备课资料
1.近代科学之父——伽利略
伽利略（1564——1642）是伟大的意大利物理学家和天文学家，科学革命的先驱.历史上他首先在科学实验的基础上融会贯通了数学、物理学和天文学三门知识，扩大、加深并改变了人类对物质运动和宇宙的认识.伽利略对科学思想的发展有巨大的影响.物理学作为一门科学就是从他这里开始的.两条力学原理的发现应当归功于伽利略.两条原理不仅对于力学，而且对整个物理学的发展都起了巨大的作用，这就是著名的关于匀变速直线运动的伽利略相对性原理和重力加速度恒定的原理.根据伽利略匀速直线运动相对性原理，牛顿得出了牛顿定律.而爱因斯坦把伽利略的力学的相对性原理推广到一切物理过程，并由此得出关于空间和时间本性的结果，导致爱因斯坦提出广义相对论.[
伽利略还在其他方面有非常多的发明、研究.1609年，伽利略制造出自己的第一台望远镜，可以说这是望远镜的第二次诞生.伽利略还发明了测温器（最早的温度计），研制出比重计.
在直线运动中，伽利略对自由落体运动有独到的研究，生活在公元前4世纪的希腊哲学家亚里士多德最早阐述了物体下落的快慢由它们的重力大小决定的理论，物体越重，下落得越快.这种看法在其后两千多年的时间里一直占统治地位.但是这种从表面上的观察得出的结论实际上是错误的.伟大的物理学家伽利略用简单明了的科学推理，巧妙地提示了亚里士多德的理论内部包含的矛盾.他在1638年写的《两种新科学的对话》一书中指出：根据亚里士多德的论断，一块大石头的下落速度要比一块小石头的下落速度大.假定大石头的下落速度为8，小石头的下落速度为4，当我们把两块石头拴在一起时，下落快的会被下落慢的拖着而减慢，下落慢的会被下落快的拖着而加快，结果整个系统的下落速度应该小于8.但是两块石头拴在一起，加起来比大石头还要重，因此重物体比轻物体的下落速度要小.这样，就从重物体比轻物体下落得快的假设，推出了重物体比轻物体下落得慢的结论.亚里士多德的理论陷入了自相矛盾的境地.
为了证实和传播哥白尼的日心说，伽利略献出了毕生精力.由此，他晚年受到教会迫害，并被终身监禁.1979年，梵蒂冈教皇保罗二世代表罗马教廷为伽利略公开平反昭雪，认为教廷在300多年前迫害他是严重的错误.这表明教廷最终承认了伽利略的主张——宗教不应该干预科学.
2.亚里士多德与伽利略给我们的启示[
物理教科书上，亚里士多德给同学们的印象不佳，他老是出错，老是作出一些轻率的结论.同学们觉得亚氏实在太不高明而伽利略则比他伟大百倍.事实上，亚里士多德是古代一位伟大的学者，一位百科全书式的大学问家，他有着成就事业的理性方法，又有几乎无所不及的理想成果，他在哲学、逻辑学方面的成就至今还被应用着，不过他在物理学中却的确是错误百出并且谬种流传，整整贻误物理学二十个世纪.亚里士多德的悲哀不在于头脑也不全在于时代，而在于研究方法不当.亚里士多德的物理研究方法有什么特点呢？或许可以用“观察加直觉”来概括，亚里士多德观察了众多的自然现象：火焰向上窜，石头往下落、马车要马拉着跑、尖利的声音传得远……于是便依赖于直觉推理得出一系列直觉结论.固然，观察与直觉对物理研究是至关重要的，翔实的观察与良好的直觉往往导致伟大的发现，观察使人脑累积事物的形象，形成一种潜知，直觉的想象、鉴别与启发便是这种潜知的信息外传.阿基米德巧解王冠之谜发现浮力规律、牛顿由落地苹果而及月亮乃至天地万物间的引力，就是亚里士多德本人也曾从观察月食现象而正确判断地球是圆球形的.然而，物理学更是一门以实验为基础的科学，所以根据直接观察所得出的直觉的结论不是常常可靠的，他们有时会将人们引入歧途，将“观察加直觉”作为物理研究的基本方法，正是亚里士多德物理学的失败之所在.
