上海市北虹高中2020—2021学年高中物理沪科版（2019）必修第一册：2.1伽利略对落体运动的研究 课时作业（含解析）

2.1伽利略对落体运动的研究
1．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”，利用斜面实验主要是考虑到实验时便于
A．测量小球运动的时间 B．测量小球运动的路程
C．测量小球运动的速度 D．直接得到落体的运动规律
2．伽利略在研究自由落体运动时，做了如下的实验，他让一个铜球从阻力很小（可忽略不计）的斜面上由静止开始滚下，并且反复做了很多次。假设某次实验伽利略是这样做的：在斜面上任取三个位置A、B、C，如图所示，A、B、C与斜面底端的距离分别为s1、s2、s3，小球由A、B、C运动到斜面底端时的时间分别为t1、t2、t3，小球由A、B、C运动到斜面底端时的速度分别为v1、v2、v3。则下列关系式中正确且是伽利略用来证明小球沿光滑斜面向下运动是匀变速运动的是（　　）
A．v1＝v2＝v3 B．
C． D．
3．将实验和逻辑推理（包括数学演算）和谐地结合起来，从而发展了人类的科学思维方式和科学研究方法的科学家是：
A．笛卡尔 B．牛顿 C．伽利略 D．亚里士多德
4．质疑“越重的物体下落得越快”这一观点，并解释落体运动规律的科学家是
A．亚里士多德 B．伽利略
C．牛顿 D．爱因斯坦
5．伽利略为了研究自由落体的规律，将落体实验转化为著名的“斜面实验”，从而创造了一种科学研究的方法．利用斜面实验主要是考虑到，实验时便于测量小球运动的（ ）
A．速度 B．时间 C．路程 D．加速度
6．下列叙述中不符合历史事实的是（　　）
A．古希腊哲学家亚里士多德认为物体越重，下落的越快
B．伽利略发现亚里士多德的观点有自相矛盾的地方
C．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
D．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
7．伽利略相信，自然界的规律时简单明了的。他从这个信念出发，猜想落体的速度应该是均匀变化的。为验证自己的猜想，他做了“斜面实验”，如图所示。发现铜球在斜面上运动的位移与时间的平方成正比。改变球的质量或增大斜面倾角，上述规律依然成立。于是，他外推到倾角为的情况，得出落体运动的规律。结合以上信息，判断下列说法正确的是
A．伽利略通过“斜面实验”来研究落体运动规律时为了便于测量速度
B．伽利略通过“斜面实验”来研究落体运动规律时为了便于测量加速度
C．由“斜面实验”的结论可知，铜球运动的速度随位移均匀增大
D．由“斜面实验”的结论可知，铜球运动的速度随时间均匀增大
8．伽利略对“自由落体运动”和“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、图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
9．伽利略相信，自然界的规律是简单明了的。他从这个信念出发，猜想落体的速度应该是均匀变化的。为验证自己的猜想，他做了“斜面实验”，如图所示，发现铜球在斜面上运动的位移与时间的平方成正比。改变球的质量或增大斜面倾角，上述规律依然成立。于是，他外推到倾角为的情况，得出落体运动的规律。结合以上信息，判断下列说法正确的是（　　）
A．伽利略通过“斜面实验”来研究落体运动规律是为了便于测量速度
B．伽利略通过“斜面实验”来研究落体运动规律是为了便于测量加速度
C．本实验合理地运用了外推法，证明了自由落体运动是匀变速直线运动
D．由“斜面实验”的结论可知，铜球运动的速度随位移均匀增大
10．伽利略在研究自由落体运动时曾设想过，自由落体运动可能是另一种模型，即速度随下落高度均匀变化。现假设有一个小球做这样的运动，则下列描述该小球运动的v-t图象可能正确的是（　　）
A． B．
C． D．
11．历史上首先正确认识自由落体运动规律，推翻“重的物体比轻的物体下落得快”的物理学家是（　　）
A．阿基米德 B．牛顿 C．伽利略 D．亚里士多德
