物理必修 第一册第2章 匀变速直线运动的规律2.1 伽利略对落体运动的研究导学案

2.1 伽利略对落体运动的研究

一、单选题

1．爱因斯坦曾赞扬一位科学家的发现以及他所应用的科学的推理方法，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。这位科学家是（　　）

A．开普勒 B．伽利略 C．惠更斯 D．牛顿

2．伽利略在研究自由落体运动时，通过逻辑推理首先指出亚里士多德对落体认识的问题，并用实验证实了自己的结论。下面说法正确的是（　　）

A．伽利略认为自由落体的速度随位移均匀变化

B．伽利略认为自由落体的运动规律与物体的质量有关

C．伽利略利用斜面来“冲淡”重力，证明物体在斜面上的运动是匀变速直线运动

D．伽利略通过实验直接证明了自由落体是匀变速直线运动

3．关于亚里士多德和伽利略对自由落体运动研究的事实，下列叙述错误的是

A．伽利略认为，如果没有空气阻力，重物与轻物应该下落得同样快

B．伽利略把实验和逻辑推理结合起来，从而发展了人类的科学思维方式和科学研究方法

C．伽利略用实验直接证实了自由落体运动是初速度为零的匀加速直线运动

D．亚里士多德认为重的物体比轻的物体下落得快

4．伽利略对自由落体运动的研究方法对于后来的科学研究具有重大的启蒙作用，至今仍然具有重要意义。请你回顾伽利略的研究过程，判断下列过程哪个是伽利略的研究过程（　　）

A．猜想—问题—数学推理—实验验证—合理外推—得出结论

B．问题—猜想—实验验证—数学推理—合理外推—得出结论

C．问题—猜想—数学推理—实验验证—合理外推—得出结论

D．猜想—问题—实验验证—数学推理—合理外推—得出结论

5．伽利略做了两个著名的“斜面实验”，都是采用在实验的基础上进一步推理得出重要结论的方法。为了研究自由落体运动的规律，他让铜球沿斜面滚下，利用滴水计时记录铜球运动的时间，研究小球的质量、斜面倾角等因素对铜球的运动的影响，如图所示；在研究力和运动关系的时候，用两个对接的斜面，一个斜面固定，让小球从斜面上滚下，又滚上另一个倾角可以改变的斜面，

表格是伽利略1604年做图所示实验时手稿中记录的一组数据。表中第一列是时间单位，第二列是物体沿斜面运动的距离单位，第三列是分析实验数据时添加的距离（位移）比例关系。通过对表中数据及研究过程进行分析，下列说法不正确的是（       ）

A．实验结果表明，铜球的运动是匀加速直线运动

B．若斜面倾角一定，铜球沿斜面运动的位移与所用时间成正比

C．在倾角小的斜面上进行实验，可“冲淡”重力的作用，使测量时间更容易

D．伽利略用外推的方法得到斜面倾角增大到90°，铜球仍然会保持匀加速运动的性质

6．伽利略对自由落体运动及运动和力的关系的研究，开创了科学实验和逻辑推理相结合的重要科学研究方法。图（a）、（b）分别表示这两项研究中实验和逻辑推理的过程，对这两项研究，下列说法正确的是（　　）

A．图（a）通过对自由落体运动的研究，合理外推得出小球在斜面上做匀变速运动

B．图（a）中先在倾角较小的斜面上进行实验，可“冲淡”重力，使时间测量更容易

C．图（b）中完全没有摩擦阻力的斜面是实际存在的，实验可实际完成

D．图（b）的实验为“理想实验”，通过逻辑推理得出物体的运动需要力来维持

二、多选题

7．自由落体运动中的物体下落时间短、过程快。在伽利略所处时代，实验条件非常落后，没有秒表，只能通过流水来计时，也无法测定物体的瞬时速度，但他巧妙设计了一个“冲淡”重力作用，让小球沿阻力很小的长直斜面滚下的实验，以此来验证自由落体是否是匀变速直线运动。关于该实验，下列说法正确的是（　　）

A．让小球沿长直斜面滚下，可减小其加速度，使运动时间变长，方便更准确地观察与测量

B．实验中要验证从静止开始滚下的小球，运动的位移与时间是否成正比

C．实验中需要用同一斜面，保持其倾角不变，换用不同质量的小球，测定小球沿斜面滚下的加速度是否相同

D．实验中发现，沿不同倾角的斜面运动，小球都是匀变速直线运动，由此类推至斜面倾角为（即自由下落）时，小球仍做匀变速直线运动

8．伽利略为了研究自由落体运动的规律，将落体实验转化为著名的“斜面实验”，如图所示，对于这个研究过程，下列说法正确的是（     ）

A．斜面实验放大了重力的作用，便于测量小球运动的路程

B．斜面实验“冲淡”了重力的作用，便于小球运动时间的测量

C．伽利略斜面实验测量的物理量是速度和时间

D．伽利略斜面实验测量的物理量是位移和时间

参考答案：

1．B

【解析】在物理学的发展过程中，伽利略的发现以及他所应用的科学的推理方法，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。

