伽利略的理想实验物理研究方法

伽利略的理想实验

伽利略是物理理想实验的开拓者。理想实验是由人们在抽象思维中设想出来而实际上无法做到的实验，可以完美的解释物理学规律或理论。

理想实验并不是脱离实际而主观臆想出来的，它要以实践为基础，在科学实验的基础上，抓住主要方面，忽略次要方面，对实际过程做出更深入的抽象分析得出正确结论。之所以研究理想实验，因为我们人类目前并不能做到百分百的真空，并没有百分百的纯金。

让我们来看一看科学史上伽利略的理想实验，这可以说，伽利略的理想实验是物理学理想实验的鼻祖。

在物体运动原因的研究中，长期以来人们的经验是，要改变一个静止物体的位置，必须推它、提它或拉它。因此人们直觉地认为，物体的运动是与推、提、拉等动作相联系的，深信要使一个物体运动得更快，必须用更大的力推它、提它或拉它，当推、拉物体的力不再作用时，原来运动的物体便静止下来。根据这类经验事实，亚里斯多德得出结论：静止是水平地面上物体的“自然状态”或“自然本性”，必须有力作用在物体上，物体才能运动；没有力的作用，物体就要静止下来。然而，亚里斯多德的这个结论是错误的，并且由于亚里斯多德的权威，这种错误认识被维持了近两千年。直至三百多年前，伽利略才创造了有效的方法和技术，发现了正确的线索，揭示了现象的本质。

伽利略认识到，将人们引入歧途的是摩擦阻力，而这又是人们在日常观察物体运动时难以完全避免的。伽利略注意到，当一个球沿斜面向下滚时，它的速度增大，而向上滚时，它的速度减小。由此他推论，当球沿水平面滚动时，它的速度应不增不减。实际上他也发现，球愈来愈慢，最后停下来。伽利略认为，这并非是它的“自然本性”，而是由于摩擦阻力的缘故，因为他同样还观察到，表面愈光滑，球便会滚得愈远。于是他推论，若投有摩擦阻力，球将永远滚下去。伽利略的另一个实验如图所示，让小球沿一个斜面从静止状态开始下滚，小球将滚上另一个斜面，达到与原来差不多的高度然后再下滚。他推论，只是因为摩擦力，球才没能达到原来的高度。然后，他减小后一斜面的倾角，小球在这个斜面上仍达到同一高度，但这时它要滚得远些。继续减小第二个斜面的倾角，球达到同一高度就会滚得更远。于是他问道：若将后一斜面放平，球会滚多远?结论显然是球将永远滚下去。这就是说，力不是维持物体的运动即维持物体的速度的原因，而恰恰是改变物体运动状态即改变物体速度的原因。因此，一旦物体具有某一速度，如果它不受力，就将以这一速度匀速直线地运动下去。

伽利略把实验观察和抽象思维结合起来，找到了深入理解运动问题的真正线索，是他研究工作的卓越之处。爱因斯坦称赞道：“伽利略的发现以及他所用的科学推理方法是人类思想史上最伟大的成就之一，而且标志着物理学的真正开端。”

在物理学中，理想实验具有重要的作用，它可以使人们对实际的科学实验有更深刻的理解，可以进一步揭示出客观现象和过程之间内在的逻辑联系，并由此得出重要的结论。

作为经典力学基础的惯性定律，就是伽利略的理想实验的一个重要结论，这个结论不能从真实的实验中得出来。伽利略的理想实验是无法实现的，因为永远也无法将摩擦力完全消除掉。伽利略由此理想实验得到的结论，打破了自亚里士多德以来一千多年间关于受力运动的物体，当外力停止作用时便归于静止的陈旧观念，为经典力学的建立奠定了基础。

伽利略的理想实验考题

伽利略的理想实验将可靠的事实和理论结合起来，如图是伽利略的理想实验，让小球从斜面A0上某处静止释放，沿斜面滚下，经O点滚上斜面OB。有关他的理想实验程序内容如下：

（1）减小第二个斜面OB的倾角，小球在这个斜面上仍能到达原来的高度，但这时它要运动得远些。

（2）两个对接的斜面中，使静止的小球沿一个斜面滚下，小球将滚上另一个斜面。

（3）如果没有摩擦，小球将上升到释放的高度。

（4）继续减小斜面OB的倾角，小球到达同一的高度时就会离得更远，最后使斜面OB处于水平位置，小球沿水平面做持续的匀速直线运动。

有关理想实验程序先后顺序排列的正确选项是

A．事实（2）  →  事实（1）  → 推论（3）  → 推论（4）

B．事实（2）  →  推论（1）  → 推论（3）  → 推论（4）

C．事实（2）  →  推论（3）  → 推论（1）  → 推论（4）

D．事实（2）  →  事实（1）  → 推论（4）  → 推论（3）

答案C

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