到结论，“物体越重，下落得越快”。 1．亚里斯多德(Aristotle)的认识

从公元前4世纪至公元17世纪，这种观念统治了人们两千多年之久。 2．伽利略(Galileo)的贡献(1638年)

两个物体mA＞mB分别由同一高度下落，重的物体比轻的物体下落的快，当把两物体捆在一起仍从同一高度下落情况会是怎样呢？

结论：①整体分析：当把两个物体捆在一起时mC=mA＋mB，因为新组成的物体比上述两个物体中的任一个都重从而下落的应最快。

②局部分析：A物体下落的快，受到一个下落得慢的物体B的作用，结果就像一个大人拉着小孩向前跑，比单独大人跑要慢，比小孩单独跑要快一样，他们的共同速度应介于A、B两物体之间即vA＞vC＞vB。伽利略用归谬法巧妙地否定了亚里斯多德的观点，从而得出结论：重物体不比轻物体下落得快。亚里斯多德忽略了空气阻力对运动物体的影响，从而得出错误的结论：“力是维持物体运动的原因”。

[演示Ⅱ]将纸袋揉成纸球和硬币从同一高度由静止开始下落，观察下落速度(相差不多)，把硬币装入纸袋与另一枚硬币从同一高度由静止开始下落，观察下落速度也相差不多，若减小空气对运动物体的影响会如何呢？

[演示Ⅲ]牛顿管中的物体下落，将事先抽过气的牛顿管内的硬币与轻鸡毛从静止一起下落，观察实验结果两者几乎同时落到牛顿管的下端，硬币落下有声，眼可直接观察鸡毛下落，将牛顿管放入空气再做实验情况就截然不同了。 3．自由落体运动

①定义：物体只在重力作用下，从静止开始下落的运动叫做自由落体运动。

自由落体运动是一种理想运动，在实际问题中有空气时，物体的密度不太小，速度不太大(H不太高)，可以近似看成是自由落体运动。

结论：不同物体做自由落体运动，它们的运动情况是相同的。

②性质：伽利略所处的年代还没有钟表，计时仪器也较差，自由落体运动又很快，伽利略为了研究落体运动，利用当时的实验条件做了在斜面上从静止开始下滑的直线运动(目的是为了“冲淡重力”)，证明了在阻力很小的情况下小球在斜面上的运动是匀变速直线运动，用逻辑推理外推到斜面倾角增大到90°的情况，小球将自由下落，成为自由落体，他认为这时小球仍然会保持匀变速直线运动的性质，多么巧妙啊！ 这个结论的正确与否需用实验来验证，三百多年后，我们来验证。 (四)课堂小结

1．自由落体运动是一种非常重要的运动形式，在现实生活中有许多落体运动可以看成是自由落体运动，研究自由落体运动有着普遍的意义。

2．为了研究自由落体运动，我们运用了物理学中的理想化方法，从最简单、最基本的情况入手，抓住影响运动的主要因素，去掉次要的非本质因素的干扰，建立了理想化的物理模型——自由落体运动，并且研究了自由落体的运动规律，理想化是研究物理问题常用的方法之一，在后面的学习中我们还要用到。

3．在研究自由落体运动的过程中我们还给大家介绍了归谬法，即理论推导的一种重要方法，同学们的学习重要的是研究问题的方法而不是知识本身，知识的结论当然重要，但

更重要的是如何获取知识，中学学习的一个非常重要的方面就是如何获取知识、处理知识。

4．自由落体运动是一种简单的基本的运动形式，抛体运动可以看成是另一个运动形式与自由落体运动的合成，也就是说自由落体是研究其他抛体运动的基础，一定要抓住其产生的条件和运动规律。

2.6 伽利略对自由落体运动的研究

理解领悟

对于落体运动，自古以来许多人都研究过。本节课介绍落体运动的研究历史，主要是介绍伽利略对自由落体运动的研究过程和他的科学思维方法。要通过自主学习，独立的思考、归纳和总结，提出自己的看法与体会。

另外，作为匀变速直线运动规律的应用，我们补充介绍了竖直上抛运动的相关知识。这部分内容教材没有涉及，属于“提高级”知识，供学有余力的同学参考。 基础级 1. 延续了两千年的错误认识

古希腊的学者们认为，物体下落的快慢是由它们的重量决定的，物体越重，下落得越快。生活在公元前四世纪的古希腊哲学家亚里士多德最早阐述了这种看法，他认为，物体下落的快慢精确地与它们的重量成正比。亚里士多德的论断影响深远，在其后两千多年的时间里，人们一直信奉他的学说。但是，这种从表面上的观察得出的结论实际上是错误的。

