第一节 伽利略对落体运动的研究（导学案）物理沪科版2020必修第一册

该高中物理导学案聚焦伽利略对自由落体运动的研究，以“质疑亚里士多德观点—提出猜想—实验验证—合理外推”为主线，构建从生活现象到科学规律的认知路径，通过问题链设计实现知识的层层递进，为学生搭建理解自由落体本质的学习支架。 本资料突出科学思维与科学探究的核心素养，以伽利略的逻辑推理和斜面实验为载体，强化模型建构与科学论证能力，尤其在“合理外推”环节体现理想实验法的独特价值。习题设计紧扣核心概念，注重证据意识与批判性思维训练，如第7题通过图示分析引导学生区分实验现象与外推结论，提升物理建模与科学解释能力，是落实新课标理念的优质教学资源。

第1节 伽利略对落体运动的研究 导学案 1． 通过实验，认识自由落体运动规律。 2． 结合物理学史的相关内容，认识物理实验与科学推理在物理学研究中的作用。 1．通过实验研究自由落体运动，并能测定自由落体运动的加速度。（重点） 【知识回顾】 一、伽利略对落体运动的研究 1．质疑：对亚里士多德提出的落体规律（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无（有/无）关。 3．影响物体下落快慢的因素：空气阻力。 4．自由落体运动：物体只在重力作用下从静止开始下落的运动。自由落体运动也是一个描述物体下落过程的理想化模型。 5．数学推理：如果物体的初速度为零，且速度v随时间t成正比（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斜面的运动。 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、速度随时间均匀增加的变速直线运动。（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逻辑推理与实验实验检验的有机结合。 思考与讨论： 物体下落是生活中常见的现象。手中释放的物体、树上滴落的水滴都会在重力的作用下沿竖直方向下落，你注意过它们下落的快慢吗？图 2–2 伽利略 （G．Galilei，1564—1642） 直觉告诉我们，一块石头和一片羽毛同时从相同高度由静止开始下落，石头先落地，羽毛后落地。在公元前 4 世纪，古希腊思想家、哲学家亚里士多德（Aristotle，前 384—前 322）通过对上述类似现象的观察得出论断：越重的物体下落得越快。这个论断与人们的日常经验相吻合。在之后的近两千年时间里，该论断得到了人们的普遍认同。 1638 年，伽利略（图 2–2）在《两种新科学的对话》一书中对此提出了异议。 伽利略是如何质疑越重的物体下落得越快论断的？ 伽利略指出，根据亚里士多德越重的物体下落得越快的论断，大石头应该比小石头下落的速度大。假定大石头下落的速度为 8 个单位，小石头下落的速度为 4个单位，把这两 块石头捆在一起时，大石头会被小石头拖着而减慢速度，整个系统下落的速度应该小于 8 个单位；而两块石头捆在一起后总重量比大石头大，下落的速度应该大于 8 个单位。伽利略根据亚里士多德的论断推理出两个相互矛盾的结果。这说明亚里士多德的论断不能成立。伽利略认为只有一种可能：物体下落的快慢与它的轻重无关。图 2–3 羽毛与金属小球在玻璃管中下落 既然亚里士多德关于落体运动快慢的论断是错误的，但生活中我们常见到石块比羽毛下落更快的现象。这是什么原因呢？ 哪些因素会影响物体下落的快慢？ 把一片羽毛和一个金属小球放入一根透明的密封玻璃管中，如图 2–3 所示。将此管倒置，羽毛和小球同时开始下落，可以看到小球下落得更快。用注射器通过单向阀门逐次抽去管内的空气，管内的空气越少，两者下落的快慢越接近。由此可知，物体下落的快慢不同是由于受到空气阻力的影响。可以设想，如果没有空气阻力的影响，轻重不同的物体下落的快慢将完全相同，与物体的质量大小无关。 