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1、伽利略科學(xué)研究方法探究作者：周經(jīng)偉文章來(lái)源：小國(guó)科技信息點(diǎn)擊數(shù)：1620更新時(shí)間：2008-9-12伽利略科學(xué)研究方法探究摘要：該文從分析伽利略主要的力學(xué)研究工作入手，對(duì)他的力學(xué)研究工作所蘊(yùn)含的科學(xué)方法進(jìn)行了探索，闡述了其所運(yùn)用的觀察方法、數(shù)學(xué)方法和實(shí)驗(yàn)方法，最后歸納出了仍適合于今天科學(xué)工作者使用的伽利略科學(xué)研究方法程序。關(guān)鍵詞：伽利略;科學(xué);研究方法伽利略(1564—1642)是意人利物理學(xué)家、天文學(xué)家，近代實(shí)驗(yàn)科學(xué)的創(chuàng)始人。他的一生完全獻(xiàn)給了科學(xué)事業(yè)，他所取得的巨大成就開創(chuàng)了近代物理的新紀(jì)元。正如愛因斯坦所說(shuō)：“伽利略的發(fā)現(xiàn)以及他所應(yīng)用
2、的科學(xué)推理方法是人類思想史上最佶大的成就之一，標(biāo)志著物理學(xué)的開端。”他1632年發(fā)表了《關(guān)于兩個(gè)世界體系的對(duì)話》一書，1638年乂發(fā)表了《關(guān)于兩門新科學(xué)的對(duì)話》一?書。伽利略在長(zhǎng)達(dá)兒十年的科學(xué)研究工作期間開創(chuàng)了許多物理學(xué)研究方法，對(duì)今天的科學(xué)研究人員來(lái)說(shuō)，在科技創(chuàng)新方面仍有重要的指導(dǎo)作用。木文試圖從這些方面進(jìn)行一些探究。1伽利略主要的力學(xué)研究工作自由落體問題的研究是伽利略力學(xué)研究的突破」當(dāng)時(shí)在力學(xué)問題上流行的是亞里士多德的理論。亞里丄-多徳認(rèn)為落體以勻速下落，其速度的大小與落體的重量成正比。伽利略首先指出了亞毘士多德落體觀念的邏輯矛盾。他假
3、定一根不太長(zhǎng)的繩了，兩端分別系著一塊石頭，這兩塊石頭的重量不同。那么，這兩塊石頭將以什么速度下落呢？按照亞里士多徳的觀念，它們的重量是大小兩塊石頭重量Z和，所以它們下落的速度比任一塊石頭單獨(dú)下落的速度都要快。另一方面，也從亞里士多德的觀念出發(fā)，大石頭下落得快，小石頭下落得慢，則當(dāng)兩石頭串聯(lián)在一起時(shí)，會(huì)出現(xiàn)這樣的情況：大石頭快落在下，小石頭慢落在上，在人石頭帶動(dòng)廠小石頭比單獨(dú)卜?落時(shí)要快些，而人石頭被小石頭拖后，使之比單獨(dú)卜?落時(shí)要慢些。即同是應(yīng)用亞里士多徳的觀念，得出的是以上兩種門相矛盾的結(jié)果。所以亞里士多德關(guān)于落體的理論從邏輯推理上就不攻
4、白破了。還是眼見為實(shí)，伽利略知道僅用邏輯推理是不夠的，還必須用人們能夠觀察到的爭(zhēng)實(shí)來(lái)駁斥亞里士多德的落體觀念。相傳1589年伽利略登上了意大利的比廬斜塔，讓10磅重和1磅重的兩個(gè)球同吋下落。塔下的人都看到，這兩個(gè)重量不同的球兒乎是同時(shí)落地的。而根據(jù)亞里士多德的落體觀念，當(dāng)大球落到地面時(shí)，小球只下落到1/10的高度，這顯然不符合眼見的事實(shí)。做這個(gè)實(shí)驗(yàn)Z后，伽利略想到，有人會(huì)說(shuō)物體下落速度雖然不是同重量成正比,但重物看起來(lái)總是比輕物似乎要落得快一些。由于比薩斜塔只有56米高，和對(duì)高度而言，球下落得太快了，肉眼不容易看出兩者的差距。所以伽利略就想
