从伽利略对力学的贡献看其研究方法

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1、从伽利略对力学的贡献看其研究方法摘要：本文从分析伽利略对力学的主要贡献——自由落体运动、惯性定律、抛体运动入手，对他的力学研究工作所蕴含的科学方法进行了探索，阐述了其所运用的观察方法、数学方法和实验方法，最后归纳出了仍适合于今天科学工作者使用的伽利略科学研究方法程序。关键词：伽利略力学贡献研究方法引言：伽利略(Galileo,1564-1642),意大利科学家,近代科学的奠基人。伽利略对运动的研究为经典力学奠定了基础。伽利略的科学思想和科学方法是当时科学革命的重要组成部分。伽利略一方面坚持亚里士多德的

2、归纳——演绎方法，一方面又不迷信亚里士多德的结论,他在对物理,特别是对力学的研究中,将数学方法与实验方法结合,创造了近代实证科学的研究方法,被称为“实证科学之父”、“实验的自然科学的先驱”。一．伽利略得出自由落体定律早在学生时代，伽利略就对近两千年前亚里士多德提出的“重物越重，下落越快”的落体规律产生过怀疑。从1633年当他被囚禁时起，这一疑问就明确地被提了出来。1.思想实验伽利略先用思想实验深刻地分析了“重物越重，下落越快”这个论断在逻辑上的矛盾。有一重物和一轻物由同一高度同时下落，下落的时间分别为

3、t1和t2，根据亚里士多德的观点，必有t1

4、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。所以伽利略就想到了“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。2.

5、数学——实验得到了事实的验证，伽利略还通过实在的实验研究了自由落体的运动规律。他先假定轻、重物“几乎”同时落地这一观察到的事实，原因是空气阻力有差别。若把阻力认为是可以忽略的次要因素，就找到了研究自然规律最简单易行的理想化方法，从而推证出一系列运动学公式。此外，他还通过设计了著名的“斜面实验”来论证“冲淡引力”设想。他取了一长为7米多的木板，上刻直槽，沿槽贴上羊皮纸以减少摩擦。板的一端比另一端约高60厘米，使板的倾角不足5°。他的测时装置是一种相当于我国古代的“水钟”，一个充满了水并放在高处的容器，下

6、开小孔，插一细管，把细管滴出的水收集在一玻璃瓶中，然后用天平称出水的重量，即可知时间的长短。伽利略让一坚硬光滑的小球沿槽滚下，并测量小球言斜面滚下的距离和它相应的时间。他发现，在连续的各个相等的时间间隔内，球滚下槽长的距离与1,3,5,7，…等奇数成正比。故在各连续时间内球滚下之总距离与12，22，32，42，…等成正比。伽利略用不同重量地球，在不同倾斜度下做实验，并且重复了几百次，都得到同样的结论，即小球所通过的路程与它所经历的时间的平方成正比。当倾角较大时，时间就很难测定了。于是他采用外推法，以至

7、推测到倾角为90°的情况，都得到同样的结论，从而得出了自由落体的公式。3.研究方法伽利略开创了一套新的科学方法——实验方法和数学方法结合，即将观察、实验、理想化条件、物理思想和数学工具结合起来。研究方法可总结为:观察现象—提出问题—合理假设—数学转换—实验验证.其中数学转换和实验验证是新研究方法的主要部分,而实验验证则是核心.这是从观察到实验的历史性转变,从此使物理学的发展建立在可靠的实验基础之上,使物理学的研究从定性阶段过渡到定量阶段.特别是伽利略还把实验的观测同数学的演绎结合起来,而不是单纯依靠经

8、验,他所发现的许多定理,都是通过了实验和数学的双重证明。二．伽利略得出惯性定律惯性原理的发现，是伽利略在实验基础上，充分发挥他的高度抽象概括能力和丰富的想象力，运用理想实验和数学理论思维紧密结合的科学研究方法所取得的又一成果。1.历史背景亚里士多德曾得出：当推出一个物体的力不再推动物体时，物体便归于静止。近两千年来，不断有一些具有先进思想的人提出不同的观点，他们或从哲学思想上，或通过实际观测和思维推理得到了对惯性的一些正确的认识，但都遭到了神权思想和教会