銜接點06伽利略對自由落體運(yùn)動的研究

銜接點06伽利略對自由落體運(yùn)動的研究初中階段高中階段初中沒有此內(nèi)容1．知道人類對落體運(yùn)動研究的歷史；2．知道伽利略研究落體運(yùn)動的基本方法和重要貢獻(xiàn)。初中物理高中物理異同點無伽利略對自由落體運(yùn)動的研究無初中物理無此內(nèi)容。1．歷史回顧：亞里士多德通過對大量的物體下落的觀察，直接得出結(jié)論：物體越重，下落越快；所用的方法：觀察+直覺。2．邏輯的力量：否定亞里士多德的觀點3．猜想與假設(shè)伽利略相信：a．自然界是簡單的，自然界的規(guī)律也是簡單的；b．落體運(yùn)動一定是一種最簡單的變速運(yùn)動．它的速度應(yīng)該是均勻變化的。假設(shè)：v∝t，即v=kt4．實驗驗證困難：自由物體下落很快，時間難以精確測量。解決辦法：用斜面實驗“沖淡重力”，進(jìn)行外推。伽利略用銅球從阻力很小的斜面的不同位置由靜止下落，銅球運(yùn)動速度較小，所以時間比較容易測出。5．合理外推（外推法）如果斜面傾角增大到90°，即自由落體，所有物體下落時的加速度都是一樣的！伽利略成功驗證了自己的猜想，得到了自由落體運(yùn)動的規(guī)律。6．伽利略科學(xué)方法伽利略科學(xué)思想方法的核心：把實驗和邏輯推理（包括數(shù)學(xué)推演）和諧地結(jié)合起來。7．比薩斜塔實驗：物體下落速度的原因伽利略從比薩斜塔上同時釋放兩個重量不同的鉛球，同時落地，從而驗證：輕重物體下落一樣快。但生活中石塊比羽毛下落快也是事實，是因為空氣對石塊和羽毛的阻力不一樣。真空管實驗和宇航員在月球表面實驗都證實了在真空中沒有空氣阻力，金屬小球和羽毛下落一樣快。1．17世紀(jì)，意大利物理學(xué)家伽利略根據(jù)斜面實驗指出：在水平面上運(yùn)動的物體之所以會停下來，是因為受到摩擦阻力的緣故，你認(rèn)為下列說法正確的是（）①該實驗證實了亞里士多德“力是維持物體運(yùn)動的原因”的結(jié)論②該實驗為牛頓第一定律的提出提供了有利的實驗證據(jù)③該實驗是一理想實驗，是在思維中進(jìn)行的，無真實的實驗基礎(chǔ)，故其結(jié)果是荒謬的④該實驗是以可靠的事實為基礎(chǔ)，經(jīng)過抽象思維，抓住主要因素，忽略次要因素，從而更深刻地反映自然規(guī)律A．只有①③ B．只有②④ C．只有③④ D．只有②③【答案】B【解析】伽利略由該實驗推翻了亞里士多德的觀點，認(rèn)為力不是維持物體速度的原因，而是改變物體運(yùn)動狀態(tài)的原因，①錯誤；牛頓總結(jié)了前人的經(jīng)驗，指出了物體運(yùn)動與力的關(guān)系，即牛頓第一定律，所以該實驗為牛頓第一定律的提出提供了有利的實驗證據(jù)，②正確；伽利略的理想斜面實驗是以可靠的事實為基礎(chǔ)，經(jīng)過抽象思維，抓住主要因素，忽略次要因素，合理外推，得出的結(jié)論，④正確，③錯誤。故B正確，ACD錯誤。故選B。2．伽利略的科學(xué)思想方法，是人類思想史上最偉大的成就之一，他為現(xiàn)代物理學(xué)開啟了一扇大門。下述為伽利略理想實驗的設(shè)想步驟：①兩個斜面平滑對接，讓靜止的小球沿一個斜面滾下，小球?qū)L上另一個斜面；②如果沒有空氣阻力和摩擦，小球?qū)L上另一個斜面到達(dá)同樣的高度；③減小第二個斜面的傾角，小球?qū)诹硪粋€斜面上通過更長的路程；④將第二個斜面平移到很遠(yuǎn)的地方，小球最終仍然能到達(dá)原來的高度；⑤使第二個斜面的傾角變?yōu)?