伽利略是第一位创造通过实验检验理论推导的科学研究方法的科学家.他崇尚“实验加推理”，他拒绝听信任何未经实验的科学思想，哪怕那是来自于教堂或权威.伽利略用尽毕生的精力探索落体运动的规律，他首先通过落体佯谬的思想实验，否定亚里士多德的重物下落快的结论.通过观察棉花、羽毛等在空气中落下，伽利略曾经提出过落体速度与密度成正比的法则.然而通过科学的推理，使伽利略认识了不易察觉的空气阻力，从而发现了自己最初的法则的错误，并猜想到在没有空气阻力的情况下，一切物体都在同样地增加着速度.为了建立真正的落体法则，伽利略仔细地实验研究了摆的运动和小球在斜面上的运动，严格地定义了匀变速运动，设计出精密的时间测量方法，尽量地消除各种阻力的影响.运用数学工具……最终找到了物体下落速度与下落时间成正比的正确法则.伽利略的贡献不只是建立了一个新法则，而且将物理学研究推向正确的轨道.从此开始了物理学的突飞猛进.
亚里士多德与伽利略的故事告诉我们，知识就是力量，而能力与方法比知识更有力量.我们每个人都同样地拥有一个健全的大脑，我们每个人都应该可以像伽利略那样去思索.重要的是学会认识世界的方法和具备进行科学研究的能力.如若我们能从亚里士多德和伽利略以及其他各位伟大学者的失败与成功中寻求启发和借鉴，我们也将会拥有一个杰出的闪烁出智慧之光的大脑，去容纳经典的与现代的物理知识，去面对已知的与未知的物理世界.
3.自由落体与比萨斜塔
古希腊哲学家亚里士多德认为，重的物体比轻的物体下落得要快.这符合人们的常识，如玻璃弹子就比羽毛落得快.伽利略认为：下落速度与重力无关，所有物体下落速度都相同.很多人反对这个观点，为了让人们相信，伽利略跑到比萨斜塔上扔下两个不同重量的铁球，结果两个铁球同时着地，于是伽利略胜利了.
这个故事很可能是没有根据的.首先，当时没有理想的计时工具，伽利略发现摆的等时性时是用自己的脉搏计时的，可见当时科学仪器的缺乏.如果做这个实验，很难做到让两个球同时抛出，即使做到了同时抛出，落地时间也无法准确判断；其次，空气阻力会对球的下落产生影响，玻璃弹子比羽毛下落得快就是因为空气阻力对羽毛下落的影响较大.两个铁球受空气阻力影响，落地时间很可能不一样，实验结果对伽利略不利.所以，在伽利略本人留下的记录中，没有任何地方提到比萨斜塔实验.
实际上，伽利略批评亚里士多德的理论是从逻辑推理开始的.他设想一个重物（如铁球）与一个轻物（如木球）同时下落，按亚里士多德的理论，当然是铁球落得快，木球落得慢.现在，试想把铁球与木球绑在一起，同时抛出，会发生什么情况呢？一方面，铁球和木球组成了一个比铁球更重的物体，应当下落得比铁球更快；另一方面，铁球下落被木球拖住，其速度应该介于铁球与木球之间.这样，从同一个理论推出了互相矛盾的两个结论，所以，亚里士多德的理论是值得怀疑的.正确结论应当是：下落速度与重力无关.[ ]
伽利略这位真正的近代实验之父，近代实验科学的创造者，并不满足于逻辑推理，他要用实验来验证他的设想.但不是跑到比萨斜塔抛下两个铁球，而是在室内用精心设计的斜面做实验.他做了很多不同坡度的斜面，斜面尽可能光滑.然后在不同斜面上滚下各种重量的铜球，他发现，物体从斜面上滚下，做加速度运动.但只要斜面坡度不变，无论什么重量的铜球滚下，加速度都一样，加速度与重力无关，但与坡度有关，斜面越陡，加速度越大，斜面越平，则加速度越小.在极限情况下，斜面完全水平，加速度为零，物体若不受外力，就应该永远沿直线做匀速运动，这实际上就是牛顿第一定律；如果斜面完全垂直，就相当于自由落体，这时加速度最大，但对无论什么重量的物体，加速度都一样.
伽利略做比萨斜塔实验这一传闻来自伽利略晚年的学生维维安尼，他在写伽利略的传记中提到伽利略曾做此实验.但历史学家考证，没有任何理由表明伽利略做过这一实验.事实上，一位亚里士多德派的物理学家为了反驳伽利略，真的于1612年在比萨斜塔做了一个实验，结果表明，相同的材料重量不同的物体并不是在同一时刻到达地面，伽利略在《两门新科学》中对此有一个辩护，意思是说，重量1∶10的两个物体下落时只差一个很小的距离，可亚里士多德却说相差10倍.为什么忽视亚里士多德如此重大的失误却盯住我小小的误差不放呢？这也表明伽利略没有做那个实验.[
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