2.1 伽利略对落体运动的研究-2024-2025学年上海市高一物理必修一（沪科版2020）同步讲义

第一节 伽利略对落体运动的研究 课时聚焦 一、伽利略对落体运动的研究 1．质疑：对____________提出的落体规律（越重的物体下落得越快）的怀疑。 2．猜想：物体下落的快慢与它的轻重________（有/无）关。 3．影响物体下落快慢的因素：_______________。 4．自由落体运动：物体只在________作用下从________开始下落的运动。自由落体运动也是一个描述物体下落过程的理想化物理___________。 5．数学推理：如果物体的初速度为零，且速度 v 随时间 t 成___________（即 v =kt 或 v∝t），则物体通过的距离 x 与时间 t 的________成正比（即 = 常数或 x∝t2）。 6．实验验证：由于当时测量极短时间非常困难，伽利略采用了间接验证，将落体运动转化为小球沿_______的运动。 甲 乙 丙 丁 7．合理外推：当斜面倾角趋近于 90° 时，小球的运动接近自由落体运动，也遵循 x∝t2 的规律，证明了自由落体运动是从静止开始的、速度随时间______________的变速直线运动。（外推法是物理学研究中常用的一种科学方法）。 二、伽利略的科学研究方法 伽利略开创了一套对近代科学发展十分有用的科学研究方法，可以概括为 观察现象 提出问题 猜想假设 实验研究和逻辑推理 （包括数学推演） 得出结论 修正或 推广假设 其核心是包括数学推演在内的_________与___________的有机结合。 典型例题 【例 1】 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，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（ ） 甲 乙 丙 丁 A．伽利略认为自由落体运动的速度是均匀变化的，这是他用实验直接进行验证的 B．其中丁图是实验现象，甲图是经过合理外推得到的结论 C．运用甲图实验，可“冲淡”重力的作用，更方便进行实验测量 D．运用丁图实验，可“放大”重力的作用，从而使实验现象更明显 【例 2】 亚里士多德认为“重的物体比轻的物体坠落得快”。对此伽利略做了如下推理： a．根据这一论断，一块较重的石头比一块较轻的石头下落速度大。 b．假定一块较重的石头下落速度为 8 个单位，一块较轻的石头下落速度为 4 个单位。 c．…… d．由此从“重物比轻物落得快”的论断推出了相互矛盾的结果。 将伽利略的推理 c 补充完整：______________________________________________。 同步精练 一、选择题 1． 下列运动可看作自由落体运动的是（ ） A．从树上随风飘下的树叶 B．跳伞运动员下落的运动 C．阳台上掉下的花盆 D．从水面自由落到水底的石子的运动 2． 一块小石头与一片羽毛同时从同一高度自由下落。如果不考虑空气阻力的影响，下列推断正确的是（ ） A．石头比羽毛先落地 B．羽毛下落的加速度比石头下落的加速度小。 C．羽毛和石头下落的快慢始终相同 D．羽毛下落的时间比石头下落的时间长。 3． 有人认为，亚里士多德的观点“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 4． 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 5． （多选）下列关于伽利略对落体运动研究的说法正确的有（ ） A．伽利略认为物体下落的快慢与轻重无关 B．伽利略猜想落体运动的速度与下落时间成正比 C．伽利略通过落体运动的实验证明自由落体运动的速度随时间均匀变化 D．伽利略通过测量小球沿斜面运动的位移和时间，发现小球的速度随时间均匀变化 6． 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，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 90° 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 7． 关于伽利略对自由落体运动的研究，下列说法正确的是（ ） 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．伽利略通过数学推演并用小球在斜面上运动验证了位移与时间的平方成正比 D．伽利略用小球在斜面上运动验证了运动速度与位移成正比 8． 据物理学史记载，伽利略为验证“重的物体与轻的物体应该下落得同样快”的结论，开创性地设计了铜球沿斜面滚下的实验。实验数据和理论分析表明了铜球沿斜面滚下的运动是匀加速直线运动。最后，伽利略将实验结果做了合理的外推，所谓“外推”是指（ ） A．铜球沿斜面运动速度的变化相对时间来说是均匀的 B．不断增大斜面倾角，铜球的加速度随倾角的增大而变大 C．若斜面倾角一定，让不同质量的铜球从不同的高度开始滚动，则铜球的加速度也相同 D．若斜面倾角增大到 90°，铜球仍会做匀加速运动，且所有铜球下落的加速度应相同 9． 