1971 年，在“阿波罗 15 号”登月后，航天员斯科特面对着电视镜头从相同高度同时释放了一片羽毛和一柄锤子，结果两者同时着地。这一实验现象证明，在没有空气阻力的条件下，物体下落的快慢与轻重无关。 伽利略如何研究自由落体运动的规律？ 伽利略运用逻辑推理反驳了亚里士多德的观点后并未就此止步。他认为科学家必须超过“单纯的思索”，必须通过实验来“聪明地提问”。 伽利略通过观察发现物体下落时运动得越来越快，提出：“当一块原来静止的石头从高处落下的速度连续增加时，为什么不应当相信速度以一种简单的、人们最容易理解的方式增加呢？”他猜想，落体运动的速度 v与时间 t 成正比，即 v = kt 式中的 k 是一个常量。 受到当时测量手段的限制，无法比较准确地测量物体下落的速度与时间。伽利略经过分析发现，如果物体的初速度为零，且速度随时间均匀变化，则物体通过的距离与时间的二次方成正比。可通过测量距离与时间的关系检验物体的速度是否随时间均匀变化。 为了解决计时的困难，伽利略将落体运动转化为小球沿斜面的运动，如图 2–4 所示。 小球沿斜面由静止起向下运动的过程中，下降相同的高度所用的时间比自由下落的时间长。这样，时间的测量就会变得比较容易。 图 2–4 伽利略在做铜球沿斜面运动的实验 伽利略利用斜面做了上百次实验后发现：在倾角相同的斜面上，小球由静止开始向下运动的距离 x 总是与所用时间 t 的二次方成正比，即可表示为 = = = … = C 式中的 C 为常量。 即使更换不同质量的小球，的值仍然不变。改变斜面的倾角，上式仍然成立，只是常量 C 的值相应改变；斜面的倾角越大，常量 C 的值也越大。 实验证实，小球在斜面上做的是从静止开始的、速度随时间均匀增加的运动。 小球在斜面上的运动毕竟不是自由落体运动。如何利用斜面实验的结果来说明自由落体运动的规律？伽利略根据实验做了推理，如图 2–5 所示，当斜面倾角趋近于 90° 时，小球的运动接近自由落体运动，此时 的值最大，且与质量 m 无关。根据这样的推理可得，自由落体运动是从静止开始的、速度随时间均匀增加的变速直线运动。 图 2 –5 斜面倾角越接近 90°，小球沿斜面的运动越接近自由落体运动 甲 乙 丙 丁 至此，伽利略不仅成功地纠正了亚里士多德关于落体运动的错误论断，还得到了对自由落体运动性质的科学认识，并为后来“瞬时速度”“加速度”等物理概念的建立奠定了基础。 伽利略能取得成功的关键在于他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逻辑推理与实验检验的有机结合。伽利略的这一方法，有力地推动了包括物理学在内的近代自然科学的发展。他也被后人尊称为“近代科学之父”。爱因斯坦（A．Einstein，1879—1955）在《物理学的进化》一书中评价：“伽利略的发现以及他所用的科学推理方法是人类思想史上最伟大的成就之一，标志着物理学的真正开端。” 1．在物理学的发展历程中，首先采用了假设和实验检验猜想的科学方法，把实验和逻辑推理和谐地结合起来，从而有力地推进了人类科学发展的是（　　） A．伽利略 B．亚里士多德 C．牛顿 D．爱因斯坦 【答案】A 【详解】伽利略在物理学研究中首次系统地将假设与实验检验结合，并通过逻辑推理分析现象。例如，他通过斜面实验研究自由落体运动，推翻了亚里士多德“物体下落速度与重量成正比”的错误观点。这种方法论革新为现代科学研究奠定了基础。其他选项中，亚里士多德依赖思辨而非实验，牛顿和爱因斯坦的贡献在伽利略之后。 故选A。 2．意大利科学家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，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（　　） A．力不是维持物体运动的原因 B．力是使物体产生加速度的原因 C．