，它將成為一個水平面，小球再也不能達(dá)到原來的高度。在上述的設(shè)想步驟中，有的屬于可靠的事實，有的則是理想化的推論。下列關(guān)于事實和推論的分類正確的是（）A．①④是事實，②③⑤是推論 B．①③⑤是事實，②④是推論 C．②③是事實，①④⑤是推論 D．②④⑤是事實，①③是推論【答案】B【解析】伽利略理想實驗中，實驗步驟①③⑤是可靠的實驗事實基礎(chǔ)。由于現(xiàn)實生活中，小球在斜面上滾動時不可能不受摩擦力的作用，所以實驗步驟②④都是對實驗現(xiàn)象的合理推理，故B正確，ACD錯誤。故選B。3．伽利略對“自由落體運(yùn)動”和“運(yùn)動和力的關(guān)系”的研究，開創(chuàng)了科學(xué)實驗和邏輯推理和諧結(jié)合的重要科學(xué)研究方法。圖a、圖b分別表示這兩項研究中實驗和邏輯推理的過程，下列相關(guān)說法正確的是（）A．圖a通過對自由落體運(yùn)動的研究，合理外推得出小球在斜面上做勻變速直線運(yùn)動 B．圖a中先在傾角較小的斜面上進(jìn)行實驗，可“沖淡”重力，使時間測量更容易 C．圖b中斜面傾角減小到零時，小球一定會一直運(yùn)動下去 D．圖b的實驗為“理想實驗”，通過邏輯推理得出物體的運(yùn)動需要力來維持【答案】B【解析】伽利略設(shè)想物體下落的速度與時間成正比，因為當(dāng)時無法測量物體的瞬時速度，所以伽利略通過數(shù)學(xué)推導(dǎo)證明如果速度與時間成正比，那么位移與時間的平方成正比；由于當(dāng)時用滴水法計算，無法記錄自由落體的較短時間，伽利略設(shè)計了讓銅球沿阻力很小的斜面滾下，來“沖淡”重力得作用效果，而小球在斜面上運(yùn)動的加速度要比它豎直下落的加速度小得多，所用時間長的多，所以容易測量。伽利略做了上百次實驗，并通過抽象思維在實驗結(jié)果上做了合理外推，故A錯誤，B正確；圖b中斜面傾角減小到零時，由于摩擦力的存在，小球最終會停止運(yùn)動，故C錯誤；伽利略用抽象思維、數(shù)學(xué)推導(dǎo)和科學(xué)實驗相結(jié)合的方法得到物體的運(yùn)動不需要力來維持，故D錯誤。故選B。4．伽利略對“自由落體運(yùn)動”和“運(yùn)動和力的關(guān)系”的研究中，開創(chuàng)了科學(xué)實驗和邏輯推理相結(jié)合的重要科學(xué)研究方法。圖中甲、乙分別表示這兩項研究中實驗和邏輯推理的過程，下面說法中正確的是（）A．伽利略使用圖甲斜面進(jìn)行實驗，得出自由落體運(yùn)動的規(guī)律 B．伽利略使用圖甲斜面進(jìn)行實驗，得出力是改變物體運(yùn)動狀態(tài)的原因 C．伽利略使用圖乙斜面進(jìn)行實驗，得出自由落體運(yùn)動的規(guī)律 D．伽利略使用圖乙斜面進(jìn)行實驗，用實驗事實直接得出物體運(yùn)動不需要力來維持【答案】A【解析】分析圖甲可知，伽利略設(shè)想物體下落的速度與時間成正比，因為當(dāng)時無法測量物體的瞬時速度，所以伽利略通過數(shù)學(xué)推導(dǎo)證明：如果速度與時間成正比，那么位移與時間的平方成正比；由于當(dāng)時用滴水法計算，無法記錄自由落體的較短時間，伽利略設(shè)計了讓銅球沿阻力很小的斜面滾下，來“沖淡”重力得作用效果，而小球在斜面上運(yùn)動的加速度要比它豎直下落的加速度小得多，所用時間長的多，所以容易測量。