伽利略对自由落体运动的研究论文

伽利略是第一个把实验引进力学的科学家，他利用实验和数学相结合的方法确定了一些重要的力学定律。1582年前后，他经过长久的实验观察和数学推算，得到了摆的等时性定律。接着在1585年因家庭经济困难辍学。离开比萨大学期间，他深入研究古希腊学者欧几里得、阿基米德等人的著作。他根据杠杆原理和浮力原理写出了第一篇题为《天平》的论文。不久又写了论文《论重力》，第一次揭示了重力和重心的实质并给出准确的数学表达式，因此声名大振。与此同时，他对亚里士多德的许多观点提出质疑。在1589～1591年间，伽利略对落体运动作了细致的观察。从实验和理论上否定了统治千余年的亚里士多德关于“落体运动法则”确立了正确的“自由落体定律”，即在忽略空气阻力条件下，重量不同的球在下落时同时落地，下落的速度与重量无关。根据伽利略晚年的学生V.维维亚尼的记载，落体实验是在比萨斜塔上公开进行的：1589年某一天，伽利略将一个重100磅，一个重1磅的铁球同时抛下，几乎同时落地，在场的竞争者个个目瞪口呆，在大笑中耸耸肩走了。但在伽利略的著作中并未明确说明实验是在比萨斜塔上进行的。因此近年来对此存在争议。伽利略对运动基本概念，包括重心、速度、加速度等都作了详尽研究并给出了严格的数学表达式。尤其是加速度概念的提出，在力学史上是一个里程碑。有了加速度的概念，力学中的动力学部分才能建立在科学基础之上，而在伽利略之前，只有静力学部分有定量的描述。伽利略曾非正式地提出过惯性定律（见牛顿运动定律）和外力作用下物体的运动规律，这为牛顿正式提出运动第一、第二定律奠定了基础。在经典力学的创立上，伽利略可说是牛顿的先驱。伽利略还提出过合力定律，抛射体运动规律，并确立了伽利略相对性原理. 伽利略在力学方面的贡献是多方面的。这在他晚年写出的力学著作《关于两门新科学的谈话和数学证明》中有详细的描述。在这本不朽著作中，除动力学外，还有不少关于材料力学的内容。例如，他阐述了关于梁的弯曲试验和理论分析，正确地断定梁的抗弯能力和几何尺寸的力学相似关系。他指出，对长度相似的圆柱形梁，抗弯力矩和半径立方成比例。他还分析过受集中载荷的简支梁，正确指出最大弯矩在载荷下，且与它到两支点的距离之积成比例。伽利略还对梁弯曲理论用于实践所应注意的问题进行了分析，指出工程结构的尺寸不能过大，因为它们会在自身重量作用下发生破坏。他根据实验得出，动物形体尺寸减小时，躯体的强度并不按比例减小。他说：“一只小狗也许可以在它背上驮两三只同样大小的狗，但我相信一匹马也许连一匹和它同样大小的马也驮不起。”

不要，因为他的主要贡献在于力学，哲学和天文，其中没有涉及数字化。

伽利略力学研究：伽利略主要的力学研究工作自由落体问题的研究是伽利略力学研究的突破口。当时在力学问题上流行的是亚里士多德的理论。亚里士多德认为落体以匀速下落，其速度的大小与落体的重量成正比。伽利略首先指出了亚里士多德落体观念的逻辑矛盾。他假定一根不太长的绳子，两端分别系着一块石头，这两块石头的重量不同。那么，这两块石头将以什么速度下落呢？按照亚里士多德的观念，它们的重量是大小两块石头重量之和，所以它们下落的速度比任一块石头单独下落的速度都要快。另一方面，也从亚里士多德的观念出发，大石头下落得快，小石头下落得慢，则当两石头串联在一起时，会出现这样的情况：大石头快落在下，小石头慢落在上，在大石头带动下，小石头比单独下落时要快些，而大石头被小石头拖后，使之比单独下落时要慢些。即同是应用亚里士多德的观念，得出的是以上两种自相矛盾的结果。所以亚里士多德关于落体的理论从逻辑推理上就不攻自破了。