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： 观察现象 提出假设 逻辑推理 修正推广 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 10． 在真空中，将羽毛和苹果同时从同一高度由静止释放，并拍下频闪照片，下列频闪照片符合事实的是（ ） （A） （B） （C） （D） 11． 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，并且做了上百次。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，让小球分别由 A、B、C 滚下，如图。设 A、B、C 与斜面底端的距离分别为 x1、x2、x3，小球由 A、B、C 运动到斜面底端的时间分别为 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，则下列关系式中确，并且是伽利略用来证明小球沿光滑斜面向下的运动是匀变速直线运动的是（ ）x1 x2 x3 A B C A．= = B．= = C．x1 – x2 = x2 − x3 D．= = 12． 【多选】小明同学摇动苹果树，一个苹果和一片树叶从同一高度同时从静止直接落向地面，苹果先着地，下列说法正确的是（ ） A．苹果和树叶做的都是自由落体运动 B．苹果和树叶的运动都不能看成自由落体运动 C．假如地球上没有空气，则苹果和树叶会同时落地 D．苹果的运动可看成自由落体运动，树叶的运动不能看成自由落体运动 13． 【多选】伽利略认为自由落体运动应该是最简单的变速运动，即它的速度是均匀变化的，速度的均匀变化意味着（ ） A．速度与时间成正比 B．速度与位移成正比 C．速度与时间的二次方成正比 D．位移与时间的二次方成正比 14． 【多选】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，较重的物体下落得比较快，是因为空气阻力对不同物体的影响不同 B．伽利略的科学思想方法的核心是把实验和逻辑推理（包括数学推演）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变速直线运动 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 二、填空题 15． 自由落体运动是物体只在______作用下，从________开始下落的运动。 16． 伽利略在研究自由落体运动的过程中，创造了一套对近代科学发展极为有益的科学方法，可以概括为：观察现象→________→猜想假设→实验研究和___________（包括数学推演）→得出结论→修正或推广假设，其核心是包括数学推演在内的__________与_______________的有机结合。这一方法有力地推动了包括物理学在内的近代自然科学的的发展。伽利略被后人尊称为“_______________”。 17． 在历史上关于重物和轻物坠落哪个快的问题，亚里士多德和伽利略有不同的观点。如图的实验中，两端封闭的玻璃管称为“牛顿管”，将一枚硬币和一根羽毛放在牛顿管中，让它们同时下落，当玻璃管中充满空气时，发现_________下落得更快。将玻璃管抽成真空后重复实验，观察到的实验现象是________________________________。这个实验结论证明了___________（选填“亚里士多德”或”伽利略”）的观点是正确的。 18． 科学探究活动通常包括以下要素：提出问题，猜想与假设，制订计划与设计实验，进行实验与收集数据，分析与论证，评估，交流与合作等。伽利略对落体运动规律的探究过程如下： A．伽利略依靠逻辑的力量推翻了亚里士多德的观点； B．伽利略提出了“落体运动的速度 v 与时间 t 成正比”的观点； C．为“冲淡”重力，伽利略设计用斜面来研究小球在斜面上运动的情况； D．伽利略换用不同质量的小球，沿同一斜面从不同位置由静止释放，并记录相应数据； E．伽利略改变斜面的倾角，重复实验，记录相应数据； F．伽利略对实验数据进行分析； G．伽利略将斜面实验得到的结论推广到斜面的倾角增大到90°时。 （1）与上述过程中 B 步骤相应的科学探究要素是_______________； （2）与上述过程中 F 步骤相应的科学探究要素是_______________。 1 学科网（北京）股份有限公司 $$ 第一节 伽利略对落体运动的研究 课时聚焦 一、伽利略对落体运动的研究 1．质疑：对____________提出的落体规律（越重的物体下落得越快）的怀疑。 Comment by fj: 1．亚里士多德 2．无 3．空气阻力 4．重力，静止，模型 5．正比（v∝t 的写法书上没有，但以后会用到，可能学生数学没教过），二次方 6．斜面 7．均匀增加 2．猜想：物体下落的快慢与它的轻重________（有/无）关。 3．影响物体下落快慢的因素：_______________。 4．自由落体运动：物体只在________作用下从________开始下落的运动。自由落体运动也是一个描述物体下落过程的理想化物理___________。 5．