伽利略做了上百次實驗，并通過抽象思維在實驗結(jié)果上做了合理外推，得到了自由落體運(yùn)動的規(guī)律，故A正確，B錯誤；分析圖乙可知，伽利略用抽象思維、數(shù)學(xué)推導(dǎo)和科學(xué)實驗相結(jié)合的方法得到物體的運(yùn)動不需要力來維持，故CD錯誤。故選A。5．據(jù)物理學(xué)史記載，伽利略為驗證“重的物體與輕的物體應(yīng)該下落得同樣快”的結(jié)論，開創(chuàng)性地設(shè)計了銅球沿斜面滾下的實驗。實驗數(shù)據(jù)和理論分析表明了銅球沿斜面滾下的運(yùn)動是勻加速直線運(yùn)動，最后，伽利略將實驗結(jié)果做了合理的外推。所謂“外推”是指下列敘述中的（）A．銅球沿斜面運(yùn)動速度的變化相對時間來說是均勻的 B．不斷增大斜面傾角，銅球的加速度隨傾角的增大而變大 C．若斜面傾角一定，讓不同質(zhì)量的銅球從不同的高度開始滾動，所有銅球的加速度也相同 D．若斜面傾角增大到90°，銅球仍會做勻加速運(yùn)動，且所有物體下落的加速度應(yīng)相同【答案】D【解析】伽利略對實驗的結(jié)果分析發(fā)現(xiàn)，隨著斜面的傾角逐漸增大，小球沿斜面運(yùn)動的加速度將增大；斜面的傾角越接近90°，小球沿斜面滾下的運(yùn)動就越接近自由落體運(yùn)動，當(dāng)斜面的傾角增大到90°，小球沿斜面滾下的運(yùn)動就是自由落體運(yùn)動，斜面上的小球都做勻加速直線運(yùn)動，則自由落體運(yùn)動也是勻加速直線運(yùn)動，而且所有物體的自由落體運(yùn)動都是加速度相等的勻加速直線運(yùn)動，A、B、C均是實驗所得，并非外推所得，只有D項受當(dāng)時條件限制不能直接驗證，故ABC錯誤，D正確。故選D。6．伽利略在研究自由落體運(yùn)動時，通過邏輯推理首先指出亞里士多德對落體認(rèn)識的問題，并用實驗證實了自己的結(jié)論。下面關(guān)于伽利略研究自由落體的說法正確的是（）A．伽利略研究了小球從比薩斜塔上落下的運(yùn)動規(guī)律 B．伽利略認(rèn)為自由落體的運(yùn)動規(guī)律與物體的質(zhì)量有關(guān) C．伽利略認(rèn)為速度的變化對位移來說是均勻的 D．伽利略利用斜面來“沖淡”重力，測出物體在斜面上運(yùn)動的加速度【答案】D【解析】伽利略根據(jù)亞里士多德的論斷，假定大的石塊下落速度為8，小石塊下落速度為4，把它們捆在一起，大石塊會被小石塊拖著而減慢，所以速度會小于8，但兩石塊捆在一起會更重，下落速度應(yīng)當(dāng)大于8，這樣得出了相互矛盾的結(jié)論，伽利略認(rèn)為，重物體與輕的物體下落一樣快，與質(zhì)量無關(guān)；所以運(yùn)用歸謬推理否定了亞里士多德關(guān)于重的物體下落快、輕的物體下落慢的錯誤論斷，故AB錯誤；伽利略提出“自由落體”是一種最簡單的直線運(yùn)動﹣﹣﹣勻加速直線運(yùn)動，物體的加速度不變，故C錯誤。