还是眼见为实，伽利略知道仅用逻辑推理是不够的，还必须用人们能够观察到的事实来驳斥亚里士多德的落体观念。相传1589年伽利略登上了意大利的比萨斜塔，让10磅重和1磅重的两个球同时下落。塔下的人都看到，这两个重量不同的球几乎是同时落地的。而根据亚里士多德的落体观念，当大球落到地面时，小球只下落到1／10的高度，这显然不符合眼见的事实。做这个实验之后，伽利略想到，有人会说物体下落速度虽然不是同重量成正比，但重物看起来总是比轻物似乎要落得快一些。由于比萨斜塔只有56米高，相对高度而言，球下落得太快了，肉眼不容易看出两者的差距。所以伽利略就想“冲淡引力”，让球落得慢一些。这样就可以比较容易地得到两个重量不同的球究竟是先后落地，还是同时落地的结论。伽利略是通过斜面实验来达到“冲淡引力”的设想的。他在长约8米的木板上，刻着一条光滑的槽，并放置成一斜面，斜面的夹角可以随意调控。他使重量不同的小球在同一高度沿斜面同时滚下。夹角越小，小球滚得就越慢。这就好比冲淡了引力。伽利略发现，重量不同的球在相同的斜面上滚动的速度是相同的，与斜面的夹角的大小无关。当斜面夹角为90度时，小球的滚动就成了自由下落。于是得出结论：物体自由下落的速度同其重量无关。伽利略为了研究落体运动，不断人为地调整木板与水平面的夹角，观察小球在人为控制下运动，这本身就是一种典型的科学实验（这个实验曾在2002年被英国著名的《物理学世界》杂志的广大读者评为历史上“最美丽”的十大物理实验之一）。伽利略在斜塔上不能“冲淡引力”，他在家里通过斜面实验就可以做到这一点，弥补了斜塔观察活动的不足。

伽利略的实验还由于没有一种适合测量短暂时间间隔的仪器而受到阻碍。他克服这个困难的方法是饶有趣味的。简单他说，他是利用那种古老的 配备天平的水钟。在所观察的降落运动期(42)间，让一只较大容器中的水通 过底部的一个小孔流进一只较小容器。然后仔细称量聚积在这较小容器内的 水的重量，而不同实验中获得的水的相对重量便给出了落体对于不同距离或 倾斜角度所花的相对时间。如果大容器中的水平面保持不变，那么，时间测 量最终将是精确的。伽利略在他的动力学研究中所遇到的另一个困难，是要消除空气对他实 验中的运动物体所产生的阻力。当时抽气机还没有发明，因此空气的影响无 法消除。但是，伽利略确信，一块软木和一(43)块铅在坠落速度上的差别， 是由于在通过同样大小的空气阻力时，轻的软木比重的铅减速更甚。诚然， 在斜面实验中，物体向下运动的速度比垂直坠落时慢，因此空气阻力的影响 大大减小。然而，这时由于运动物体和斜面的表面相接触，所以又产生了一 种新的阻力。不过，伽利略发现了一种能在一定程度上摆脱这个困难的办法： 用一对摆做实验，其中一个摆由一个软木摆锤系上一根约四五码长的细线组 成，而另一个摆是个铅摆锤系上同样长短的细线。当这两个摆以同样方式和 同一时间运动时，它们沿着半径相同的弧运动。甚至在来回摆动许多次以后， 两者的运动仍看不到显著差异。因此，看来媒质的阻力在摆的振动中没有起 多大作用。这个事实使伽利略特别注意摆的实验。

加速度方向数值向下，a=g=

牛顿第一定律是经典力学中的三大定律之一，也叫作惯性定律。下文是我为大家整理的关于2017物理学术论文的 范文 ，欢迎大家阅读参考! 2017物理学术论文篇1 牛顿第一定律的探索 摘 要： 牛顿第一定律是经典力学中的三大定律之一，也叫作惯性定律，确立了运动和力之间的关系，是动力学的奠基石，为后面学习共点力平衡的知识打下了坚实的基础，为后续牛顿定律的学习做好了准备。 