2.1伽利略对落体运动的研究同步练习（Word版含答案）

2.1 伽利略对落体运动的研究 同步练习
一、单选题
1．如图大致地表示了伽利略探究自由落体运动的实验和思维过程，对于此过程的分析，以下说法正确的是 (　　)
A．其中的甲、乙、丙、丁图均是实验现象
B．其中的丁图是实验现象，甲图是经过合理的外推得出的结论
C．运用甲图的实验，可“冲淡”重力的作用，使实验现象更明显
D．运用丁图的实验，可“放大”重力的作用，使实验现象更明显
2．伽利略对自由落体运动的研究，是科学实验和逻辑思维的完美结合，如图所示，可大致表示其实验和思维的过程，对这一过程的分析，下列说法正确的是
A．其中的甲图是实验现象，乙、丙、丁图是经过合理的外推得到的结论
B．其中的丁图是实验现象，甲图是经过合理的外推得到的结论
C．运用甲图的实验，可“冲淡”重力的作用，使实验现象更明显
D．运用丁图的实验，可“放大”重力的作用，使实验现象更明显
3．下列说法符合历史事实的是
A．伽利略的“冲淡”重力实验，证明了自由落体运动是匀加速直线运动
B．牛顿开创了以实验检验、猜想和假设的科学方法
C．牛顿第一定律是实验定律
D．爱因斯坦先提出，物体具有保持原来匀速直线运动状态或静止状态的性质的观点
二、解答题
4．历史上，对于伽利略用斜面实验验证有许多争议。人们认为，他的时间测量不够准确；斜面上的小球是滚下来的，而做落体运动的小球没有滚动。你认为伽利略的实验还存在哪些问题？请提出来并加以讨论。
5．小明和小华暑假在广州社会实践时，发现一口深井．为了测出从井口到水面的距离，让一个小石块从井口自由落下，经过3s后听到石块击水的声音，g=10m/s2
（1）他们认为就是3s石头自由下落的时间，求出了井口到水面距离．考虑到声音在空气中传播需要一定的时间，估算结果是偏大还是偏小？
（2）忽略声音在空气中的传播时间，小石头在最后1s内下落的高度？
6．对于自由落体运动，科学家们曾推测出多种不同的结论．请同学们利用现有知识来判断下列哪些观点是正确的，并予以证明．
（1）14世纪学者艾伯特认为物体下落的速度正比于已走过的距离，比如落到2尺时的速度是落到1尺时的两倍，落到3尺时的速度是1尺时三倍，等等．
（2）另一位14世纪的学者尼古拉·奥雷姆做了不同的推测，他认为：物体下落的速度正比于它已花费的时间，比如下落2秒后的速度是下落1秒时的两倍，下落3秒后的速度是下落1秒时的三倍，等等．
（3）15世纪文艺复兴巨匠列昂那多·达·芬奇认为下落的物体在相继的相等时间间隔里走过的距离正比于整数序列1、2、3、4……．
（4）17世纪时科学巨匠伽利略认为下落的物体在相继的相等时间间隔里走过的距离正比于奇数序列1、3、5、7……．
7．撰写一篇题为“关于伽利略、牛顿的科学研究方法对物理学发展的意义”的小论文。
8．请仔细回顾伽利略研究落体运动的全过程，把他的主要研究步骤列出来，并说明哪一步骤是提出问题，哪一步骤是数学推理，哪一步骤是实验验证，等等。
9．城市高层建筑越来越多，高空坠物事件时有发生，我国《民法通则》及《侵权责任法》中都有规定，建筑物上的搁置物发生脱落造成他人损害的，其所有人或管理人应承担民事责任，能够证明自己没有过错的除外。假设某高楼距地面高H=47m的阳台上的花盆因受扰动而掉落，掉落过程可看做自由落体运动。有一辆长L1=8m、高h=2m的货车，在楼下以v0=9m/s的速度匀速直行，要经过阳台的正下方，花盆刚开始下落时货车车头距花盆的水平距离为L2=24m（示意图如图所示，花盆可视为质点，重力加速度g=10m/s2）
（1）若司机没有发现花盆掉落，货车保持v0=9m/s的速度匀速直行，通过计算说明货车是否会被花盆砸到？
（2）若司机发现花盆掉落，采取制动（可视为匀变速，司机反应时间）的方式来避险，使货车在花盆砸落点前停下，求货车的最小加速度；
（3）若司机发现花盆掉落，采取加速（可视为匀变速，司机反应时间）的方式来避险，则货车至少以多大的加速度才能避免被花盆砸到？
10．几十年来，学语文课文《两个铁球同时着地》让我们记住了伽利略，知道他为驳倒亚里士多德的经典理论，做了著名的“比萨斜塔铁球实验”。2012年，在中国人编写的一本名为《伽利略：自然科学之父》的书中说：“……伽利略进入公共广场，满怀兴奋，不时停下来，用他那双漂亮的眼睛注视三幢出类超群的建筑物……比萨斜塔底下站着一大群学生，高声谈笑，好像是来看赛鸡表演似的，而不是参加一个庄严的科学实验示范……但是现在却有人提出这个故事并不真实。那你觉得伽利略两个铁球同时落地的故事真实么？请你写出推理依据。