自由落体运动是一种匀变速直线运动 D．物体都具有保持原来运动状态的属性，即惯性 【答案】C 【详解】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，倾角最大的情况就是90°时，由此得出的结论是自由落体运动是一种匀变速直线运动。 故选C。 3．伽利略为了研究自由落体的规律，采用“冲淡”重力的方法，测量了铜球在较小倾角斜面上运动的位移和时间，发现位移与时间的平方成正比。增大斜面倾角，该规律仍然成立。于是，他外推到斜面倾角为时，该规律仍然成立。下列说法正确的是（    ） A．“冲淡”重力是指使铜球的重力变小了 B．伽利略让铜球沿着阻力较小的斜面滚下，直接测出了铜球速度，得到铜球速度随时间的变化规律 C．伽利略对倾角为时的实验情况进行了相关数据的测量，得出了自由落体运动为匀变速直线运动的结论 D．铜球位移与时间的平方成正比说明它做匀加速直线运动 【答案】D 【详解】A．“冲淡”重力是指使铜球的加速度变小了，铜球的重力不发生变化，故A错误； B．伽利略所处的时代，人们还不能准确测量物体的瞬时速度，故B错误； C．伽利略对较小倾角时的实验情况进行了合理外推，得出了自由落体运动为匀加速直线运动的结论，故C错误； D．铜球位移与时间的平方成正比说明它做匀加速直线运动，故D正确。 故选D。 4．十七世纪意大利科学家伽利略在研究落体运动的规律时，做了著名的斜面实验。其中运用到的物理思想方法属于（　　） A．等效替代 B．实验归纳 C．理想实验 D．控制变量 【答案】C 【详解】由于时间测量上的困难，伽利略无法直接研究自由落体运动，而是在斜面实验的基础上合理外推，最终得到倾角为时小球运动（自由落体运动）的规律。所以，在当时并没有直接对落体运动进行实验，伽利略所用的物理方法属于理想实验法。 故选C。 5．伽利略将实验引入物理学研究，为科学探究奠定了基础。伽利略在对自由落体运动的研究过程中，开创了如图框所示的一套科学研究方法，其中方框2和4中的方法分别是（　　） A．实验检验，数学推理 B．数学推理，实验检验 C．提出假设，实验检验 D．实验检验，合理外推 【答案】C 【详解】伽利略在对自由落体运动的研究过程中，开创了一套科学研究方法，即先观察现象再提出假设，根据假设进行逻辑推理，然后进行实验检验，最后根据实验归纳总结。 故选C。 6．下列叙述符合物理史实的是（　　） A．古希腊哲学家亚里士多德认为物体下落快慢与质量无关 B．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 C．牛顿通过“大、小石头捆在一起下落”的推理从逻辑上推翻了“重物比轻物下落快”的理论 D．伽利略首先采用了实验检验猜想和假设的科学方法，把实验和逻辑推理和谐地结合起来 【答案】D 【详解】A．古希腊哲学家亚里士多德认为物体下落快慢与质量有关，认为重的物体比轻的物体下落快，故A错误； B．伽利略用实验结合逻辑推导得到：自由落体运动是初速度为零的匀加速直线运动，故B错误； C．伽利略通过“大、小石头捆在一起下落”的推理从逻辑上推翻了“重物比轻物下落快”的理论，故C错误， D．伽利略首先建立了平均速度、瞬时速度和加速度等概念用来描述物体的运动，并首先采用了实验检验猜想和假设的科学方法，把实验和逻辑推理和谐地结合起来，故D正确。 故选D。 7．伽利略在研究自由落体运动时，他让小球沿倾角为的光滑斜面滑下，然后改变倾角分别进行多次实验，最后推理出自由落体运动是一种匀加速直线运动。 (1)这一过程体现的物理思想方法是（　　） A．控制变量法 B．理想实验法 C．理想模型法 D．等效替代法 (2)对这一过程的分析，下列说法中不正确的是（　　） A．采用图甲的斜面实验，可“冲淡”重力的作用，使时间更容易测量 B．让不同质量的球沿相同斜面下滑，可证实小球均做加速度相同的匀变速直线运动 C．