故选B。

2．C

【解析】A．伽利略认为自由落体的速度随时间的变化是均匀的，故A错误；

B．伽利略认为自由落体的运动规律与物体的质量无关，故B错误；

CD．伽利略利用斜面来“冲淡”重力，证明物体在斜面上的运动速度与时间成正比的猜想是正确的，即物体在斜面上的运动是匀变速直线运动，并进行合理的外推：当倾角为时，运动变为自由落体，也是匀变速直线运动，故C正确，D错误。

故选C。

3．C

【解析】A．伽利略认为，如果没有空气阻力，重物与轻物应该下落得同样快，A正确，不符合题意；

B．伽利略把实验和逻辑推理结合起来，从而发展了人类的科学思维方式和科学研究方法，B正确，不符合题意；

C．伽利略并没有用实验直接证实自由落体运动是初速度为零的匀加速直线运动，而是通过对“小球沿斜面滚下的运动是匀加速直线运动”这一实验结果做了合理外推：当斜面倾角为90°时，小球的运动就是自由落体运动，且仍会保持匀变速运动的性质，C错误，符合题意；

D．亚里士多德认为重的物体比轻的物体下落得快，D正确，不符合题意。

故选C。

4．C

【解析】伽利略在研究物体下落规律时，首先是提出问题即对亚里士多德的观点提出疑问，然后伽利略猜想速度与时间成正比，因为当时条件无法测量瞬时速度，伽利略根据猜想数学推理出位移与时间平方成正比，接着进行了实验，伽利略对实验结果进行合理的外推得出结论，故伽利略探究过程顺序是：问题—猜想—数学推理—实验验证—合理外推—得出结论。

故选：C。

5．B

【解析】A．实验结果表明，小球下滑时位移关系满足∆x=常量，可知铜球的运动是匀加速直线运动，选项A正确，不符合题意；

B．由表中数据可知，若斜面倾角一定，铜球沿斜面运动的位移与所用时间平方成正比，选项B错误，符合题意；

C．在倾角小的斜面上进行实验，可“冲淡”重力的作用，使测量时间更容易，选项C正确，不符合题意；

D．伽利略用外推的方法得到斜面倾角增大到90°，铜球仍然会保持匀加速运动的性质，从而得到自由落体运动的规律，选项D正确，不符合题意。

故选B。

6．B

【解析】AB．伽利略设想物体下落的速度与时间成正比，因为当时无法测量物体的瞬时速度，所以伽利略通过数学推导证明，如果速度与时间成正比，那么位移与时间的二次方就成正比。由于当时用滴水法计时，无法记录自由落体的较短时间，伽利略设计了让铜球沿阻力很小的斜面滚下，来“冲淡”重力的作用效果，而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，运动相同位移所用时间长得多，所以容易测量。伽利略做了上百次实验，并通过抽象思维在实验结果上进行了合理外推，得出了正确结论，故A错误，B正确；

C．完全没有摩擦阻力的斜面是不存在的，故C错误；

D．伽利略用抽象思维、数学推导和科学实验相结合的方法得到物体的运动不需要力来维持的结论，故D错误；

故选B。

7．AD

【解析】A．让小球沿长直斜面滚下，可减小其加速度，使运动时间变长，方便更准确地观察与测量。故A正确；

B．实验中要验证从静止开始滚下的小球，运动的位移与时间的平方是否成正比，得出小球做匀变速直线运动。故B错误；

C．同一斜面同一倾角加速度相同，则实验中不需要用同一斜面，保持其倾角不变，换用不同质量的小球，测定小球沿斜面滚下的加速度是否相同。故C错误；

D．实验中发现，沿不同倾角的斜面运动，小球都是匀变速直线运动，由此类推至斜面倾角为（即自由下落）时，小球仍做匀变速直线运动。故D正确。

故选AD。

8．BD

【解析】AB．斜面实验“冲淡”了重力的作用，便于测量小球运动的时间，A错误、B正确；

CD．伽利略研究自由落体运动时，通过测量位移与所用时间平方的比值是否保持不变，来判断是否做匀变速直线运动，故伽利略斜面实验测量的物理量是位移和时间，C错误、D正确。

故选BD。