不得不敬佩那些伟大的科学家们，在浩瀚宇宙的海洋中不断的挖掘探索，才有了世界十大经典物理实验的出现。下面小编就来为你盘点世界十大经典物理实验。


　　伽利略对自由落体运动的研究过程。

　　首先，伽利略通过逻辑推理得出亚里士多德的结论是错误的，然后，伽利略做了大胆的猜想：自由落体运动应该是一种简单的运动，落体的速度与时间是成正比的。接着，伽利略通过铜球沿阻力很小的斜面滚下这一过程的严谨求实的实验测定，得出只要倾角一定，铜球的加速度不变，他进一步设想当斜面倾角为90°时，也应如此。由此，人类终于认识到自由落体运动是匀变速直线运动了。

　　亚里士多德和伽利略对自由落体运动的研究：

　　古希腊权威思想家亚里士多德曾经断言：物体从高空落下的快慢同物体的重量成正比，重者下落快，轻者下落慢。比如说，十磅重的物体落下时要比一磅重的物体落下快十倍。1800多年来，人们都把这个错误论断当作真理而信守不移。
　　直到16世纪，伽利略才发现了这一理论在逻辑上的矛盾。伽利略通过“比萨斜塔试验”，用事实证明，轻重不同的物体，从同一高度坠落，加速度一样，它们将同时着地，从而推翻了亚里士多德的错误论断。这就是被伽利略所证明的，现在已为人们所认识的自由落体定律。“比萨斜塔试验”作为自然科学实例，为实践是检验真理的惟一标准提供了一个生动的例证。
　　伽利略的科学研究方法：

　　提出问题→合理猜想→数学推理→实验验证→合理外推→得出结论。



　　一、伽利略的自由落体试验


　　






　　伽利略的自由落体试验是十大经典物理实验之一，在16世纪末，人人都认为重量大的物体比重量小的物体下落的快因为伟大的亚里士多德是这么说的。伽利略，当时在比萨大学数学系任职，他大胆的向公众的观点挑战，他从斜塔上同时扔下一轻一重的物体，让大家看到两个物体同时落地。




　　






　　他向世人展示尊重科学而不畏权威的可贵精神。伽利略的自由落体试验在世界十大经典物理实验中是十分著名的，甚至被列入了高中的教科书。

　　伽利略的探索之路：
　　知识=观察+实验+思考
1、大胆的猜测：下落物体的速度是随时间均匀增加的，即 ，则测瞬时速度V与时间t成正比困难一：瞬时速度无法准确测量。为了解决测量瞬时速度的困难，伽利略寻求间接验证的途径(思维的作用) 则测下落的高度与时间t2成正比

  　　2、实验验证：伽利略用铜球从斜槽的不同位置由静止下落，伽利略手稿中记录的一组实验数据
结果表示为： 　　伽利略发现，斜面的倾角不同，上述比例关系同样成立，只是这个常数的随着θ的增大而增大。
　　困难二：伽利略用斜面实验验证了后，怎样说明落体运动也符合这个规律?
　　3、合理外推：随着θ的增大，的数值在增大。当θ=90°时，即物体竖直下落时，这个关系也应该成立，这时的数值最大。
　　至此，他终于成功地验证了原先的猜想，不但否定了亚里士多德的错误论断，而且得到了物体下落的规律。
　　分析：
　　伽利略的成功，不仅在与找到了落体运动的规律，更重要的是开辟了一条研究物理学的研究之路。
　　思考：
　　科学思想方法程序是：对现象的一般观察→提出假设→运用逻辑(包括数学)得出结论→通过实验对结论进行检验→对假说进行修正和推广→……
　　其核心是：把实验和逻辑和谐地结合起来。





　　二、埃拉托色尼测量地球圆周


　　






　　埃拉托色尼测量地球圆周也是世界十大经典物理实验之一。在公元前3世纪，埃及的一个名叫阿斯瓦的小镇上，夏至正午的阳光悬在头顶。物体没有影子，太阳直接照入井中。埃拉托色尼意识到这可以帮助他测量地球的圆周。在几年后的同一天的同一时间，他记录了同一条经线上的城市亚历山大(阿斯瓦的正北方)的水井的物体的影子。




　　






　　发现太阳光线有稍稍偏离，与垂直方向大约成7度角。剩下的就是几何问题了。假设地球是球状，那么它的圆周应是360度。如果两座城市成7度角，就是7/360的圆周，就是当时5000个希腊运动场的距离。因此地球圆周应该是25万个希腊运动场，今天我们知道埃拉托色尼的测量误差仅仅在5%以内，所以被列入了世界十大经典物理实验之中也是很不足为奇的。