关键词： 牛顿第一定律 伽利略 匀速直线运动 惯性 牛顿第一定律选自人教版必修一第四章第一节，放在运动学和力学内容之后，教材安排合理，知识点紧凑，但是很多教师在讲这节内容时对牛顿第一定律的起源讲解得比较少，因此学生对相关科学家的贡献了解得非常少。 要想深刻理解牛顿第一定律的内容，就必须了解亚里士多德、伽利略、笛卡尔和牛顿这几位科学家做出的贡献，接下来沿着历史足迹重现这个物理思想的形成过程。 1.引路者―亚里士多德 在了解亚里士多德的贡献之前，我们先了解一下亚里士多德这个人。亚里士多德是古希腊哲学家、科学家和 教育 学家，他是柏拉图的学生、亚历山大大帝的老师。他一生勤奋致学，写下了大量著作，研究的领域非常广泛，包括物理学、诗歌(包括戏剧)、音乐、生物学、动物学、逻辑学等，堪称古希腊的 百科 全书。 在物理学中亚里士多德的成就很多，但是最常被提到的却是他所犯的错误。在研究自由落体运动时，根据生活 经验 ，他认为重的物体比轻的物体下落的速度快，最终被伽利略推翻。 他在研究力和运动之间的关系时，提出假设“凡是运动的物体，一定有推动者在推着它运动”。当看到一个物体在运动，必然有一个物体在推动它，当没有推力时，它就会停止移动。如风过树摆，风停树静，这些日常生活现象很好地符合他的观点，于是他在日常观察基础上经过思考之后得出结论――力是维持物体运动的原因。 虽然他的观点最终被伽利略推翻，但是他所做的贡献是不可磨灭的，他的贡献在于他把运动和力结合起来。 2.探路者―伽利略 当时亚里士多德的学说与____教义结合，这样的结合让他的学说成为权威，两千多年来一直没有人质疑他的观点，直到伽利略用著名的斜面理想实验推翻了他的观点。伽利略认为将人们引入歧途的是摩擦力，在日常生活运动中，摩擦是难以避免的。 他注意到当小球沿水平面运动时，由于摩擦力的作用，球最终会停下来。他发现表面越光滑，球会运动得越远，于是，他推断：若没有摩擦力，球将永远运动下去。 伽利略为了证明他的思想，设计了著名的斜面理想实验，实验过程如下： 第一步：让小球从斜面静止开始向下运动，小球将会冲上另一个斜面，如果没有摩擦，小球将冲上原来的高度; 第二步：减小第二个斜面的倾角，小球仍然会达到同一个高度，但是小球在斜面上运动的距离要远一些。继续减小斜面的倾角，小球达到同一个高度时运动的距离就会更远; 第三步：如果将第二个斜面放平，球会到达多远的位置? 在第一步和第二步的基础上，很容易得出结论：球将永远运动下去，不需要力推动。他指出力并不是维持物体运动的原因。伽利略构想的理想实验(又称假想实验)是以可靠的事实为基础的，把实验与逻辑推理和谐地结合在一起，这种科学探究 方法 有力地推动了科学发展和进步。 3.探路者―笛卡尔 笛卡尔是与伽利略同时代的法国著名科学家，相对于亚里士多德和伽利略，很多学生对笛卡尔的贡献了解得更少，很多老师讲解时一笔带过，学生认为笛卡尔的思想和伽利略的思想相似，并没有什么发展，这是不对的。 笛卡尔指出：如果运动中的物体没有受到力的作用，它将继续以同一速度沿同一直线运动，既不停下来又不偏离原来的方向。 笛卡儿最早认识到惯性定律是解决力学问题的关键所在，最早把惯性定律作为原理加以确立，这对后来牛顿的综合工作有极其深远的影响。笛卡尔 想象力 丰富，他的许多观点都具有启发性，笛卡尔的贡献就在于他是第一个认识到力是改变物体运动状态的原因的。 4.铺路者―牛顿 “如果说我比别人看得更远些，那是因为我站在了巨人的肩上”，这句话大家耳熟能详，这是著名的科学家牛顿说过的话。牛顿在伽利略和笛卡尔工作的基础上，在隔了一代人之后，在《自然哲学的数学原理》一书中定义了力和惯性的概念，把物体运动的原因加以概括和提炼，提出了牛顿第一定律，这也是牛顿三大定律中最基本的定律。 