12．有人认为，亚里士多德的命题“重的物体下落快，轻的物体下落慢”错误的根源在于他：①不注意观察自然现象；②对此没有做深刻的逻辑推理；③对此没有进行科学实验；④对此没有进行归纳和总结。你认为上述评论正确的是（　　）
A．①② B．②③ C．③④ D．②④
13．伽利略在著名的斜面实验中，让小球分别沿倾角不同、阻力很小的斜面从静止开始滚下，他通过实验观察和逻辑推理，得到的正确结论有（ ）
A．倾角一定时，小球在斜面上的位移与时间成正比
B．倾角一定时，小球在斜面上的速度与时间成正比
C．斜面长度一定时，小球从顶端滚到底端时的速度与倾角无关
D．斜面长度一定时，小球从顶端滚到底端所需的时间与倾角无关
14．下列关于物理学史和物理研究方法的叙述中错误的是（　　）
A．在推导匀变速直线运动位移公式时，把整个运动过程划分成很多小段，每一小段近似看作匀速直线运动，然后把各小段的位移相加，这里应用了微元法
B．当△t非常小时， 就可以表示物体在某时刻的瞬时速度，这里应用了极限法
C．伽利略借助实验研究和逻辑推理得出了自由落体运动规律
D．质点、光滑斜面是利用了等效替代法
15．下列有关物理学史的说法中正确的是（　　）
A．开普勒利用万有引力定律测出了地球的质量
B．贝克勒尔发现天然放射现象，说明原子核也有复杂的内部结构
C．伽利略通过实验和逻辑推理说明了力是维持物体运动的原因
D．玻尔在1900年把能量子引入物理学，破除了“能量连续变化”的传统观念
参考答案
1．A
【解析】
【详解】
伽利略最初假设自由落体运动的速度是随着时间均匀增大，但是他所在的那个时代还无法直接测定物体的瞬时速度，所以不能直接得到速度随时间的变化规律；伽利略通过数学运算得到结论：如果物体的初速度为零，而且速度随时间的变化是均匀的，那么它通过的位移与所用的时间的二次方成正比，这样，只要测出物体通过通过不同位移所用的时间，就可以检验这个物体的速度是否随时间均匀变化。但是物体下落很快，当时只能靠滴水计时，这样的计时工具还不能测量自由落体运动所用的较短的时间；伽利略采用了一个巧妙的方法，用来“冲淡”重力。他让铜球沿阻力很小的斜面滚下，二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，所以时间长，所以容易测量；
A.与分析相符，故A正确；
B.与分析不符，故B错误；
C.与分析不符，故C错误；
D.与分析不符，故D错误。
2．D
【解析】
A．小球在斜面上三次运动的位移不同，末速度一定不同，故A错误；
B．由v=at可得，三次下落中的加速度相同，故表达式正确，但不是当是伽利略用来证用匀变速直线运动的结论，故B错误；
CD．由运动学公式可知，故三次下落中位移与时间平方向的比值一定为定值，伽利略正是用这一规律说明小球沿光滑斜面下滑为匀变速直线运动，故C错误，D正确。
故选D。
3．C
【解析】
【详解】
将实验和逻辑推理（包括数学演算）和谐地结合起来，从而发展了人类的科学思维方式和科学研究方法的科学家是伽利略，故选项B正确，选项ACD错误．
【点睛】
本题考查物理学史，是常识性问题，对于物理学上重大发现、发明、著名理论要加强记忆，这也是考试内容之一．
4．B
【解析】
【详解】
伽利略是最早对对亚里士多德“物体越重下落得越快”的观点提出质疑，并对落体运动进行系统研究并得出正确结论的科学家。
A.亚里士多德，与分析不符，故A项错误；
B.伽利略，与分析相符，故B项正确；
C.牛顿，与分析不符，故C项错误；
D.爱因斯坦，与分析不符，故D项错误。
5．B
【解析】
【详解】
伽利略最初假设自由落体运动的速度是随着时间均匀增大，但是他所在的那个时代还无法直接测定物体的瞬时速度，所以不能直接得到速度随时间的变化规律。伽利略通过数学运算得到结论：如果物体的初速度为零，而且速度随时间的变化是均匀的，那么它通过的位移与所用的时间的二次方成正比，这样，只要测出物体通过不同位移所用的时间，就可以检验这个物体的速度是否随时间均匀变化。但是物体下落很快，当时只能靠滴水计时，这样的计时工具还不能测量自由落体运动所用的较短的时间。伽利略采用了一个巧妙的方法，用来“冲淡”重力。他让铜球沿阻力很小的斜面滚下，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，所以时间长，所以容易测量。
A. 速度与分析不符，故A错误。
