伽利略科學(xué)研究方法

《伽利略科學(xué)研究方法》由會員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在應(yīng)用文檔-天天文庫。

1、伽利略（1564—1642）是意大利物理學(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：“伽利略的發(fā)現(xiàn)以及他所應(yīng)用的科學(xué)推理方法是人類思想史上最偉大的成就之一，標(biāo)志著物理學(xué)的開端?！彼?632年發(fā)表了《關(guān)于兩個(gè)世界體系的對話》一書，1638年又發(fā)表了《關(guān)于兩門新科學(xué)的對話》一書。伽利略在長達(dá)幾十年的科學(xué)研究工作期間開創(chuàng)了許多物理學(xué)研究方法，對今天的科學(xué)研究人員來說，在科技創(chuàng)新方面仍有重要的指導(dǎo)作用。本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

2、利略力學(xué)研究的突破口。當(dāng)時(shí)在力學(xué)問題上流行的是亞里士多德的理論。亞里士多德認(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里士多德落體觀念的邏輯矛盾。他假定一根不太長的繩子，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？按照亞里士多德的觀念，它們的重量是大小兩塊石頭重量之和，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)，會出現(xiàn)這樣的情況：大石頭快落在下，小石頭慢落在上，在大石頭帶動(dòng)下，小石頭比單獨(dú)下落時(shí)

3、要快些，而大石頭被小石頭拖后，使之比單獨(dú)下落時(shí)要慢些。即同是應(yīng)用亞里士多德的觀念，得出的是以上兩種自相矛盾的結(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自破了。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事實(shí)來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薩斜塔，讓10磅重和1磅重的兩個(gè)球同時(shí)下落。塔下的人都看到，這兩個(gè)重量不同的球幾乎是同時(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)之后，伽利略想到，有人會說物體下落速度雖然不是同重

4、量成正比，但重物看起來總是比輕物似乎要落得快一些。由于比薩斜塔只有56米高，相對高度而言，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“沖淡引力”，讓球落得慢一些。這樣就可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)來達(dá)到“沖淡引力”的設(shè)想的。他在長約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時(shí)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，與斜面的夾角的大小無關(guān)。當(dāng)斜面夾

5、角為90度時(shí)，小球的滾動(dòng)就成了自由下落。于是他得出結(jié)論：物體自由下落的速度同其重量無關(guān)。伽利略為了研究落體運(yùn)動(dòng)，不斷人為地調(diào)整木板與水平面的夾角，觀察小球在人為控制下運(yùn)動(dòng)，這本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年被英國著名的《物理學(xué)世界》雜志的廣大讀者評為歷史上“最美麗”的十大物理實(shí)驗(yàn)之一）。伽利略在斜塔上不能“沖淡引力”，他在家里通過斜面實(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?！　　　≠だ栽谛泵鎸?shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，利用數(shù)學(xué)的方法，確定了路程與時(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

6、時(shí)間t=1，2，3，4……;物體下落的距離之比s=1：4：9：16……。從這兩列數(shù)的比例關(guān)系，伽利略證明沿斜面下滑的物體正在做勻加速運(yùn)動(dòng)，從而也證明了自由落體運(yùn)動(dòng)是勻加速直線運(yùn)動(dòng)。斜面實(shí)驗(yàn)還使伽利略發(fā)現(xiàn)了慣性定理。他做了兩個(gè)斜面，上面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關(guān)，也同兩斜面的傾角的大小無關(guān)。如果繼續(xù)減少第二個(gè)斜面的傾角，使之最終成為水平面時(shí)，可以想象小球?qū)⒀刂矫嬉院愣ǖ乃俣扔啦煌?/p>

7、息地運(yùn)動(dòng)下去。伽利略在他的《關(guān)于兩門新科學(xué)的對話》一書中是這樣描述的：“因?yàn)樵谙蛳聝A斜的平面上已經(jīng)存在一加速因素。而在向上傾斜的平面上則有一減速因素。由此可見，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，更不會停止。”這就是說，物體的運(yùn)動(dòng)并不需要外力來維持，只有運(yùn)動(dòng)的變化才是外力作用的結(jié)果。物體不受外力作用時(shí)，將永遠(yuǎn)勻速地運(yùn)動(dòng)下去。這個(gè)實(shí)驗(yàn)否定了亞里士多德關(guān)于“運(yùn)動(dòng)要靠力來維持”的言論。　　　　2伽利略的力學(xué)研究工作所蘊(yùn)含的科學(xué)方法　　　　2.1物理觀察方法　　　　物理觀察方法是指人們通過感覺器官或借助于科學(xué)儀器，有目的、有

8、計(jì)劃地感知客觀對象，從而獲得其中的物理因素、形象、變化及其相互關(guān)系的一種研究方法