上海市甘泉高中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 学业测评（含解析）

2.1伽利略对落体运动的研究
1．如图为伽利略研究自由落体运动规律时设计的斜面实验．他让铜球在阻力很小的斜面上从静止滚下，利用滴水计时记录铜球运动的时间．关于伽利略的“斜面实验”，下列说法正确的是(　　)
A．在倾角较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
B．伽利略通过对自由落体运动的研究，进行合理外推得出铜球在斜面做匀变速运动
C．若斜面倾角一定，不同质量的铜球在斜面上运动时速度变化的快慢不同
D．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
2．伽利略对自由落体运动的硏究，不仅确立了许多用于描述运动的基本概念，而且创造了一套对近代科学的发展极为有益的科学方法，伽利略对自由落体运动的研究包含了以下几个环节，其中排序最合理的是（　　）
①运用数学推理；②合理外推，得出结论；③对现象的一般观察；④提出猜想；⑤通过实验对推理进行验证；⑥最后把结论推广应用
A．④②③①⑤⑥ B．③④①⑤②⑥ C．③④①②④⑤ D．④③①②⑤⑥
3．下列说法正确的是
A．最早将实验和逻辑推理（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牛顿
B．避雷针是利用了导体尖端的电荷密度很小，附近场强很弱，才把空气中的电荷导入大地
C．伽利略首先建立了描述运动所需的概念，如：瞬时速度、加速度等概念
D．安培首先发现了电流会产生磁场，并且总结出安培定则
4．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
5．伽利略利用“斜面实验”研究自由落体运动的规律，其实验思想是（ ）
A．小球沿斜面运动时加速度较小，速度的测量比较容易
B．小球沿斜面运动时速度较小，位移的测量比较容易
C．测量小球沿斜面运动时位移与时间平方的比值，合理外推到
D．测量小球沿斜面运动时速度平方与位移的比值，合理外推到
6．物理学是一门以实验为基础的学科，许多物理定律就是在大量实验的基础上归纳总结出来的，有关下面四个实验装置，描述正确的是（ ）
A．牛顿利用装置（1）测量出了引力常量
B．安培利用装置（2）总结出了电荷间的相互作用规律
C．奥斯特利用装置（3）发现了电流的磁效应
D．亚里士多德利用装置（4）总结出了自由落体运动规律
7．伽利略在研究运动的过程中，创造了一套科学方法，给出了科学研究过程的基本要素，这些要素包含以下几点，如下框图所示：
其中与方框4相对应的是（ ）
A．提出猜想 B．交流与合作 C．实验检验 D．合理外推
8．某科学家在物理学研究中把实验和逻辑推理(包括数学推演)和谐地结合起来，有力地推进了人类科学认识的发展，标志着物理学的真正开端，他是 （ ）
A．伽利略 B．开普勒 C．牛顿 D．爱因斯坦
9．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（ ）
A．实验时便于测量小球运动的速度和路程
B．实验时便于测量小球运动的时间
C．实验时便于测量小球运动的路程
D．斜面实验可以通过观察与计算直接得到落体的运动规律
请阅读下述文字：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。利用逻辑推理说明了重物与轻物下落的同样快后，伽利略没有就此止步，而是进一步通过实验研究了自由落体运动的规律。他从这个信念出发，猜想落体一定是一种最简单的变速运动。而最简单的变速运动。它的速度应该是均匀变化的。但是，速度的变化怎样才算“均匀”呢？他考虑了两种可能：
其中一种是速度的变化对时间来说是均匀的，即v与t成正比，例如每过1s，速度的变化量都是2m/s，但是，物体下落地很快，而当时只能靠滴水计时，这样的计时工具还是不能测量自由落体运动所用的时间。
伽利略采用了另一种巧妙的方法，用来“冲淡”重力。他让铜球沿阻力很小的斜面滚下（如图所示），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很多，所用时间长的多，所以容易测量。伽利略做了上百次实验，结果表明，小球沿斜面滚下的运动的确是匀加速直线运动，换用不同的小球，从不同高度开始滚动，只要斜面的倾角一定，小球的加速度都是相同的。
伽利略将上述结果做了合理的外推：当斜面倾角很大时，小球的运动不是跟落体运动差不多了吗？如果斜面的倾角增大到90°，这时小球的运动是自由落体运动。这时小球仍然会保持匀加速运动的性质，而且所有物体下落时的加速度都是一样的。完成下题。
10．如果v与t成正比，关于物体的运动以下说法正确的是（　　）
A．加速度逐渐变大 B．相等时间内速度的变化相同
C．相等时间内位移相同 D．位移与时间成正比
11．依据以上资料可以得出（　　）
A．伽利略直接测出了自由落体运动加速度
B．“冲淡”重力使得铜球重力变小
C．测量时间时滴水尽量要均匀
D．让铜球从同一斜面不同位置沿斜面滚下到达斜面底端速度相同
12．关于伽利略对自由落体运动的研究，下列说法符合历史事实的是（ ）
A．伽利略认为在同一地点，重的物体和轻的物体下落快慢不同
B．伽利略让铜球从斜面滚下，测出了其运动速度与下落时间成正比
C．伽利略通过实验直接证实了自由落体运动是初速为零的匀加速直线运动