2. 伽利略对自由落体运动的研究

16世纪，意大利学者伽利略对亚里士多德的看法提出了质疑，并对自由落体运动进行了深入的研究。伽利略对自由落体运动的研究方法大体可归结为以下几点：

发现问题 伽利略发现亚里士多德的观点有自相矛盾的地方。伽利略认为，如果亚里士多德的观点是对的，即重物比轻物下落得快，那么把重物和轻物拴在一起下落，它们将是什么结果呢？照亚里士多德的说法，重物下落得快，轻物下落的得慢，由于两物拴在一起，“轻的”被“慢的”拉着，“慢的”被“快的”拖着，所以两物拴在一起的速度应是不快不慢。同样，照亚里士多德的说法，两物拴在一起，应该是更重了，那它们应该下落得更快。这两个结论都是由亚里士多德的论断推出来的，但得到的却是互相矛盾的结果。可见，亚里士多德的观点是错误的。

提出假设 伽利略认为，重物与轻物应该下落得同样快。他猜想落体运动应该是一种最简单的变速运动，物体的速度应该是均匀变化的。但是，速度的变化怎样才算是均匀的呢？他考虑了两种可能：一种是速度的变化对时间来说是均匀的，即v与t成正比；另一种是速度的变化对位移来说是均匀的，即v与x成正比。

数学推理 伽利略通过数学运算得出：如果v与x成正比，将会得到荒谬的结论；如

2

果v与t成正比，它通过的位移x就与t成正比。

[来源:学。科。网][来源:Zxxk.Com]

实验验证 为了便于测量时间，伽利略设法用斜面做实验。他在木制斜槽上蒙上羊皮纸，让铜球从光滑的羊皮斜槽上滚下，通过上百次对不同质量的小球沿不同倾角的光滑

2

斜面越大的定量研究，发现小球沿光滑斜面运动时通过的位移x确实与t成正比，小球的运动是匀变速直线运动，且倾角一定不同小球的加速度一定，倾角越大加速度越大。

合理外推 伽利略将他在斜面实验中得出的结论做了合理的外推：设想斜面的倾角越00

接近90，小球沿斜面滚下的运动就越接近于自由落体运动；当斜面的倾角达到90时，小球就做自由落体运动。从而，自由落体运动是初速度为0的匀加速直线运动，且所有物体自由下落时的加速度都相同。 3. 从伽利略看科学与社会

教材在本节“STS”栏目中讲述了“从伽利略的一生看科学与社会”这一问题，建议认真读一读。文中提到：文艺复兴的精神打破了束缚人们思想的桎梏，激发了人们对自然的兴趣和对自然的探索。活跃在人们心中的各种思想，终于得到实在的结果。而教会对科学的干涉和对伽利略的迫害则造成了严重后果。以前一直人才辈出的意大利，在伽利略死后，它的科学活动便很快地衰落下去了。这说明，没有学术的民主和思想的自由，科学就不能繁荣。 发展级 4. 重物下落引发的两个有趣问题

1969年美国实现登月，这是人类首次登月成功。在一次登月活动中，宇航员David

2

R.Scott在月球上证实了榔头与羽毛下落一样快，月球的引力加速度为1.67m/s。

1922年美国人厄阜等做了重物下落的细微实验，发现重力加速度随不同材料大约有1%的变化。1986年菲斯巴赫等人认为，物体与物体之间除引力外还存在微小的排斥力，称为超负载力。美国马萨诸塞大学的约·多诺古和假斯坦导出了不同物体下落加速度不同的结论，引力加速度与质量和温度有关。这个问题现在还没有最后定论。 5. 什么是竖直上抛运动

将物体用一定的初速度沿竖直方向向上抛出去，物体在只受重力作用下所做的运动叫做竖直上抛运动。

6. 竖直上抛运动的两种分析方法

对于竖直上抛运动，有两种不同的分析方法，即分段法和整体法。

分段法： 竖直上抛的物体，在上升过程中，速度越来越小，加速度的方向跟速度的方向相反，是竖直向下的；当速度减小到0的时候，物体上升到最大高度。然后物体从这个高度自由下落，速度越来越大，加速度的方向跟速度的方向相同，也是竖直向下的。由于物体只受重力作用，这两个过程的加速度都是重力加速度g。因此，在处理竖直上抛运动的问题时，可以分两步进行计算：上升过程用初速度为0的匀变速直线运动公式来计算，下降过程用自由落体运动公式来计算。

整体法： 由于上升过程和下降过程的加速度矢量是相同的，我们也可以把竖直上抛运动看作是一个统一的匀变速直线运动，而上升运动和下降运动不过是这个统一的运动的两个过程。这样，我们就可以用匀变速直线运动的公式或关系式来统一讨论竖直上抛运动。在讨论这类问题中，我们习惯上总是取竖直向上的方向作为正方向，重力加速度g总是取绝对值。这样，竖直上抛运动的公式或关系式通常就写做：