11．为了测量一高楼的高度，某人设计了如下实验：在一根长为L=10m的绳子两端各拴一重球，一人站在楼顶上，手执绳上端使上端小球与楼顶平齐并无初速释放，使其自由落下，另一个人在楼下测量两球落地的时间差Δt=0.4s，取g=10m/s2，试计算楼的高度
试卷第1页，共3页
试卷第1页，共3页
参考答案：
1．C
【解析】
【详解】
因为物体下落得太快，伽利略无法测量物体自由下落的时间，为了使物体运动速度变慢，伽利略转向探究物体在斜面上的运动问题．甲、乙、丙三个图都是实验现象，采用斜面的目的是可以“冲淡”重力的作用，使实验现象更明显．而之所以采用了不同倾角的斜面，则是观察其规律性，形成外推的实验基础，而丁图是在此基础上经过合理的外推得到的结论，故C正确，ABD错误．
2．C
【解析】
【详解】
A、甲乙丙均是实验现象，丁图是经过合理的外推得到的结论，故A B错误；
C、伽利略的时代无法直接测定瞬时速度，就无法验证v与t成正比的思想，伽利略通过数学运算得到，若物体初速度为零，且速度随时间均匀变化，即v正比于t，那么它通过的位移与所用时间的二次方成正比，只要测出物体通过不同位移所用的时间就可以验证这个物体的速度是否随时间均匀变化，由于伽利略时代靠滴水计时，不能测量自由落体所用的时间，伽利略让铜球沿阻力很小的斜面滚下，由于沿斜面下滑时加速度减小，所用时间长得多，所以容易测量，这个方法叫“冲淡”重力，故C正确，D错误．
故选C.
3．A
【解析】
【详解】
A．由于当时条件的限制不能测瞬时速度，伽利略采用了斜面实验，“冲淡”了重力的作用，便于测量运动时间，并证明了自由落体运动是匀加速直线运动，故A正确；
B．伽利略开创了以实验检验、猜想和假设的科学方法用在研究自由落体的规律，故B错误；
C．牛顿第一定律是逻辑思维的产物，不是实验定律，故C错误；
D．牛顿先提出，物体具有保持原来匀速直线运动状态或静止状态的性质的观点，故D错误。
故选A。
4．见解析
【解析】
【分析】
【详解】
实验的缺点还在于这是一个理想实验，“理想实验”只是一种逻辑推理的思维过程，它的作用只限于逻辑上的证明与反驳，而不能用来作为检验认识正确与否的标准。
5．(1)偏大 (2)25m
【解析】
【分析】
根据自由落体中位移与时间的关系直接求解即可．
【详解】
(1) 根据自由落体中位移与时间的关系：
可知，时间t变大，估算高度值偏大；
(2)小石头3s内下落的高度：
代入数据得：
小石头在前2s内下落的高度：
代入数据得：
则小石头在最后1s内下落的高度：
【点睛】
自由落体中位移与时间的关系的基本应用．
6．（2）、（4）正确
【解析】
【详解】
（1）物体下落过程中做匀加速直线运动，根据：，可知下落距离与速度关系为，故（1）不正确．
（2）下落速度为：，将t=1s，t=2s，t=3s……代入得：
（3）根据位移时间关系： ……得，故（4）正确，（3）错误．
7．见解析
【解析】
【分析】
【详解】
伽利略对自由落体运动的研究，是科学实验和逻辑思维的完美结合。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，那么位移与时间的平方成正比；由于当时用滴水法计算，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”重力得作用效果，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，所用时间长的多，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做了合理外推．所以伽利略用来抽象思维、数学推导和科学实验相结合的方法。
伽利略对问题的研究比较全面，先是通过观察现象，提出假设，运用逻辑和数学推理得出推论，再通过实验对推论进行检验（这是其他物理家在研究同一问题上缺少的关键环节），并对假说进行修正和推广。
他最先研究了惯性运动和落体运动的规律，为牛顿第一定律和第二定律的研究铺平了道路，他倡导实验和理论计算相结合，用实验检验理论的推导.这种研究方法对以后的科学研究工作具有重大的指导意义。
牛顿是物理学史上最伟大的科学家之一，他除在自然科学的许多学科都做出了划时代的贡献之外，还继承和发展了伽利略所开创的近代科学研究方法。正是这些方法使得牛顿的科学理论十分富有成效，“直到19世纪末，它一直是理论物理学领域中每一个工作者的纲领。”他的研究方法，指导了以后几代物理学家的研究工作。一、实验方法与抽象方法