伽利略通过实验直接测量了物体自由下落的位移与时间的二次方的关系 D．图甲是实验现象，图丁的情景是经过合理外推得到结论 【答案】(1)B (2)C 【详解】（1）该过程是在实验的基础上，通过合理的外推得到结论，体现的物理思想方法是理想实验法。 故选B。 （2）AC．伽利略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，那么通过它的位移与所用的时间的平方成正比，只要测出物体不同位移所用的时间就可以验证物体的速度是否随时间均匀变化。由于当时用滴水法计算，无法记录自由落体的较短时间，伽利略用小球沿阻力很小的斜面滚下，小球在斜面上的加速度较小，则小球在斜面上的运动时间比它竖直下落的时间长，从而“冲淡”重力的作用，使时间更容易测量，故A正确，C错误； B．不同质量的球沿相同斜面下滑，下落时间相同，可证实小球均做加速度相同的匀变速直线运动，故B正确； D．图中的甲、乙、丙均是实验现象，图丁的情景是经过合理外推得到的结论，故D正确。 故选C。 8．某组同学设置了如图所示的装置来验证伽利略的假设。滑块从某一高度由静止沿斜面下滑。一旦滑块开始运动，就打开水箱阀门，使水箱中的水流到量筒中，滑块碰到挡板的同时关闭阀门（假设整个过程中水流均匀稳定）。改变滑块起始位置的高度，重复以上操作。记录滑块由静止起下滑的距离x和相应过程中量筒收集到的水的体积V，所得数据如表所示。 次数 1 2 3 4 5 6 7 x/m 4.5 3.9 3.0 2.1 1.5 0.9 0.3 V/mL 90 84 72 62 52 40 23.5 5.6 5.5 5.8 5.5 5.6 5.6 5.4 (1)分析表中数据，量筒中收集到水的体积代表 ，因此该实验 （选填“可以”或“不可以”）验证伽利略的假设； (2)本实验的主要误差来源可能是 （至少说出两种）。 【答案】(1) 时间 可以 (2)见解析 【详解】（1）[1]关于初速度为零的匀变速运动，位移与时间的二次方成正比，由于水是均匀稳定的流出，水的体积和时间成正比，所以量筒中收集到水的体积可以间接的测量时间； [2]设Q表示单位时间射入量筒的水的体积，根据题意可知，Q是恒量，量筒收集到的水的体积 根据表格数据 故 对比初速度为零的匀变速直线运动位移时间关系，可发现，分析表中数据，可以验证伽利略的假设。 （2）主要误差来源可能是水的流速并不能保持恒定，或者距离测量的不准确，或者滑块开始下滑和开始流水不同步或者斜面摩擦不均匀。 知识梳理与关联 方法与能力提升 疑问与拓展 自我评估 1 / 2 学科网（北京）股份有限公司 $ 第1节 伽利略对落体运动的研究 导学案 1． 通过实验，认识自由落体运动规律。 2． 结合物理学史的相关内容，认识物理实验与科学推理在物理学研究中的作用。 1．通过实验研究自由落体运动，并能测定自由落体运动的加速度。（重点） 【知识回顾】 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__________。 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__________与实验__________的有机结合。 思考与讨论： 物体下落是生活中常见的现象。手中释放的物体、树上滴落的水滴都会在重力的作用下沿竖直方向下落，你注意过它们下落的快慢吗？图 2–2 伽利略 （G．Galilei，1564—1642） 直觉告诉我们，一块石头和一片羽毛同时从相同高度由静止开始下落，石头先落地，羽毛后落地。在公元前 4 世纪，古希腊思想家、哲学家亚里士多德（Aristotle，前 384—前 322）通过对上述类似现象的观察得出论断：越重的物体下落得越快。这个论断与人们的日常经验相吻合。在之后的近两千年时间里，该论断得到了人们的普遍认同。 