5、“沖淡引力”，讓球落得慢一些。這樣就町以比較容易地得到兩個(gè)重量不同的球究竟是先后落地，還是同時(shí)落地的結(jié)論。伽利略是通過斜面實(shí)驗(yàn)來(lái)達(dá)到“沖淡引力”的設(shè)想的。他在長(zhǎng)約8米的木板上，刻著一條光滑的槽，并放置成一斜面，斜面的夾角可以隨意調(diào)控。他使重量不同的小球在同一高度沿斜面同吋滾下。夾角越小，小球滾得就越慢。這就好比沖淡了引力。伽利略發(fā)現(xiàn)，重量不同的球在相同的斜面上滾動(dòng)的速度是相同的，與斜面的夾和的人小無(wú)關(guān)。當(dāng)斜面夾角為90度時(shí)，小球的滾動(dòng)就成了自rh卜?落。于是他得出結(jié)論：物體自市卜?落的速度同其重量無(wú)關(guān)。伽利略為了研究落體運(yùn)動(dòng)，不斷人為地調(diào)整
6、木板與水平而的夾角，觀察小球在人為控制下運(yùn)動(dòng)，這木身就是一種典型的科學(xué)實(shí)驗(yàn)(這個(gè)實(shí)驗(yàn)曾在2002年被英國(guó)著名的《物理學(xué)世界》雜志的廣人讀者評(píng)為歷史上“最美麗”的I大物理實(shí)驗(yàn)之一）。伽利略在斜塔上不能“沖淡引力”，他在家里通過斜而實(shí)驗(yàn)就可以做到這一點(diǎn)，彌補(bǔ)了斜塔觀察活動(dòng)的不足。伽利略在斜面實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，利用數(shù)學(xué)的方法，確定了路程少時(shí)間的數(shù)量關(guān)系為：s正比于t2,這就是時(shí)間平方定律。在他的實(shí)驗(yàn)記錄上，有這樣兩列數(shù)字，不同的下落時(shí)間t=1,2,3,4；物體下落的距離之比s=1：4：9：16o從這兩列數(shù)的比例關(guān)系,伽利略證明沿斜浙下滑的物體正在做勻
7、加速運(yùn)動(dòng)，從而也證明了口由落體運(yùn)動(dòng)是勻加速直線運(yùn)動(dòng)。斜而實(shí)驗(yàn)還使伽利略發(fā)現(xiàn)了慣性定理。他做了兩個(gè)斜而，上而都刻有一條光滑的槽，讓小球從第一個(gè)斜面滾下，再爬上第二個(gè)斜面。他發(fā)現(xiàn)，當(dāng)小球在第二個(gè)斜面上爬到一定高度時(shí)，它就不再上爬，再度落下。這個(gè)高度剛好等于小球在第一個(gè)斜面上向下滾動(dòng)的高度。這不僅同小球的重量無(wú)關(guān)，也同兩斜面的傾角的大小無(wú)關(guān)。如果繼續(xù)減少第二個(gè)斜面的傾角，使Z最終成為水平面時(shí)，可以想彖小球?qū)⒀刂矫嬉院愣ǖ乃俣扔啦煌Ｏ⒌剡\(yùn)動(dòng)下去。伽利略在他的《關(guān)于兩門新科學(xué)的對(duì)話》一書中是這樣描述的：“因?yàn)樵谙蛳聝A斜的平血上已經(jīng)存在一加速因素。
8、而在向上傾斜的平血上則有一減速因素。由此口J見，在水平面上的運(yùn)動(dòng)是永久的；因?yàn)?，如果速度是勻速的，它就不能減小或緩慢下來(lái)，更不會(huì)停止?！边@就是說(shuō)，物體的運(yùn)動(dòng)并不需要外力來(lái)維持，只