伽利略利用斜面來“沖淡”重力，伽利略通過斜面實驗來證明速度與時間成正比的猜想是正確的，并進(jìn)行了合理外推：當(dāng)傾角為90°時，運(yùn)動變?yōu)樽杂陕潴w，其性質(zhì)不變，而且所有物體下落的加速度都是一樣的，故D正確。故選D。7．伽利略猜想落體的速度應(yīng)該是均勻變化的．為驗證自己的猜想，他做了“斜面實驗”，如圖所示．發(fā)現(xiàn)靜止釋放的銅球在斜面上運(yùn)動的位移與時間的平方成正比．改變球的質(zhì)量或增大斜面傾角，上述規(guī)律依然成立．于是，他外推到傾角為90°的情況，得出落體運(yùn)動的規(guī)律，結(jié)合以上信息，判斷下列說法正確的是（）A．伽利略通過“斜面實驗”來研究落體運(yùn)動規(guī)律時為了便于測量時間 B．伽利略通過“斜面實驗”來研究落體運(yùn)動規(guī)律時為了便于測量加速度 C．靜止釋放的銅球運(yùn)動的速度與位移成正比 D．靜止釋放的銅球運(yùn)動的速度與時間的平方成正比【答案】A【解析】物體做自由落體運(yùn)動的時間很短，不易測量，當(dāng)時伽利略利用斜面做實驗，主要是考慮到實驗時便于測量小球運(yùn)動的時間，在當(dāng)時的情況下，還沒有出現(xiàn)加速度的概念，伽利略在實驗中沒有測量加速度，故A正確，B錯誤；銅球在較小傾角斜面上的運(yùn)動情況，發(fā)現(xiàn)銅球做的是勻變速直線運(yùn)動，則由靜止釋放的銅球運(yùn)動的速度與時間成正比，與位移不是成正比，故CD錯誤。故選A。8．伽利略開創(chuàng)了實驗研究和邏輯推理相結(jié)合探索物理規(guī)律的科學(xué)方法，利用這種方法伽利略發(fā)現(xiàn)的規(guī)律有（）A．力不是維持物體運(yùn)動的原因 B．物體之間普遍存在相互吸引力 C．即使忽略空氣阻力，重物比輕物下落得快 D．物體間的相互作用力總是大小相等，方向相反【答案】A【解析】伽利略根據(jù)理想斜面實驗，發(fā)現(xiàn)了力不是維持物體運(yùn)動的原因，故A正確；伽利略沒有發(fā)現(xiàn)物體之間普遍存在相互吸引力的規(guī)律，是牛頓發(fā)現(xiàn)了該規(guī)律，故B錯誤；伽利略開創(chuàng)了實驗研究和邏輯推理相結(jié)合的方法，發(fā)現(xiàn)了忽略空氣阻力，重物與輕物下落得同樣快的規(guī)律，故C錯誤；伽利略沒有發(fā)現(xiàn)物體間的相互作用力總是大小相等，方向相反的規(guī)律，是牛頓發(fā)現(xiàn)了該規(guī)律，故D錯誤。故選A。9．伽利略在研究力和運(yùn)動的關(guān)系的時候，采用兩個平滑對接的斜面，一個斜面固定，讓小球從斜面上滾下，小球又滾上另一個傾角可以改變的斜面，斜面傾角逐漸減小直至為零，如圖所示。關(guān)于這個理想斜面實驗，下列說法正確的是（）A．如果沒有摩擦，小球運(yùn)動過程中機(jī)械能守恒 B．如果沒有摩擦，小球?qū)⒃诹硪恍泵嫔线\(yùn)動相同的路程 C．如果沒有摩擦，小球運(yùn)動到另一斜面上最高點的高度與釋放時的高度不同 D．如果沒有摩擦，小球運(yùn)動到水平面時的機(jī)械能小于釋放時的機(jī)械能【答案】A【解析】如果沒有摩擦，小球運(yùn)動過程只有重力做功，故機(jī)械能守恒，故A正確、D錯誤；根據(jù)小球運(yùn)動過程機(jī)械能守恒，小球在另一斜面上會運(yùn)動到與釋放