1638 年，伽利略（图 2–2）在《两种新科学的对话》一书中对此提出了异议。 伽利略是如何质疑越重的物体下落得越快论断的？ 伽利略指出，根据亚里士多德越重的物体下落得越快的论断，大石头应该比小石头下落的速度大。假定大石头下落的速度为 8 个单位，小石头下落的速度为 4个单位，把这两 块石头捆在一起时，大石头会被小石头拖着而减慢速度，整个系统下落的速度应该小于 8 个单位；而两块石头捆在一起后总重量比大石头大，下落的速度应该大于 8 个单位。伽利略根据亚里士多德的论断推理出两个相互矛盾的结果。这说明亚里士多德的论断不能成立。伽利略认为只有一种可能：物体下落的快慢与它的轻重无关。图 2–3 羽毛与金属小球在玻璃管中下落 既然亚里士多德关于落体运动快慢的论断是错误的，但生活中我们常见到石块比羽毛下落更快的现象。这是什么原因呢？ 哪些因素会影响物体下落的快慢？ 把一片羽毛和一个金属小球放入一根透明的密封玻璃管中，如图 2–3 所示。将此管倒置，羽毛和小球同时开始下落，可以看到小球下落得更快。用注射器通过单向阀门逐次抽去管内的空气，管内的空气越少，两者下落的快慢越接近。由此可知，物体下落的快慢不同是由于受到空气阻力的影响。可以设想，如果没有空气阻力的影响，轻重不同的物体下落的快慢将完全相同，与物体的质量大小无关。 1971 年，在“阿波罗 15 号”登月后，航天员斯科特面对着电视镜头从相同高度同时释放了一片羽毛和一柄锤子，结果两者同时着地。这一实验现象证明，在没有空气阻力的条件下，物体下落的快慢与轻重无关。 伽利略如何研究自由落体运动的规律？ 伽利略运用逻辑推理反驳了亚里士多德的观点后并未就此止步。他认为科学家必须超过“单纯的思索”，必须通过实验来“聪明地提问”。 伽利略通过观察发现物体下落时运动得越来越快，提出：“当一块原来静止的石头从高处落下的速度连续增加时，为什么不应当相信速度以一种简单的、人们最容易理解的方式增加呢？”他猜想，落体运动的速度 v与时间 t 成正比，即 v = kt 式中的 k 是一个常量。 受到当时测量手段的限制，无法比较准确地测量物体下落的速度与时间。伽利略经过分析发现，如果物体的初速度为零，且速度随时间均匀变化，则物体通过的距离与时间的二次方成正比。可通过测量距离与时间的关系检验物体的速度是否随时间均匀变化。 为了解决计时的困难，伽利略将落体运动转化为小球沿斜面的运动，如图 2–4 所示。 小球沿斜面由静止起向下运动的过程中，下降相同的高度所用的时间比自由下落的时间长。这样，时间的测量就会变得比较容易。 图 2–4 伽利略在做铜球沿斜面运动的实验 伽利略利用斜面做了上百次实验后发现：在倾角相同的斜面上，小球由静止开始向下运动的距离 x 总是与所用时间 t 的二次方成正比，即可表示为 = = = … = C 式中的 C 为常量。 即使更换不同质量的小球，的值仍然不变。改变斜面的倾角，上式仍然成立，只是常量 C 的值相应改变；斜面的倾角越大，常量 C 的值也越大。 实验证实，小球在斜面上做的是从静止开始的、速度随时间均匀增加的运动。 小球在斜面上的运动毕竟不是自由落体运动。如何利用斜面实验的结果来说明自由落体运动的规律？伽利略根据实验做了推理，如图 2–5 所示，当斜面倾角趋近于 90° 时，小球的运动接近自由落体运动，此时 的值最大，且与质量 m 无关。根据这样的推理可得，自由落体运动是从静止开始的、速度随时间均匀增加的变速直线运动。 图 2 –5 斜面倾角越接近 90°，小球沿斜面的运动越接近自由落体运动 甲 乙 丙 丁 至此，伽利略不仅成功地纠正了亚里士多德关于落体运动的错误论断，还得到了对自由落体运动性质的科学认识，并为后来“瞬时速度”“加速度”等物理概念的建立奠定了基础。 伽利略能取得成功的关键在于他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逻辑推理与实验检验的有机结合。