伽利略斜面實驗_百度百科
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伽利略通過科學推理,認為:如果一切接觸面都是光滑的,一個鋼珠從斜面的某一高度靜止滾下,由於只受重力,沒有阻力產生能量損耗,那麼它必定到達另一斜面的同一高度, ...
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伽利略斜面實驗
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伽利略通過科學推理,認為:如果一切接觸面都是光滑的,一個鋼珠從斜面的某一高度靜止滾下,由於只受重力,沒有阻力產生能量損耗,那麼它必定到達另一斜面的同一高度,如果把斜面放平緩一些,也會出現同樣的情況。
如果斜面變成水平面,則鋼珠找不到同樣的高度而會一直保持一種運動狀態,永遠運動下去。
中文名
伽利略斜面實驗
外文名
Galileoslopeexperiment
標 誌
物理學的真正開端
任 務
伽利略
學 科
物理
應用領域
數理科學
目錄
1
實驗背景
2
實驗裝置
3
實驗內容
4
慣性定律
5
物理學的貢獻
伽利略斜面實驗實驗背景
編輯
16世紀以前,人們對“運動”的認識,亞里士多德的觀念起着主導作用。
之後,這一觀念逐漸受到一些傑出科學家的尖鋭批評。
對這一理論的檢驗和批判,成為16、17世紀力學發展的重要起點。
在糾正亞里士多德的錯誤觀點與探索知識的新途徑方面,作出突出貢獻的當推伽利略,他是第一個成功地打破亞里士多德錯誤權威的人,作為古代自然哲學和近代科學之間的過渡人物。
伽利略斜面實驗的提出,源於他對物體運動規律的研究。
1564年,伽利略出生於文藝復興的發源地意大利。
當時正值思想大解放時期,哥白尼的日心説直接衝擊着人們宗教觀念的整個體系;文藝復興時期,實驗作為探索科學的道路,認識自然的手段,開始得到人們的重視。
弗蘭西斯,培根大力宣傳實驗的重要性,極力反對經院哲學,這些活動為伽利略的研究作了準備。
伽利略早期的運動學思想以及自然科學方面的眾多建樹是在古希臘、中世紀乃至文藝復興等各個時期的哲學思想、著作、科學成果的肥沃土壤上培育出來的。
[1]
伽利略斜面實驗實驗裝置
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“取一塊長約12庫比特,寬約半庫比特,厚3指的木板,在上面刻一條一指多一點寬的直而光滑的槽,槽內用羊皮紙貼襯,也儘可能弄得光滑。
再準備一個硬的、光滑而且非常圓的黃銅球,將木板的一端抬起1或2庫比特,使之傾斜,然後使黃銅球沿整個長槽下滾,同時測出下滾的時間.”
這裏時間的測量是一個很困難的問題,伽利略巧妙地用了一台簡陋的“水鍾”,猶如我國古代計時用的銅壺滴漏。
他寫道:“為了測定時間,我用了一個大的水桶,並把它架在高處,在桶底安一個小管使有一細小水流從中流出,在每次銅球滾下的時間內都用一個小杯子接下流出的水,然後用一個非常精確的秤稱出杯內水的重量,各次水的重量的差別或倍數就給出了各次銅球滾下所用時間的差別或倍數。
”
[2]
伽利略斜面實驗實驗內容
編輯
在軌道的一邊釋放一顆鋼珠,如果忽略摩擦力帶來的影響,我們發現鋼珠從左邊滾下後,再從右邊的斜面滾上,鋼珠將上升到與左邊釋放高度相同的點;若將右邊的傾斜角減小,鋼珠還是上升到原來的高度,但通過的路程比原來更長;假設右邊的軌道為水平,鋼珠想要達到原來的高度,但是鋼珠無法達到原來的高度,鋼珠將永遠運動下去。
注意事項
1、三次實驗鋼珠都要從斜面相同的高度滑下的目的是:保證鋼珠到達水平面時獲得相同的初速度。
2、實驗得出得結論:在部分實驗的基礎上,以“理論推理”的方式作出“理想實驗”,得到“物體的運動不需要力去維持”的結論
3、伽利略通過“理想斜面實驗”和科學推理,得出的結論是:力不是維持物體運動的原因。
法國科學家笛卡爾補充和完善了伽利略的觀點,他提出:如果運動中的物體沒有受到除原來的力更多外力的作用,它將繼續以同一速度沿同一直線運動,既不停下來也不偏離原來的方向.