B. 时间与分析相符，故B正确。
C. 路程与分析不符，故C错误。
D. 加速度与分析不符，故D错误。
6．D
【解析】
【详解】
A．古希腊哲学家亚里士多德认为物体越重，下落的越快，符合历史事实，A正确；
BC．伽利略认为在同一地点，如果没有空气阻力，重物与轻物应该下落的同样快，通过逻辑推理发现亚里士多德的观点有自相矛盾的地方，符合历史事实，BC正确；
D．伽利略猜想自由落体运动是初速度为零的匀加速直线运动，并未直接进行验证，而是在斜面实验的基础上的理想化推理，D错误。
故选D。
7．D
【解析】
【详解】
AB．自由落体运动下落很快，不易计时，伽利略让小球沿阻力很小的斜面滚下，延长了小球的运动时间，“冲淡”了重力的作用，故AB错误；
CD．由“斜面实验”可知，铜球在斜面上运动的位移与时间的平方成正比，由公式可知，铜球运动的速度随时间均匀增大，故C错误，D正确。
故选D。
8．B
【解析】
【详解】
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，故A错误，B正确；
C.实际中没有摩擦力的斜面并不存在，故该实验无法实际完成，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，故D错误。
9．C
【解析】
【分析】
【详解】
AB．物体做自由落体运动的时间很短，不易测量，当时伽利略利用斜面做实验，主要是考虑到实验时便于测量小球运动的时间，在当时的情况下，还没有出现加速度的概念，伽利略在实验中没有测量加速度，故AB错误；
CD．铜球在较小倾角斜面上的运动情况，发现铜球做的是匀变速直线运动，且铜球加速度随斜面倾角的增大而增大，倾角最大的情况就是90°时，这时铜球做自由落体运动，由此得出的结论是在斜面倾角一定时，铜球运动的速度随时间均匀增大，即自由落体运动是一种匀变速直线运动，故C正确，D错误。
故选C。
10．B
【解析】
【分析】
【详解】
根据假设：速度随下落高度均匀变化。那么 是定值，但是随着速度的增大，相同的速度增量，对应的所需时间变小，即相同时间的速度增量变大，故ACD错误，B正确。
故选B。
11．C
【解析】
【分析】
【详解】
伽利略用科学的推理论证重物体和轻物体下落得一样快，首先正确认识自由落体运动规律，推翻“重的物体比轻的物体下落得快”，故C正确，ABD错误。
故选C。
12．B
【解析】
【分析】
【详解】
“重的物体下落快，轻的物下落慢”，是根据平时生活中人们直观的一些现象进行的归纳和总结而推断得出的“结论”，④中说“对此没有进行归纳和总结”是错误的，故①④错误。②中说“对此没有做深刻的逻辑推理”，亚里士多德确实没有，是后来伽利略想到如果重的物体与轻的物体绑在一起，会得到两个相互矛盾的结果。亚里士多德得出该论断主要是因为没有考虑空气阻力的影响，③中说“对此没有进行科学实验”，科学的实验是将两个物体放在真空环境中进行实验，在当时实验条件较差，没有真空环境，故②③的说法是对的，故B正确，ACD错误。
故选B。
13．B
【解析】
倾角一定时，小球在斜面上的位移与时间的平方成正比，在斜面上的速度与时间成正比，故选项A错误，选项B正确，斜面长度一定时，小球从顶端滚到底端时的速度与倾角有关，从顶端滚到底端所需时间与倾角有关，故选项C、D错误.
14．D
【解析】
【分析】
【详解】
A．在推导匀变速直线运动位移公式时，把整个运动过程划分成很多小段，每一小段近似看作匀速直线运动，然后把各小段的位移相加，这里应用了微元法，选项A正确，不符合题意；
B．当△t非常小时，就可以表示物体在某时刻的瞬时速度，这里应用了极限法，选项B正确，不符合题意；
C．伽利略借助理想斜面实验研究和逻辑推理得出了自由落体运动规律，选项C正确，不符合题意；
D．质点、光滑斜面是利用了理想模型法，选项D错误，符合题意。
故选D。
15．B
【解析】
【分析】
【详解】
A．卡文迪许利用万有引力定律测出了地球的质量，A错误；
B．贝克勒尔发现天然放射现象，说明原子核也有复杂的内部结构，B正确；
C．伽利略通过实验和逻辑推理说明了力是改变物体运动的原因，C错误；
D．爱因斯坦在1900年把能量子引入物理学，破除了“能量连续变化”的传统观念，D错误。
故选B。