他认为一切物体总保持匀速直线运动状态或静止状态，除非作用在它上面的力迫使它改变这种运动状态。把物体具有保持原来匀速直线运动状态或静止状态的性质叫作惯性，所以牛顿第一定律也叫惯性定律。牛顿之所以能够成功，是因为他站在巨人的肩膀上，勤奋学习，不断发现新知识。 这些科学家的贡献是巨大的，牛顿第一定律不断地发展，逐渐地完善，是几代人共同不懈努力的结果，一个规律的发现并不是一帆风顺的，一开始的认识可能是错误的，需要人类不断探索才能发现真理。 这些科学家在科学研究过程中是极其艰难的，需要付出大量精力和心血，才能发现现象背后的真理。通过对物理学历史发展过程的考察，有助于学生了解科学家认识和发现物理定理、定律的基本方法，从而“以史为鉴”，培养学生以科学家认识世界的方式认识世界。 参考文献： [1]郭桂周，于海波.“牛顿第一定律”物理学史辨――兼论宗教对近代科学起源的推动作用[J].物理教师，2012，33(11). [2]李良杰.牛顿第一定律的教材编制摭论[J].课程教学研究，2013(2). 2017物理学术论文篇2 牛顿第一定律的探索 摘 要： 牛顿第一定律是经典力学中的三大定律之一，也叫作惯性定律，确立了运动和力之间的关系，是动力学的奠基石，为后面学习共点力平衡的知识打下了坚实的基础，为后续牛顿定律的学习做好了准备。 关键词： 牛顿第一定律 伽利略 匀速直线运动 惯性 牛顿第一定律选自人教版必修一第四章第一节，放在运动学和力学内容之后，教材安排合理，知识点紧凑，但是很多教师在讲这节内容时对牛顿第一定律的起源讲解得比较少，因此学生对相关科学家的贡献了解得非常少。 要想深刻理解牛顿第一定律的内容，就必须了解亚里士多德、伽利略、笛卡尔和牛顿这几位科学家做出的贡献，接下来沿着历史足迹重现这个物理思想的形成过程。 1.引路者―亚里士多德 在了解亚里士多德的贡献之前，我们先了解一下亚里士多德这个人。亚里士多德是古希腊哲学家、科学家和教育学家，他是柏拉图的学生、亚历山大大帝的老师。他一生勤奋致学，写下了大量著作，研究的领域非常广泛，包括物理学、诗歌(包括戏剧)、音乐、生物学、动物学、逻辑学等，堪称古希腊的百科全书。 在物理学中亚里士多德的成就很多，但是最常被提到的却是他所犯的错误。在研究自由落体运动时，根据生活经验，他认为重的物体比轻的物体下落的速度快，最终被伽利略推翻。 他在研究力和运动之间的关系时，提出假设“凡是运动的物体，一定有推动者在推着它运动”。当看到一个物体在运动，必然有一个物体在推动它，当没有推力时，它就会停止移动。如风过树摆，风停树静，这些日常生活现象很好地符合他的观点，于是他在日常观察基础上经过思考之后得出结论――力是维持物体运动的原因。 虽然他的观点最终被伽利略推翻，但是他所做的贡献是不可磨灭的，他的贡献在于他把运动和力结合起来。 2.探路者―伽利略 当时亚里士多德的学说与____教义结合，这样的结合让他的学说成为权威，两千多年来一直没有人质疑他的观点，直到伽利略用著名的斜面理想实验推翻了他的观点。伽利略认为将人们引入歧途的是摩擦力，在日常生活运动中，摩擦是难以避免的。 他注意到当小球沿水平面运动时，由于摩擦力的作用，球最终会停下来。他发现表面越光滑，球会运动得越远，于是，他推断：若没有摩擦力，球将永远运动下去。 伽利略为了证明他的思想，设计了著名的斜面理想实验，实验过程如下： 第一步：让小球从斜面静止开始向下运动，小球将会冲上另一个斜面，如果没有摩擦，小球将冲上原来的高度; 第二步：减小第二个斜面的倾角，小球仍然会达到同一个高度，但是小球在斜面上运动的距离要远一些。