探析伽利略研究自由落体运动的科学思维方法

探析伽利略研究自由落体运动的科学思维方法

一、归谬法

伽利略巧妙的用了一个佯谬否定了亚里士多德得出的“重的物体下落快”的论断，得出一种可能：重物与轻物应该下落的同样快。

二、抽象思维方法

抽象即事物主要的、本质的东西联合起来，建立一个轮廓清晰、主题突出的模型，伽利略对自由落体运动的研究就是如此。在自然状态下，落体运动受空气阻力的干扰，如果要排除空气阻力的干扰，那就需要创设一个真空环境。于是伽利略运用抽象思维方法，撇开空气阻力的影响，设想在纯重力状态下的落体运动，得出了自由落体运动定律。

其实，伽利略在物理学中的许多成就都可以归功于他能在种种复杂情况下作出抽象，如“理想摆”、“伽利略的理想实验”、及“抛体运动”。抽象思维方法是他实现科学发现必不可少的条件。所谓“理想实验”并不是实物实验，而是依据理想化的条件进行推导并想象其结果。伽利略曾做过让小球沿斜面下滚的实物实验，由于受到了斜面摩擦和空气阻力的作用，从一个斜面滑下冲上另一给斜面，其高度总比原来低。伽利略设想了一种理想化条件：如果所有阻力减小到零，小球就会上升到原来的高度，这就是伽利略著名的“理想实验”。

三、实验与数学相统一

物理是一门以实验为基础的科学，在伽利略以前的不少思想家也指出过实验的重要性，但伽利略与他们不同，他所着眼的不是对自然界的单纯观察，而是有计划的进行实验，在做实验时，研究者就像在向自然界提出他们感兴趣的问题并且得到回答一样。伽利略认为，理论和自然是否相符，必须由“选择得当的实验”来判断。及时对那些已经公开的观点也得采用实验法加以探究。伽利略认为，在对自然界进行实验研究的过程中，必须同时运用数学计算法，所以他特别重视实验的定量分析。伽利略深信，“自然界”这本“书”使用数学语言写成的，不懂得数学语言，就不能揭开自然界的奥秘。

在对自由落体运动的研究中，伽利略曾大胆地猜测，落体运动是一种最简单的变速运动，即下落物体的速度是随着时间均匀增大的，即v∝t,他也想通过实验来验证，但是如何解决时间的测量问题是个难题。后来经过反复思考，他设计了著名的“冲淡重力”的斜面实验，在实验中同时采用了数学方法。实验验证：在同一个倾斜的斜面上，小铜球滚下的位移总是与运动时间的平方成正比。斜面的倾角不同时，比例关系同样成立，只是常数的大小有所变化。随着斜面倾角的增大，比例常数的比值也逐渐增大。

四、合理外推法

由于自由落体运动下落的时间很短，而但是有没有测量时间的好方法，伽利略只能测量出斜面倾角小于50°情况下的时间，他认为比例常数是随着倾角的增大而增大的，当斜面的倾角很大时，小球的运动就跟自由落体运动差不多了，当倾角等于90°，即物体竖直下落时，这个关系也应该成立，并且此时的比例常数最大，从而得出了自由落体运动的规律。

伽利略把斜面实验的结论推广到竖直运动的情况，这是他思维方法上的一种升华，这种方法称为合理外推法，伽利略“理想实验”同样采用了合理外推法，小球滚上第二个斜面的高度只与它在第一个斜面上滚下的高度有关，而与第二个斜面的倾斜程度有关，所以我们可以不断减小第二个斜面的倾斜程度，随之小球在第二个斜面上运动的路程也就不断增长，如果我们设想斜面的倾斜程度减小到零，即把它变为平面，那么小球就应该一直向前滚动，永远也不会停止下来，这就是最早形成的“惯性”的概念。

俗话说：授之以鱼不如授之于渔，法国生物学家贝尔纳说：“科学中难能可贵的是创造性才华，由于方法的拙劣可能被消弱，甚至被扼杀，而良好的方法则会增长和促进这种才华。”在科技快速发展的今天。学会学习思考的方法比学会学习更重要，我们所学的知识肯远远跟不上时代的发展，但千年来的方法依然指导科学与技术的发展，因此在平时的教学与学习中应该注重对学法的学习与总结。