数学推理：如果物体的初速度为零，且速度 v 随时间 t 成___________（即 v =kt 或 v∝t），则物体通过的距离 x 与时间 t 的________成正比（即 = 常数或 x∝t2）。 6．实验验证：由于当时测量极短时间非常困难，伽利略采用了间接验证，将落体运动转化为小球沿_______的运动。 甲 乙 丙 丁 7．合理外推：当斜面倾角趋近于 90° 时，小球的运动接近自由落体运动，也遵循 x∝t2 的规律，证明了自由落体运动是从静止开始的、速度随时间______________的变速直线运动。（外推法是物理学研究中常用的一种科学方法）。 二、伽利略的科学研究方法 伽利略开创了一套对近代科学发展十分有用的科学研究方法，可以概括为 观察现象 提出问题 猜想假设 实验研究和逻辑推理 （包括数学推演） 得出结论 修正或 推广假设 其核心是包括数学推演在内的_________与___________的有机结合。 Comment by fj: 逻辑推理，实验检验父 典型例题 【例 1】 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，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（ ） Comment by fj: C 甲 乙 丙 丁 A．伽利略认为自由落体运动的速度是均匀变化的，这是他用实验直接进行验证的 B．其中丁图是实验现象，甲图是经过合理外推得到的结论 C．运用甲图实验，可“冲淡”重力的作用，更方便进行实验测量 D．运用丁图实验，可“放大”重力的作用，从而使实验现象更明显 【例 2】 亚里士多德认为“重的物体比轻的物体坠落得快”。对此伽利略做了如下推理： a．根据这一论断，一块较重的石头比一块较轻的石头下落速度大。 Comment by fj: 两块石头捆在一起，总的重量比两块石头都大。根据推理a，整个系统下落的速度要比8个单位还大。但当把两块石头捆在一起时，根据推理b，下落比较快的石头会受下落比较慢的石头影响而减小速度，整个系统的下落速度应该小于8个单位。 书本有对应推理过程 b．假定一块较重的石头下落速度为 8 个单位，一块较轻的石头下落速度为 4 个单位。 c．…… d．由此从“重物比轻物落得快”的论断推出了相互矛盾的结果。 将伽利略的推理 c 补充完整：______________________________________________。 同步精练 一、选择题 1． 下列运动可看作自由落体运动的是（ ） Comment by fj: C 物理建模 A．从树上随风飘下的树叶 B．跳伞运动员下落的运动 C．阳台上掉下的花盆 D．从水面自由落到水底的石子的运动 2． 一块小石头与一片羽毛同时从同一高度自由下落。如果不考虑空气阻力的影响，下列推断正确的是（ ） A．石头比羽毛先落地 B．羽毛下落的加速度比石头下落的加速度小。 C．羽毛和石头下落的快慢始终相同 D．羽毛下落的时间比石头下落的时间长。 3． 有人认为，亚里士多德的观点“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（ ） Comment by fj: B A．①② B．②③ C．③④ D．②④ 4． 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（ ） Comment by fj: C A．阿基米德 B．牛顿 C．伽利略 D．亚里士多德 5． （多选）下列关于伽利略对落体运动研究的说法正确的有（ ） A．伽利略认为物体下落的快慢与轻重无关 B．伽利略猜想落体运动的速度与下落时间成正比 C．伽利略通过落体运动的实验证明自由落体运动的速度随时间均匀变化 D．伽利略通过测量小球沿斜面运动的位移和时间，发现小球的速度随时间均匀变化 6． 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，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 90° 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（ ） Comment by fj: C 书本油画 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 7． 关于伽利略对自由落体运动的研究，下列说法正确的是（ ） Comment by fj: C 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．伽利略通过数学推演并用小球在斜面上运动验证了位移与时间的平方成正比 D．伽利略用小球在斜面上运动验证了运动速度与位移成正比 8． 据物理学史记载，伽利略为验证“重的物体与轻的物体应该下落得同样快”的结论，开创性地设计了铜球沿斜面滚下的实验。实验数据和理论分析表明了铜球沿斜面滚下的运动是匀加速直线运动。最后，伽利略将实验结果做了合理的外推，所谓“外推”是指（ ） Comment by fj: D A．铜球沿斜面运动速度的变化相对时间来说是均匀的 B．不断增大斜面倾角，铜球的加速度随倾角的增大而变大 C．