伽利略的这一方法，有力地推动了包括物理学在内的近代自然科学的发展。他也被后人尊称为“近代科学之父”。爱因斯坦（A．Einstein，1879—1955）在《物理学的进化》一书中评价：“伽利略的发现以及他所用的科学推理方法是人类思想史上最伟大的成就之一，标志着物理学的真正开端。” 1．在物理学的发展历程中，首先采用了假设和实验检验猜想的科学方法，把实验和逻辑推理和谐地结合起来，从而有力地推进了人类科学发展的是（　　） A．伽利略 B．亚里士多德 C．牛顿 D．爱因斯坦 【答案】A 【详解】伽利略在物理学研究中首次系统地将假设与实验检验结合，并通过逻辑推理分析现象。例如，他通过斜面实验研究自由落体运动，推翻了亚里士多德“物体下落速度与重量成正比”的错误观点。这种方法论革新为现代科学研究奠定了基础。其他选项中，亚里士多德依赖思辨而非实验，牛顿和爱因斯坦的贡献在伽利略之后。 故选A。 2．意大利科学家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，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（　　） A．力不是维持物体运动的原因 B．力是使物体产生加速度的原因 C．自由落体运动是一种匀变速直线运动 D．物体都具有保持原来运动状态的属性，即惯性 【答案】C 【详解】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，倾角最大的情况就是90°时，由此得出的结论是自由落体运动是一种匀变速直线运动。 故选C。 3．伽利略为了研究自由落体的规律，采用“冲淡”重力的方法，测量了铜球在较小倾角斜面上运动的位移和时间，发现位移与时间的平方成正比。增大斜面倾角，该规律仍然成立。于是，他外推到斜面倾角为时，该规律仍然成立。下列说法正确的是（    ） A．“冲淡”重力是指使铜球的重力变小了 B．伽利略让铜球沿着阻力较小的斜面滚下，直接测出了铜球速度，得到铜球速度随时间的变化规律 C．伽利略对倾角为时的实验情况进行了相关数据的测量，得出了自由落体运动为匀变速直线运动的结论 D．铜球位移与时间的平方成正比说明它做匀加速直线运动 【答案】D 【详解】A．“冲淡”重力是指使铜球的加速度变小了，铜球的重力不发生变化，故A错误； B．伽利略所处的时代，人们还不能准确测量物体的瞬时速度，故B错误； C．伽利略对较小倾角时的实验情况进行了合理外推，得出了自由落体运动为匀加速直线运动的结论，故C错误； D．铜球位移与时间的平方成正比说明它做匀加速直线运动，故D正确。 故选D。 4．十七世纪意大利科学家伽利略在研究落体运动的规律时，做了著名的斜面实验。其中运用到的物理思想方法属于（　　） A．等效替代 B．实验归纳 C．理想实验 D．控制变量 【答案】C 【详解】由于时间测量上的困难，伽利略无法直接研究自由落体运动，而是在斜面实验的基础上合理外推，最终得到倾角为时小球运动（自由落体运动）的规律。所以，在当时并没有直接对落体运动进行实验，伽利略所用的物理方法属于理想实验法。 故选C。 5．伽利略将实验引入物理学研究，为科学探究奠定了基础。伽利略在对自由落体运动的研究过程中，开创了如图框所示的一套科学研究方法，其中方框2和4中的方法分别是（　　） A．实验检验，数学推理 B．数学推理，实验检验 C．提出假设，实验检验 D．实验检验，合理外推 【答案】C 【详解】伽利略在对自由落体运动的研究过程中，开创了一套科学研究方法，即先观察现象再提出假设，根据假设进行逻辑推理，然后进行实验检验，最后根据实验归纳总结。 故选C。 6．下列叙述符合物理史实的是（　　） A．古希腊哲学家亚里士多德认为物体下落快慢与质量无关 B．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 C．