伽利略自由落体实验 伽利略自由落体实验的启示

伽利略自由落体实验的发明者，他的名字叫伽利略。在这个世界上，没有人比他更伟大了。，他却被一个小女孩的一句话打动了。这个小女孩说“我想成为像伽利略一样的人。于是，他开始努力学习，最终成为了一名科学家。而这个小女孩，就是后来享誉世界的爱因斯坦。爱因斯坦之所以能取得得巨大的成就，除了天赋异禀之外，还有一个重要的因素，那就是他的母亲。

一伽利略自由落体实验

摘自百度百科，图片

证实不同重量球体自由落下，它们着地的实验。之前人们接受亚里士多德的物体下落速度与物体重量成正比的观点。据《伽利略传》记载，1589年伽利略在比萨斜塔当着其他教授和学生面做了这个实验，推翻了亚里士多德的观点。

中文名 伽利略落体实验 人 物 伽利略 记 载 伽利略传 时 间 1589年 地 点 比萨斜塔 重要意义 推翻亚里士多德的观点

目录

1 简介

2 巧妙推理

3 数学推理

4 实验验证

5 合理外推

6 参考文献

简介

伽利略落体实验（jiā lì lüè luò tǐ shí yàn）

伽利略自由落体实验需要重新进行设计和测定

伽利略落体实验

摘要本文从万有引力起源于电场力的理论角度分析得出，由于物体之间存在结构上的疏密程度差异，必然影响到物体内部裸核粒子的带电能力，进而得出两个质量相同的物体因为结构疏密程度上的差异会使物体的两性电量和产生差异，在相同的引力场中将会产生不同的引力加速度，说明了物体之间的万有引力作用并不都是严格地遵循万有引力定律，伽利略自由落体实验需要重新进行设计和测定。

关于落体运动，古希腊哲学家亚里士多德仅仅凭借直觉和观感，曾经作出过这样的结论重的物体下落速度比轻的物体下落速度快，落体速度与重量成正比。

伽利略落体实验

1590年，伽利略在比萨斜塔上做了“两个铁球落地”的实验，得出了重量不同的两个铁球下落的结论，从此推翻了亚里士多德“物体下落速度和重量成比例”的学说，纠正了这个持续了1900多年之久的错误结论。关于自由落体实验，伽利略做了大量的实验，他站在斜塔上面让不同材料构成的物体从塔顶上落下来，并测定下落时间有多少差别。结果发现，各种物体都是落地，而不分先后。也就是说，下落运动与物体的具体特征并无关系。无论木制球或铁制球，如果从塔上开始下落，它们将到达地面。伽利略通过反复的实验，认为如果不计空气阻力，轻重物体的自由下落速度是相同的，即重力加速度的大小都是相同的。伽利略落体实验

我们若从牛顿的万有引力定律分析自由落体的运动规律，任意两个物体之间都遵循着万有引力定律，轻重不同的两个物体在地球的引力场中做自由落体运动都将获得相同的加速度，所以实验得出大小两球落地的结果是符合万有引力定律的。就是说伽利略的实验结论和从万有引力定律所做的理论分析是完全一致的，从这一点来说，伽利略的实验是正确的。，万有引力定律完全成立是需要一定的条件的，必须假定任意两个中性物体之间的相互作用都是完全遵从万有引力定律的，任意两个物体场都与地球场作用的规律完全相同，而其实不然。

关于重力加速度的公式可以利用牛顿的万有引力定律推导出来。伽利略落体实验

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地球上空的物体在以地心为描述其运动的参照点时，若它是围绕地球做匀速圆周运动，物体在与地心连线的方向上受到的合外力是一个指向地球中心的向心力，这个向心力由物体与地球之间的万有引力提供，即 F向 = F引 ，根据向心力遵循的牛顿第二定律公式F=ma和万有引力定律公式 可得，

在上面的式子中，M是地球质量，m是物体的质量，R是地球半径，h是物体距离地面的高度，g是物体围绕地球做匀速圆周运动产生的向心加速度，也即物体在此处的重力加速度，N是引力常量。

再来看一下地面上空的物体做自由落体运动的情况，这种情况地球对物体的万有引力大于物体在该位置环绕地球做匀速圆周运动所需要的向心力，物体将做自由落体运动。物体自由下落受到的合外力仍然为