若斜面倾角一定，让不同质量的铜球从不同的高度开始滚动，则铜球的加速度也相同 D．若斜面倾角增大到 90°，铜球仍会做匀加速运动，且所有铜球下落的加速度应相同 9． 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： 观察现象 提出假设 逻辑推理 修正推广 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 10． 在真空中，将羽毛和苹果同时从同一高度由静止释放，并拍下频闪照片，下列频闪照片符合事实的是（ ） Comment by fj: C （A） （B） （C） （D） 11． 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，并且做了上百次。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，让小球分别由 A、B、C 滚下，如图。设 A、B、C 与斜面底端的距离分别为 x1、x2、x3，小球由 A、B、C 运动到斜面底端的时间分别为 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，则下列关系式中确，并且是伽利略用来证明小球沿光滑斜面向下的运动是匀变速直线运动的是（ ） Comment by fj: Dx1 x2 x3 A B C A．= = B．= = C．x1 – x2 = x2 − x3 D．= = 12． 【多选】小明同学摇动苹果树，一个苹果和一片树叶从同一高度同时从静止直接落向地面，苹果先着地，下列说法正确的是（ ） Comment by fj: CD A．苹果和树叶做的都是自由落体运动 B．苹果和树叶的运动都不能看成自由落体运动 C．假如地球上没有空气，则苹果和树叶会同时落地 D．苹果的运动可看成自由落体运动，树叶的运动不能看成自由落体运动 13． 【多选】伽利略认为自由落体运动应该是最简单的变速运动，即它的速度是均匀变化的，速度的均匀变化意味着（ ） Comment by fj: AD A．速度与时间成正比 B．速度与位移成正比 C．速度与时间的二次方成正比 D．位移与时间的二次方成正比 14． 【多选】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（ ） Comment by fj: AB A．伽利略认为日常生活中常会见到，较重的物体下落得比较快，是因为空气阻力对不同物体的影响不同 B．伽利略的科学思想方法的核心是把实验和逻辑推理（包括数学推演）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变速直线运动 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 二、填空题 15． 自由落体运动是物体只在______作用下，从________开始下落的运动。 Comment by fj: 重力，静止 2021沪科版练习册2.1.1 16． 伽利略在研究自由落体运动的过程中，创造了一套对近代科学发展极为有益的科学方法，可以概括为：观察现象→________→猜想假设→实验研究和___________（包括数学推演）→得出结论→修正或推广假设，其核心是包括数学推演在内的__________与_______________的有机结合。这一方法有力地推动了包括物理学在内的近代自然科学的的发展。伽利略被后人尊称为“_______________”。 Comment by fj: （1）提出问题，逻辑推理，逻辑推理，实验检验 （2）近代科学之父 17． 在历史上关于重物和轻物坠落哪个快的问题，亚里士多德和伽利略有不同的观点。如图的实验中，两端封闭的玻璃管称为“牛顿管”，将一枚硬币和一根羽毛放在牛顿管中，让它们同时下落，当玻璃管中充满空气时，发现_________下落得更快。将玻璃管抽成真空后重复实验，观察到的实验现象是________________________________。这个实验结论证明了___________（选填“亚里士多德”或”伽利略”）的观点是正确的。 Comment by fj: 硬币，硬币和羽毛同时下落，伽利略 18． 科学探究活动通常包括以下要素：提出问题，猜想与假设，制订计划与设计实验，进行实验与收集数据，分析与论证，评估，交流与合作等。伽利略对落体运动规律的探究过程如下： Comment by fj: （1）猜想与假设 （2）分析与论证 A．伽利略依靠逻辑的力量推翻了亚里士多德的观点； B．伽利略提出了“落体运动的速度 v 与时间 t 成正比”的观点； C．为“冲淡”重力，伽利略设计用斜面来研究小球在斜面上运动的情况； D．伽利略换用不同质量的小球，沿同一斜面从不同位置由静止释放，并记录相应数据； E．伽利略改变斜面的倾角，重复实验，记录相应数据； F．伽利略对实验数据进行分析； G．伽利略将斜面实验得到的结论推广到斜面的倾角增大到90°时。 （1）与上述过程中 B 步骤相应的科学探究要素是_______________； （2）与上述过程中 F 步骤相应的科学探究要素是_______________。 1 学科网（北京）股份有限公司 $$