解读“伽利略的理想斜面实验”

【前言】解读“伽利略的理想斜面实验”由文秘帮小编整理而成，但愿对你的学习工作带来帮助。在上述伽利略的理想实验中，我们先分析小球的运动特点：小球沿斜面滚下时，高度降低，但速度增大，而小球沿斜面滚上时，高度增加，但速度减小。那么，小球凭位置而具有的能量减小时，由于运动而具有的能量就增加，这就体现了在理想状态下（不计摩擦阻力情况下）势能和...

同一小车从同一斜面上的同一位置由静止开始滑下，（这是为了保证每次小车到达水平面时有相同的速度，注意要保证单一变量）。第一次在水平面上铺上毛巾，小车在毛巾上滑行很短的距离就停下了；第二次在水平面铺上较光滑的棉布，小车在棉布上滑行的距离较远；第三次是光滑的木板，小车滑行的距离最远。伽利略认为，是平面对小车的阻力使小车停下，平面越光滑小车滑行就越远。表明阻力越小，小车滑行就越远。伽利略科学地想象：要是能找到一块十分光滑的平面，阻力为零，小车的滑行速度将不会减慢，将匀速行驶下去。

事实上，伽利略真正所做的实验并不是上面所提到的。上面所提到的实验主要为初中物理教学时所使用。而在课后阅读资料中，提到“伽利略的理想实验”，小球滚下斜面A.如图

它就要继续滚上另一个斜面B。伽利略发现了具有启发性的事实：无论斜面B比斜面A陡些或缓些，小球最后一定要到达与它出发时的等高点。

假如我们作一个假设，把斜面B放下来，那么小球将在水平面上作永不停息的匀速直线运动，后来牛顿总结伽利略的研究得出了著名的牛顿第一定律。我们从下面两方面来解读伽利略的理想实验。

一、能量守恒方面

在上述伽利略的理想实验中，我们先分析小球的运动特点：小球沿斜面滚下时，高度降低，但速度增大，而小球沿斜面滚上时，高度增加，但速度减小。那么，小球凭位置而具有的能量减小时，由于运动而具有的能量就增加，这就体现了在理想状态下（不计摩擦阻力情况下）势能和动能的相互转化，机械能守恒。这个实验是无法实现的，因为永远也无法将摩擦完全消除掉，所以叫理想实验，又叫假想实验，思想上的实验，它是从抽象思维中设想出来而实际上无法做到的实验。伽利略从可靠的实验出发，设想出这个实际上不可能进行但又符合严格科学推理的理想化的实验，论证了物体在不受外力（理想实验中小球水平方向不受外力作用）作用时将永远运动下去的推理是正确的，说明维持物体的运动不需要外力的作用。

这仅仅是伽利略的理想实验。但在现实中，有空气阻力和摩擦阻力存在，那么守恒量还在吗？通过实验不难发现，有摩擦阻力情况下，小球滚上B斜面的高度减小了，因此与物体上升的高度对应的重力势能减小了，能量看起来不再守恒，由此引发两方面的思考：其一，物体系统减小的能量哪儿去了，是消失了吗？其二，如果没有消失，它转化为哪种形式的能量？

联系所学过的知识和生活中的经验知道，小球在运动过程中有摩擦便会产生热，与之对应的有一部分转化为大量分子组成的系统的热运动。假如把这部分热能收集起来，便可以验证守恒量的存在。这就是所谓的能量守恒。

二、给我们的思维启迪

物理学史上的实验，不仅能告诉学生实验的过程、方法和结论，更能启发学生的思维，提高学生分析问题和解决问题的能力。

伽利略理想实验不是简单地告诉我们一个结论，更重要的是传授给我们研究物理问题的基本思维方法：把实验事实同抽象思维结合起来：忽略次要矛盾，抓住主要矛盾，不盲目相信直觉和前人的结论。

显然，在讲授此实验时，应使学生掌握两个基本特点：一是本实验利用了机械能守恒定律，忽略了摩擦；二是扩展了实验现象，通过分析、推理和想象，揭示了运动和力的本质规律，这两点可以使学生具体地了解到研究物理问题所需要的思维方法。

伽利略理想实验可使学生清楚地认识到研究物理问题常常要抓住事物的主要矛盾，而忽略其次要矛盾，其实这种方法的理论依据就是遵循化繁为简的原则，本实验忽略了摩擦，这虽然与客观事实相违背，使得实验理想化，但由于这种方法抓住了事物的主要矛盾，摒弃的只是次要矛盾，故其结果仍不失它的真实性和科学性，这种思维方法在物理学中是经常用到的，例如引入“质点”概念，在研究物体的平动或天体的转动等问题时，就可以忽略物体的大小、形状等次要因素，从而给问题的研究和解决带来极大的方便，使学生了解这种理想化的思维方法是一种常用的科学研究方法。

加强伽利略理想实验的教学，能培养学生的分析、推理和想象能力，某一事实现象的本身往往不能直接反映规律，而是需要通过分析、推理和想象，才能揭示事物的本质规律。

所以伽利略理想实验是很有必要讲的，此实验在运动与力中起到承前启后的作用，在思维方法上起到抛砖引玉的作用，所有这些都将对学生以后的学习起到铺垫作用，所以讲授伽利略的理想实验是非常重要的，在教学中应给与足够的重视。

（作者单位：浙江省宁波市鄞州区咸祥镇中学）