实验方法是科学研究的基本方法。它既是获得经验知识，为科学理论的建立提供原始资料的途径和方法，同时也是检验科学理论和假说的重要途径和手段，牛顿对于实验十分重视。在他的著作中反复强调了实验和观察的重要性，他坚持认为自然哲学家要把他的概括建立在对现象的仔细考察的基础上。他指出：“虽然用归纳法来从实验和观察中进行论证不能算是普遍的结论，但它是事物的本性所许可的最好论证方法。“牛顿还进一步指出：“我所以相信我提出的理论是对的，不是由于它来自这样一种推论，因为它不能别样而只能这样，也就是说，不仅仅由于驳倒了与它们相反的假设，而是因为它是从得出肯定而直接的结论的一些实验中推导出来的。所以考察它的方法，就在于考虑我所提出的实验是否确定了这个理论中应用了这些实验的那些部分，或者是去进行理论自身的验证而提出其他实验。”可见牛顿是相当重视科学实验的，他把它作为科学研究的最基本方法之一。
牛顿的科学研究是以实验为基础的。他历来十分注意科学观察和实验。他曾制造过风筝、日规和漏壶，还研磨过棱镜。他还设计了许多精巧的实验装置和仪器。例如他设计和制造了第一个反射望远镜。他做过许多出色的科学实验，如色散实验和干涉实验等。他的一些重大成果是与实验密切相关的。牛顿进行的科学实验有不少是研究探索性的，但更多的是验证性实验。除了他个人的实验和观察外，他十分注意从前人和其他科学家的实验和观察来获得大量的经验和证据。这样就使他的理论是建立在更加广泛的实验的基础之上的。
牛顿建立力学理论，提出一般原理时，仅仅应用实验法是不够的。用实验方法还不能使牛顿提出力学三大定律。他还应用了抽象方法，例如第一定律指出：“每个物体继续保持其静止或沿一直线运动的状态，除非有力加于其上迫使改变这种状态。”这里所描述的是物体不受外力作用下的状态。一般来说，观察一个物体的运动要有一个观察者或某种观察记录仪器，但是任何物体之间都是存在着引力作用的。一个被观察的物体是不可能不受外力的作用。其实惯性定律是通过对物体运动做出的抽象而建立的。科学抽象也是牛顿进行科学研究的一种基本方法。在牛顿力学中有不少概念和原理的提出是与应用抽象方法分不开的。牛顿绝对空间、绝对时间的概念也是抽象的结果。牛顿引力理论的建立同样离不开抽象方法的运用。引力定律是在开普勒定律基础上进行高层抽象的结果。作为低层抽象的开普勒定律是描述性的经验定律，而作为高层抽象的万有引力定律是解释性的原理。
理想化是科学抽象的一种形式。理想化方法是用理想的客体代替实在的客体进行科学研究的一种重要方法。运用这一方法能够大大的简化研究对象，有利于逻辑推理和发现事物的规律。牛顿在力学研究中运用了这种方法。实际上惯性定律的提出就应用了这一方法，它是在考察假想、纯化形态下物体的运动规律时得到的。引力定律实际上也是一个“理想模型”。在引力问题的研究中，牛顿实际上已运用了“质点”这一理想化的概念。虽然牛顿在他的著作中没有强调抽象方法。但他在科学研究中却多次应用了这种方法，他对许多问题的归纳概括也包含着大量的科学抽象。抽象方法的应用补充了牛顿实验研究的不足。
8．见详解
【解析】
【分析】
【详解】
伽利略研究落体运动的全过程的主要研究步骤：
1.研究落体运动的性质（提出问题）
2.下落物体的速度是随时间均匀增加的（猜想）
3.（数学推理）
4.斜面实验（实验验证）
5.斜面倾角时同样成立（合理外推）
6.落体运动的规律（得出结论）
9．（1）会，计算见解析；（2）2.7m/s2；（3）2.5m/s2
【解析】
【分析】
【详解】
（1）花盆从47m高处落下，到达离地高2m的车顶过程，位移为
h（472）m45m
根据自由落体运动位移—时间公式，有
得
3s内汽车位移为
则货车会被花盆砸到
（2）货车匀减速的距离为
制动过程中于是制动最小加速度
解得：a02.7m/s2
（3）司机反应时间内货车的位移为
此时车头离花盆的水平距离为
dL2x115m
采取加速方式，要成功避险，则有
代入相关数据解得：a=2.5m/s2，即货车至少以2.5m/s2的加速度加速才能避免被花盆砸到
10．这个故事并不真实发生
【解析】
【详解】
这个故事并不真实发生，理由如下：
理由1：以当时的科技水平无法观测到两个铁球同时落地；
理由2：伽利略的研究资料并没有记载这一“轰动全球”的物理实验；
理由3：自由落体运动是一种理想化的模型，实际运动会因为空气阻力的存在而导致不一定同时落地。
11．H=36.45m
【解析】
【详解】
设楼高为H，上端小球从楼顶自由下落到地的时间为t，则下端小球落地时间为t-△t，
由自由落体规律可得：
解得：
【点睛】
本题关键因素是弄清楚两个球的运动性质；其次是要确定好各自的位移．
答案第1页，共2页
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