牛顿通过“大、小石头捆在一起下落”的推理从逻辑上推翻了“重物比轻物下落快”的理论 D．伽利略首先采用了实验检验猜想和假设的科学方法，把实验和逻辑推理和谐地结合起来 【答案】D 【详解】A．古希腊哲学家亚里士多德认为物体下落快慢与质量有关，认为重的物体比轻的物体下落快，故A错误； B．伽利略用实验结合逻辑推导得到：自由落体运动是初速度为零的匀加速直线运动，故B错误； C．伽利略通过“大、小石头捆在一起下落”的推理从逻辑上推翻了“重物比轻物下落快”的理论，故C错误， D．伽利略首先建立了平均速度、瞬时速度和加速度等概念用来描述物体的运动，并首先采用了实验检验猜想和假设的科学方法，把实验和逻辑推理和谐地结合起来，故D正确。 故选D。 7．伽利略在研究自由落体运动时，他让小球沿倾角为的光滑斜面滑下，然后改变倾角分别进行多次实验，最后推理出自由落体运动是一种匀加速直线运动。 (1)这一过程体现的物理思想方法是（　　） A．控制变量法 B．理想实验法 C．理想模型法 D．等效替代法 (2)对这一过程的分析，下列说法中不正确的是（　　） A．采用图甲的斜面实验，可“冲淡”重力的作用，使时间更容易测量 B．让不同质量的球沿相同斜面下滑，可证实小球均做加速度相同的匀变速直线运动 C．伽利略通过实验直接测量了物体自由下落的位移与时间的二次方的关系 D．图甲是实验现象，图丁的情景是经过合理外推得到结论 【答案】(1)B (2)C 【详解】（1）该过程是在实验的基础上，通过合理的外推得到结论，体现的物理思想方法是理想实验法。 故选B。 （2）AC．伽利略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，那么通过它的位移与所用的时间的平方成正比，只要测出物体不同位移所用的时间就可以验证物体的速度是否随时间均匀变化。由于当时用滴水法计算，无法记录自由落体的较短时间，伽利略用小球沿阻力很小的斜面滚下，小球在斜面上的加速度较小，则小球在斜面上的运动时间比它竖直下落的时间长，从而“冲淡”重力的作用，使时间更容易测量，故A正确，C错误； B．不同质量的球沿相同斜面下滑，下落时间相同，可证实小球均做加速度相同的匀变速直线运动，故B正确； D．图中的甲、乙、丙均是实验现象，图丁的情景是经过合理外推得到的结论，故D正确。 故选C。 8．某组同学设置了如图所示的装置来验证伽利略的假设。滑块从某一高度由静止沿斜面下滑。一旦滑块开始运动，就打开水箱阀门，使水箱中的水流到量筒中，滑块碰到挡板的同时关闭阀门（假设整个过程中水流均匀稳定）。改变滑块起始位置的高度，重复以上操作。记录滑块由静止起下滑的距离x和相应过程中量筒收集到的水的体积V，所得数据如表所示。 次数 1 2 3 4 5 6 7 x/m 4.5 3.9 3.0 2.1 1.5 0.9 0.3 V/mL 90 84 72 62 52 40 23.5 5.6 5.5 5.8 5.5 5.6 5.6 5.4 (1)分析表中数据，量筒中收集到水的体积代表 ，因此该实验 （选填“可以”或“不可以”）验证伽利略的假设； (2)本实验的主要误差来源可能是 （至少说出两种）。 【答案】(1) 时间 可以 (2)见解析 【详解】（1）[1]关于初速度为零的匀变速运动，位移与时间的二次方成正比，由于水是均匀稳定的流出，水的体积和时间成正比，所以量筒中收集到水的体积可以间接的测量时间； [2]设Q表示单位时间射入量筒的水的体积，根据题意可知，Q是恒量，量筒收集到的水的体积 根据表格数据 故 对比初速度为零的匀变速直线运动位移时间关系，可发现，分析表中数据，可以验证伽利略的假设。 （2）主要误差来源可能是水的流速并不能保持恒定，或者距离测量的不准确，或者滑块开始下滑和开始流水不同步或者斜面摩擦不均匀。 知识梳理与关联 方法与能力提升 疑问与拓展 自我评估 1 / 2 学科网（北京）股份有限公司 $