速度公式 v?v0?gt， 位移公式 x?v0t?12gt， 222速度—位移关系式 v?v0??2gx，

用平均速度求位移的公式 x?v0?vt。 2注意：上述公式中的t是从抛出时刻开始计时的，x是运动物体对抛出点的位移。 基础级 例1 伽利略以前的学者认为，物体越重，下落越快。伽利略等一些物理学家否定了这种看法。

（1）在一高塔顶端同时释放一片羽毛和一个玻璃球，玻璃球先于羽毛到达地面，这主要是因为（ ）

A. 它们的质量不等 B. 它们的密度不等

C. 它们的材料不同 D. 它们所受的空气阻力不等

（2）在此塔顶端同时释放大小相等的实心铁球和空心铁球，下列说法中正确的是（ ）

① 它们受到的空气阻力不等 ② 它们的加速度相等 ③ 它们落地的速度不等 ④ 它们下落的时间相等

A. ①③ B. ②④ C. 只有② D. 只有③ 提示 羽毛下落时空气阻力不能忽略，玻璃球和铁球下落时空气阻力可以忽略。 解析 （1）玻璃球先于羽毛到达地面，这主要是因为羽毛受到的空气阻力大的缘故。正确选项为D。

（2）大小相等的实心铁球和空心铁球受到的空气阻力相等。在忽略空气阻力的情况下，两球均做自由落体运动，它们的加速度相等。因下落高度相等，故下落的时间相等，落地的速度相等。正确选项为B。

点悟 羽毛下落得比玻璃球慢，是由于空气阻力的影响。在空气阻力很小而可以忽略的情况下，实心铁球和空心铁球均做自由落体运动，下落的快慢程度相同。要抛弃亚里士多德的错误观点，不要以为重物比轻物下落得快。

例2 滴水法测重力加速度的过程是这样的：让水龙头的水一滴一滴地滴在其正下方的盘子里，调整水龙头，让前一滴水滴到盘子而听到声音时，后一滴恰好离开水龙头。从第1次听到水击盘声时开始计时，测出n次听到水击盘声的总时间为t，用刻度尺量出水龙头到盘子的高度差为h，即可算出重力加速度。设人耳能区别两个声音的时间间隔为0.1s，声速为340m/s，则（ ）

A. 水龙头距人耳的距离至少为34m B. 水龙头距盘子的距离至少为34m

2(n?1)2h2n2hC. 重力加速度的计算式为2 D. 重力加速度的计算式为 2tt提示 从自由落体运动位移公式出发进行分析。

解析 只要相邻两滴水滴下的时间间隔超过0.1s，人耳就能分辨出两滴水的击盘声，而与水龙头距人耳的距离无关（只要人耳能够听到声音）。在0.1s内，水滴下落的距离

x?121gtm??10?0.12m=0.05m, 22t12，由h?gt0可得n?12

所以，水龙头距人耳的距离只要超过0.05m就行。

水龙头滴两滴水的时间间隔为t0?[来源:Zxxk.Com]2hg?2?t02h2(n?1)2h?。 t2t2()n?1所以，本题正确选项为D。

点悟 这是一种既“土”又实用的测定重力加速度的方法，同学们不妨动手做一做。请进一步思考：在这个实验中，为什么要测从第1滴水滴开始下落到第n滴水滴恰好落到盘中这段时间，而不是直接测第1滴水滴在空中的运动时间？当第1滴水滴落到盘中时，第2滴水滴离水龙头的距离为多少？

例3 实验室备有下列仪器：

A. 长度为1m、最小刻度为毫米的刻度尺； B. 长度为1m、最小刻度为分米的刻度尺； C. 秒表；

D. 打点计时器；

E. 低压交流电源（50Hz） F. 低压直流电源 G. 天平。

为了测量重锤下落的加速度的数值，上述仪器中必须有的是 （填字母代号），实验是通过研究重锤做 运动来测量重锤下落加速度的。

把重锤固定在纸带下端，让纸带穿过打点计时器，当重锤自由下落时，打点计时器在纸带上打出一系列的点。取连续清晰的7个点，用刻度尺测出第2、3、4、5、6、7各点与第1点的距离d如下表所示：

[来源:][来源:Z.xx.k.Com]点的次序 距离 d/cm 1 0 2 6.0 3 12.5 4 19.3 5 26.5 6 34.1 [来源:]7 42.1 请用这些数据求出重力加速度的测量值。

提示 算出各点的速度，画出速度图象，由图线的斜率可得重锤下落的加速度即重力加速度；或者由速度值求加速度，再取平均值；也可用逐差法直接求加速度，再取平均值。