對運動狀態改變的理解
當出現下列情形之一時,就説物體的運動狀態改變了。
1、物體的速度大小發生變化;
2、物體的速度方向發生變化;
3、物體的速度大小或方向發生變化。
伽利略斜面實驗慣性定律
編輯
在追究物體運動的起因時,從表面上看,亞里士多德的觀點:要維持一個物體的運動,必須不斷地用力推它,似乎是正確且符合事實的。
這裏有一個更重要的事實曾被人們忽視了2000年,那就是如果不用力推它,它並不立即停止下來。
直到17世紀伽利略把科學的實驗方法與物理學規律的研究結合起來,才使物理學走上真正科學的道路。
他用精確的數學分析總結實驗數據,並進行理論演繹或邏輯推理.得出超過實驗本身的更普遍的理論結論。
為了説明不受外力作用的物體會保持自己的速度不變,伽利略在著名的斜面實驗結果中推理指出:“在傾斜的平面上,向上運動的物塊,若要使它作勻速運動,必須持續施以向上的推力,在傾斜的平面上,向下滑的物塊,必須不斷地受到外力阻礙才能夠做勻速運動。
那麼在水平的光滑平面上,物體維持勻速運動就既不需要推力也不需要阻力。
”這是對亞里士多德觀點認真的批駁。
於是根據實驗結論進行合理的推理、歸納、總結:“一個運動的物體假如有了某種速度以後,只要沒有增加或減少速度的外部原因,便會始終保持這種速度——這個條件只有在水平平面上才有可能,因為假如在沿斜面運動情況裏,朝下運動已有了加速的因素,而朝上運動,則已有了減速的因素。
”
牛頓在前人工作的基礎上進行自己的研究,把伽利略提出的這種加速(或減速)因素,明確地稱為力,從而確立了力不是維持物體運動的原因,而是使物體運動狀態發生變化的原因。
在牛頓的代表作《自然哲學的數學原理》一文中將這表述為牛頓運動第一定律:每個物體繼續保持其靜止或沿一直線作勻速運動的狀態,除非有力加於其上迫使它改變運動狀態。
牛頓運動第一定律包含兩個重要的物理概念:①每個物體都具有保持其靜止或沿一直線作勻速運動的性質,這性質稱為慣性,所以牛頓第一定律又稱慣性定律。
②改變物體的運動狀態,使它產生加速度,必須給物體作用以力,這就給力以確切的定性定義:力是使物體改變運動狀態的作用。
[3]
伽利略斜面實驗物理學的貢獻
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伽利略斜面實驗的成功,不僅導出了落體定律和慣性定律,更重要的是使物理學有了一個良好的開端.在文藝復興以前,整個自然科學(包括物理學)一和哲學融為一體,使自然科學的研究受着經院哲學的巨大影響,被塗上了迷信和清談的色彩,儘管中世紀的實驗科學先聲培根曾諄諄告誡:“證明前人説法的唯一方法只有觀察和實驗,實驗科學勝過各種依靠論證的科學。
”但是,人們對自然科學的研究仍然習慣於僅通過觀察、思考和空洞的辯論,很少有目的地進行實驗,伽利略開創了實驗和科學推理之先風,愛因斯坦對此給予了高度評價:“伽利略的發現以及他所用的科學推理方法,是人類思想史上最偉大的成就之一,而且標誌着物理學的真正開端。
”
參考資料
1.
喬靈愛著,從物理測量到物理理論,山西科學技術出版社,2007.06,第2頁
2.
王溢然編著,猜想與假設3,中國科學技術大學出版社,2015.02,第83頁
3.
陳華英,姜衞羣主編,力學,西安交通大學出版社,2016.12,第30頁
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伽利略斜面實驗的概述圖
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(2021-01-25)
1
實驗背景
2
實驗裝置
3
實驗內容
4
慣性定律
5
物理學的貢獻
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