F合 = F万

从上面推导出来的物体重力加速度的公式中可以看出，在地面上空同一高度的两个物体，不管物体的质量、大小、结构、密度如何，它们获得的重力加速度都是完全相同的。

因为按照场之间的作用规律，物体之间的万有引力作用实际上是借助于物体之间的场产生作用。同样对于任意两个物体与地球之间的万有引力作用，也是借助于场产生作用。只有任意两个物体自身所带的场与地球场之间产生的万有引力作用都具有完全相同的规律时，万有引力定律才是严格成立的，产生的重力加速度才能够总是完全相同，两球才能够落地。但实际情况是，万有引力规律只是一种近似，任意两个物体场与地球场之间的作用规律并不完全严格的遵从万有引力定律，产生的重力加速度会存在一定差异，所以，严格来说，任意两个物体从同一高度做自由落体运动并不是落地

巧妙推理

古代的学者们认为，物体下落的快慢是由它们的重量大小决定的，物体越重，下落得越快。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这种看法。亚里士多得的论断影响深远，在其后两千多年的时间里，人们一直信奉他的学说。

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，巧妙地揭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。两块石头拴在一起，加起来比大石头还要重，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。伽利略由此推断重物体不会比轻物体下落得快。 伽利略曾在著名的比萨斜塔做了著名的自由落体试验，让两个体积相同，质量不同的球从塔顶下落，结果两球落地，以实践驳倒了亚里士多德的结论。

提出假说，伽利略认为，自由落体是一种最简单的变速运动。他设想，最简单的变速运动的速度应该是均匀变化的。，速度的变化怎样才算均匀呢？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，即经过相等的时间，速度的变化相等；另一种是速度的变化对位移来说是均匀的，即经过相等的位移，速度的变化相等。伽利略假设第一种方式最简单，并把这种运动叫做匀变速运动。

伽利略落体实验数学推理

在伽利略的时代，技术不够发达，通过直接测定瞬时速度来验证一个物体是否做匀变速运动，是不可能的，，伽利略应用数学推理得出结论做初速度为零的匀变速运动的物体通过的位移与所用时间的平方成正比，即s=at^2这样，只要测出做变速运动的物体通过不同位移所用的时间，就可以验证这个物体是否在做匀变速运动。

伽利略是怎样推出s=1/2gt^2的呢？他的思路大致如下先由平均速度 得出s= Vt。他推断初速度为零、末速度为v的匀变速运动的平均速度 v=(v0+v末)/2，然后应用这个关系得出s= v末t/2。再应用g=(v末-v0)/t 从上式消去v末，就导出s= gt^2/2 ，即s=1/2gt^2。

伽利略落体实验实验验证

自由落体下落的时间太短，当时用实验直接验证自由落体是匀加速运动仍有困难，伽利略采用了间接验证的方法，他让一个铜球从阻力很小的斜面上滚下，做了上百次的实验，小球在斜面上运动的加速度要比它竖直下落时的加速度小得多，所以时间容易测量些。实验结果表明，光滑斜面的倾角保持不变， 从不同位置让小球滚下，小球通过的位移跟所用时间的平方之比是不变的即位移与时间的平方呈正比。由此证明了小球沿光滑斜面向下的运动是匀变速直线运动，换用不同质量的小球重复上述实验，位移跟所用时间的平方的比值仍不变，这说明不同质量的小球沿同一倾角的斜面所做的匀变速直线运动的情况是相同的。

不断增加大斜面的倾角，重复上述实验，得出的值随斜面倾角的增加而增大，这说明小球做匀变速运动的加速度随斜面倾角的增大而变大。

伽利略落体实验合理外推

伽利略将上述结果做了合理的外推，把结论外推到斜面倾角增大到90°的情况，这时小球将自由下落，成为自由落体伽利略认为，这时小球仍然会保持匀变速运动的性质。这种从斜面运动到落体运动的外推，是很巧妙的。不过，用外推法得出的结论，并不一定都是正确的。现代物理研究中也常用外推法，但用这种方法得到的结论都要经过实验的验证才能得到承认。

伽利略对自由落体的研究，开创了研究自然规律的科学方法，这就是抽象思维、数学推导和科学实验相结合的方法，这种方法对于后来的科学研究具有重大的启蒙作用，至今仍不失为重要的科学方法之一。

该实验被评为“最美物理实验”之一。

参考文献

《核场统一论》，孟庆勇著，2003年《格物》第3期（探索——北京相对论研究联谊会首届年会论文集·下册）第232页，2005年《格物》第2期第18页。也可以从网上中国国家科技文献中心中国预印本服务系统中查阅《核场统一论》全文 。个别资料

Galilei’s Free-falling Experiment Needs to Be Redesigned and Evaluated

Meng Qingyong Suzhou Normal School , Anhui , China

Abstract: The treatise summaries such a conclusion from the gravitation originating electric field force that because of the difference among the structure of objects hich is sure to affect the electrical energy of bare nucleus particles in objects, e can make a conclusion that to objects ith same mass ill make the electric quantity of to polarities different because of the difference about the structural density and products different gravitational aeleration hich shos that not all gravitation among objects follos the la of gravity . Therefore Galilei’s Free-falling Experiment needs to be redesigned and evaluated .