继续减小斜面的倾角，小球达到同一个高度时运动的距离就会更远; 第三步：如果将第二个斜面放平，球会到达多远的位置? 在第一步和第二步的基础上，很容易得出结论：球将永远运动下去，不需要力推动。他指出力并不是维持物体运动的原因。伽利略构想的理想实验(又称假想实验)是以可靠的事实为基础的，把实验与逻辑推理和谐地结合在一起，这种科学探究方法有力地推动了科学发展和进步。 3.探路者―笛卡尔 笛卡尔是与伽利略同时代的法国著名科学家，相对于亚里士多德和伽利略，很多学生对笛卡尔的贡献了解得更少，很多老师讲解时一笔带过，学生认为笛卡尔的思想和伽利略的思想相似，并没有什么发展，这是不对的。 笛卡尔指出：如果运动中的物体没有受到力的作用，它将继续以同一速度沿同一直线运动，既不停下来又不偏离原来的方向。 笛卡儿最早认识到惯性定律是解决力学问题的关键所在，最早把惯性定律作为原理加以确立，这对后来牛顿的综合工作有极其深远的影响。笛卡尔想象力丰富，他的许多观点都具有启发性，笛卡尔的贡献就在于他是第一个认识到力是改变物体运动状态的原因的。 4.铺路者―牛顿 “如果说我比别人看得更远些，那是因为我站在了巨人的肩上”，这句话大家耳熟能详，这是著名的科学家牛顿说过的话。牛顿在伽利略和笛卡尔工作的基础上，在隔了一代人之后，在《自然哲学的数学原理》一书中定义了力和惯性的概念，把物体运动的原因加以概括和提炼，提出了牛顿第一定律，这也是牛顿三大定律中最基本的定律。 他认为一切物体总保持匀速直线运动状态或静止状态，除非作用在它上面的力迫使它改变这种运动状态。把物体具有保持原来匀速直线运动状态或静止状态的性质叫作惯性，所以牛顿第一定律也叫惯性定律。牛顿之所以能够成功，是因为他站在巨人的肩膀上，勤奋学习，不断发现新知识。 这些科学家的贡献是巨大的，牛顿第一定律不断地发展，逐渐地完善，是几代人共同不懈努力的结果，一个规律的发现并不是一帆风顺的，一开始的认识可能是错误的，需要人类不断探索才能发现真理。 这些科学家在科学研究过程中是极其艰难的，需要付出大量精力和心血，才能发现现象背后的真理。通过对物理学历史发展过程的考察，有助于学生了解科学家认识和发现物理定理、定律的基本方法，从而“以史为鉴”，培养学生以科学家认识世界的方式认识世界。 参考文献： [1]郭桂周，于海波.“牛顿第一定律”物理学史辨――兼论宗教对近代科学起源的推动作用[J].物理教师，2012，33(11). [2]李良杰.牛顿第一定律的教材编制摭论[J].课程教学研究，2013(2).

不受任何阻力，只在重力作用下而降落的物体，叫“自由落体”。如在地球引力作用下由静止状态开始下落的物体。地球表面附近的上空可看作是恒定的重力场。如不考虑大气阻力，在该区域内的自由落体运动是匀加速直线运动。其加速度恒等于重力加速度g。虽然地球的引力和物体到地球中心距离的平方成反比，但地球的半径远大于自由落体所经过的路程，所以引力在地面附近可看作是不变的，自由落体的加速度即是一个不变的常量。它是初速为零的匀加速直线运动。自由落体运动的特点，体现在“自由”二字上，其含意为：物体开始下落时是静止的即v0＝0。如果给物体一个初速度竖直下落，不能算自由落体。物体在下落过程中，除受重力作用外，不再受其他任何作用力（包括空气阻力）。自由落体的瞬时速度的计算公式为v=gt；位移的计算公式为h=1/2*gt^2。通常在空气中，随着自由落体运动速度的增加，空气对落体的阻力也逐渐增加。当物体受到的重力等于它所受到的阻力时，落体将匀速降落，此时它所达到的最高速度称为终端速度。例如伞兵从飞机上跳下时，若不张伞其终端速度约为50米/秒，张伞时的终端速度约为6米/秒。