D．伽利略通过实验发现了路程与时间平方成正比的规律，建立了匀加速运动的概念
13．关于伽利略对自由落体运动的研究，下列说法中正确的是（　　）
A．伽利略认为，在同一地点，重的物体总比轻的物体下落得快
B．伽利略猜想运动速度与下落时间成正比，并直接用实验进行了验证
C．伽利略思想方法的核心是把实验和逻辑推理和谐地结合起来
D．伽利略通过数学推演并用小球在斜面上验证了位移与时间成正比
14．伽利略对由落体运动的研究，是科学实验和逻辑思维的完美结合，对这过程的分析，下列说法正确的是（　　）
A．运用逻辑推理的方法否定了亚里士多德关于重的物体下落的快，轻的物体下落的慢的论断
B．提出了落体运动一定是一种最简单的变速运动，即加速度随时间应是均匀变化的
C．通过对斜面上小球运动的研究，得出小球沿斜面滚下的运动是匀加速直线运动，合理外推出当倾角增大到90°时，即自由落体运动也保持匀加速运动的性质
D．伽利略首先建立了平均速度、瞬时速度、加速度等概念用来描述物体的运动并采用了用实验检验猜想和假设的科学方法
15．伽利略研究落体运动的“斜面实验”被评为两千年来十大最美物理实验之一。关于伽利略对落体运动的研究，下列说法正确的是（　　）
A．伽利略认为日常生活中常会见到，较重的物体下落的比较快，是因为空气阻力对不同物体的影响不同
B．伽利略科学思想方法的核心是把实验和逻辑推理（包括数学演算）和谐地结合起来
C．伽利略是通过实验直接验证了自由落体运动是匀加速直线运动
D．伽利略从亚里士多德的论断出发，通过逻辑的推理，肯定了亚里士多德的论断
16．伽利略在研究自由落体运动时，为了“冲淡重力加速度”，他先将小球置于一个可看成光滑的斜面上，如图甲所示，然后将斜面的倾斜角逐渐变大，最后过渡到自由落体运动?如果在某次实验研究中：他在光滑的斜面上任取三个位置A、B、C?让小球分别由A、B、C滚下，如图乙所示，让A、B、C与斜面底端的距离分别为、、，小球由A、B、C运动到斜面底端的时间分别为、、，小球由A、B、C运动到斜面底端时的速度分别为、、，则下列关系式正确的是（ ）
A． B．
C． D．
参考答案
1．A
【解析】
A、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A正确；
B、伽利略在研究物体变速运动规律时，做了著名的“斜面实验”，他测量了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，于是他对大倾角情况进行了合理的外推，由此得出的结论是自由落体运动是一种匀变速直线运动，故B错误；
C、小球沿斜面下滑，做匀加速直线运动，由可知，加速度，所以斜面倾角一定，加速度与质量无关，质量不同的小球加速度都相等，运动规律相同，由静止从顶端滚到底端的时间相同，故C错误；
D、若斜面倾角一定，加速度一定，铜球沿斜面运动的位移与所用时间平方成正比，故D错误；
故选A．
【点睛】伽利略研究自由落体运动的实验和推理方法．
2．B
【解析】
根据物理规律探究的一般过程：发现问题、提出疑问、科学猜想、实验探究、得出结论，理论推广，可以判定伽利略对自由落体运动的研究为③对现象的一般观察；④提出猜想；①运用数学推理；⑤通过实验对推理进行验证；②合理外推，得出结论；⑥最后把结论推广应用。
故B正确，ACD错误。
故选B。
3．C
【解析】
最早将实验和逻辑推理（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，选项A错误；避雷针是利用了导体尖端的电荷密度很大，附近场强很强，从而把空气中的电荷导入大地．故B错误．伽利略首先建立了描述运动所需的概念，如：瞬时速度、加速度等概念,选项C正确；奥斯特首先发现了电流会产生磁场，安培总结出安培定则，选项D错误；故选C.
4．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.
5．C
【解析】
AB、小球沿斜面运动时加速度较小，同一位移，所用时间较长，时间测量较容易，故AB错误；
CD、“斜面实验”研究自由落体运动的规律，其实验思想通过测量斜面上物体运动的情况，然后进行合理的外推，从而得出自由落体是匀变速直线运动，因而需要测量位移与时间平方的比值情况，合理外推到90°，故C正确，D错误。
故选C。
6．C
【解析】
试题分析：牛顿发现万有引力定律之后，卡文迪许利用扭秤装置测定了引力常量的数值，故A错误；库仑通过扭秤实验总结出电荷间相互作用的规律，故B错误；奥斯特发现了电流的磁效应，法拉第总结出了电磁感应定律，故C正确；伽利略通过逻辑推理和数学知识研究了铜球在斜面滚动的实验，得出了自由落体运动是匀变速直线运动这一规律，故D错误．
考点：物理学史
【名师点睛】对于物理学家所作的科学贡献，要加强记忆，这是常识性问题，考试时是基础题，容易得分．
7．C
【解析】
这是依据思维程序排序的问题，这一套科学研究方法，要符合逻辑顺序，即通过观察现象，提出假设，根据假设进行逻辑推理，然后对自己的逻辑推理进行实验检验，紧接着要对实验结论进行修正推广，故C正确．
8．A
【解析】
【详解】
科学家伽利略在物理学研究中把实验和逻辑推理(包括数学推演)和谐地结合起来，有力地推进了人类科学认识的发展，标志着物理学的真正开端；
A．伽利略，与结论相符，选项A正确；
B．开普勒，与结论不相符，选项B错误；
C．牛顿，与结论不相符，选项C错误；
D．爱因斯坦，与结论不相符，选项D错误；
故选A.