Keyord: Galilei’s Free-falling Experiment, aeleration of gravity, the la of gravity, the theory about nucleus and field of mass, object field, earth field, electric field force, bare nucleus, electric field particle, carrying capacity of to kinds of character, charge mass ratio of neutral,relax and pactness of structure ,element，atomic nucleus，vacuum

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二伽利略自由落体实验得出的结论

是的，但不完全是，注意在地球的不同高度于不同地域由于万有引力不等于重力，因而下降速度不同。但它打破了亚里士多德几千年来的物体下落速度与质量有关的结论。提出下落速度在排除阻力的理想条件下任何物体都相同学习愉快！
不是重力，是重量。那时还没重力这个概念...伽利略得出的结论是物体下落的速度与质量无关，还没涉及到空气摩擦....至于比萨斜塔实验...那只是个传说...就像牛顿的苹果一样...
证明物体下落速度与重量无关，本实验忽略空气摩擦，因试验用的是铅球，故可以忽略空气摩擦

三伽利略自由落体实验研究方法

试题分析伽利略最初假设自由落体运动的速度是随着时间均匀增大，他所在的那个时代还无法直接测定物体的瞬时速度，所以不能直接得到速度随时间的变化规律．伽利 略通过数学运算得到结论如果物体的初速度为零，而且速度随时间的变化是均匀的，那么它通过的位移与所用的时间的二次方成正比，这样，只要测出物体通过通 过不同位移所用的时间，就可以检验这个物体的速度是否随时间均匀变化．物体下落很快，当时只能靠滴水计时，这样的计时工具还不能测量自由落体运动所用 的较短的时间．伽利略采用了一个巧妙的方法，用来“冲淡”重力．他让铜球沿阻力很小的斜面滚下，二小球在斜面上运动的加速度要比它竖直下落的加速度小得 多，所以时间长，所以容易测量．
点评伽利略对自由落体规律的研究为我们提供正确的研究物理的方法、思路、理论，他创造了一套对近代科学的发展极为有益的科学方法．
bd 试题分析在伽利略时代，没有先进的实验仪器来直接测量物体的速度大小，故选项a错误；当时条件下也没有先进的计时工具，落体运动太快，简陋的滴水计时器根本无法完成实验，故选项b正确；而运动的路程用刻度尺来测量，当时条件下是可以完成的，故选项c错误；伽利略将无法直接测量的速度与时间的关系，通过数学演算变成了运动路程与时间的关系，将落体运动转化至斜面上，来延长运动的时间，再通过斜面倾角的逐步抬高，得出相同结论，从而合理外推至落体运动(即斜面倾角为90°)的情况，实现了把实验和逻辑推理(包括数学演算)和谐的结合，发展了人类的科学思维方式和科学研究方法，故选项d正确。

四伽利略自由落体实验原理

  16世纪末，伽利略通过反复的实验，认为如果不计空气阻力，轻重物体的自由下落速度是相同的，从而对亚里士多德的理论提出质疑。他嘲讽那些信奉权威的人，他们认为“有些事情理所是对的，仅仅因为亚里士多德是这样说的”。 　　相传伽利略为了公开他的论断，批驳亚氏的落体理论，曾经在一个有“其他教授、哲学家和全体学生”参加的大型集会，登上高高的比萨斜塔，当场做了著名的斜塔落体实验，证实了自己的学说，顿时全场哗然，轰动一时。

五伽利略自由落体实验的启示

证实不同重量球体自由落下，它们着地的实验。之前人们接受亚里士多德的物体下落速度与物体重量成正比的观点。据《伽利略传》记载，1589年伽利略在比萨斜塔当着其他教授和学生面做了这个实验，推翻了亚里士多德的观点。

万有引力起源于电场力的理论角度分析得出，由于物体之间存在结构上的疏密程度差异，必然影响到物体内部裸核粒子的带电能力，进而得出两个质量相同的物体因为结构疏密程度上的差异会使物体的两性电量和产生差异，在相同的引力场中将会产生不同的引力加速度，说明了物体之间的万有引力作用并不都是严格地遵循万有引力定律，伽利略 自由落体实验需要重新进行设计和测定。

关于落体运动，古希腊哲学家亚里士多德仅仅凭借直觉和观感，曾经作出过这样的结论重的物体下落速度比轻的物体下落速度快，落体速度与重量成正比。