9．B
【解析】
【详解】
自由落体速度很快下落时间较短不便于测量，如果将落体实验转化为著名的“斜面实验”，可以缓冲重力加速度，便于测量小球运动时间，选B
10．B
11．C
【解析】
10．A．如果v与t成正比，则物体的加速度不变，选项A错误；
B．当物体加速度不变时，由?v=a?t可知，相等时间内速度的变化相同，选项B正确；
C．根据可知，加速度不变，在相等时间内位移不相同，选项C错误；
D．根据可知，位移与时间平方成正比，选项D错误。
故选B。
11．A．伽利略通过逻辑推理间接测出了自由落体运动加速度，选项A错误；
B．“冲淡”重力是使得小球在斜面上的运动时间变长，并不是使得铜球重力变小，选项B错误；
C．测量时间时滴水尽量要均匀，使得时间间隔一定，选项C正确；
D．让铜球从同一斜面不同位置沿斜面滚下，因高度不同，则到达斜面底端速度不相同，选项D错误。
故选C。
12．D
【解析】
【详解】
A．亚里士多德认为在同一地点重的物体和轻的物体下落快慢不同，伽利略认为同一地点轻重物体的下落是相同的，故A错误；
B．伽利略让铜球从斜面滚下，猜想运动速度与下落时间成正比，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，故B错误；
C．伽利略根据光滑斜面上铜球下滑的运动规律，外推得出了自由落体运动是初速度为零的匀加速直线运动，并不是用实验直接证实得到这个结论的，故C错误；
D．伽利略从对落体运动和斜面运动的一般观察开始，通过实验发现了路程与时间平方成正比的规律，从而建立了匀加速运动的概念，故D正确。
故选D。
13．C
【解析】
【详解】
A．伽利略认为，在同一地点，重的物体和轻的物体应该下落得同样快，故A错误；
B． 伽利略猜想自由落体的运动速度与下落时间成正比，并未直接进行验证，而是在斜面实验的基础上进行合理外推得到的，故B错误；
C． 伽利略思想方法的核心是把实验和逻辑推理和谐地结合起来，故C正确；
D． 伽利略通过数学推演并用小球在斜面上验证了位移与时间的平方成正比，故D错误。
故选：C。
14．ACD
【解析】
【分析】
【详解】
A．伽利略根据亚里士多德的论断，假定大的石块下落速度为8，小石块下落速度为4，把它们捆在一起，大石块会被小石块拖着而减慢，所以速度会小于8；但两石块捆在一起会更重，下落速度应当大于8，这样得出了相互矛盾的结论，伽利略认为重物体与轻的物体下落一样快；所以运用逻辑推理否定了亚里士多德关于重的物体下落快、轻的物体下落慢的错误论断，故A正确；
B．伽利略提出“自由落体”是一种最简单的直线运动——匀加速直线运动，物体的加速度不变的，故B错误；
C．伽利略在研究物体在无阻力的下落运动（即自由落体运动）时，发现不同质量的铜球沿阻力极小的斜面滚下，结果发现铜球的下滑加速度都是相同的；不断增大斜面倾角，结果发现只是铜球的下滑加速度增大了，而所有铜球的下滑加速度仍是相同的；所以通过斜面上物体的匀加速运动合理外推出当倾角增大到90°时，即自由落体运动也保持匀加速运动的性质，故C正确；
D．伽利略首先建立了平均速度、瞬时速度、加速度等概念用来描述物体的运动并采用了用实验检验猜想和假设的科学方法，故D正确。
故选ACD。
15．AB
【解析】
【分析】
【详解】
A．伽利略认为日常生活中常会见到，较重的物体下落的比较快，是因为空气阻力对不同物体的影响不同，如果没有空气的阻力，较重的物体下落应该一样快，故A正确；
B．伽利略科学思想方法的核心是把“斜面实验”和逻辑推理（包括数学演算）和谐地结合起来，从而有力地推进了人类科学认识的发展，故B正确；
C．伽利略是通过“斜面实验”，将斜面实验的结果合理“外推”，说明自由落体运动是特殊的匀变速直线运动，故C错误；
D．伽利略从亚里士多德的论断出发，通过逻辑的推理，否定了亚里士多德的论断，故D错误。
故选AB。
16．BC
【解析】
【分析】
【详解】
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．由运动学公式可知，，得
三次下落中位移与时间平方的比值为定值，故B正确；
C．由可得
又三次下落中的加速度相同，故C正确；
D．由可知
则
故D错误。
故选BC。