2.6伽利略对自由落体运动的研究【学习目标】1.了解伽利略研究落体运动的思路和方法.2.知道伽利略在运动学上的主要贡献.3.认识伽利略利用斜面研究自由落体运动所蕴含的思想方法.4.初步领会“提出假设、数学推理、实验验证和合理外推”的科学研究方法.【自主学习】1．绵延两千年的错误亚里士多德根据平常观察到的落体现象得出了结论：____________的物体比____________的物体下落得快，这一结论在其后两千年的时间里，被人们奉为经典。2．逻辑的力量（1）伽利略利用逻辑推理的方法对亚里士多德的论断进行了推断，得出了____________的结论，使亚里士多德的理论陷入了困境。（2）伽利略对落体现象提出了一种新的观点：重物与轻物下落得____________。3．伽利略的假说与实验验证（1）伽利略猜想落体运动是一种____________运动，这种运动的速度应该是_________变化的。（2）伽利略让小球从斜面的不同位置由静止滚下，得出小球滚下的_________与__________成正比，即速度均匀变化.当倾角等于90°，即物体竖直下落时，____________与____________仍成正比，即速度是均匀变化的，得到了落体运动的规律。4．伽利略的科学方法伽利略科学思想方法的核心是把____________和____________（包括数学推演）和谐地结合起来，从而有力地推进了人类科学认识的发展。探究一、如何认识亚里士多德的观点？探究二、如何认识伽利略的科学方法？探究三分析伽利略的研究方法1．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，其中应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】 C2．对于从苹果树上同一高度同时落下的苹果和树叶，下列说法正确的是：（）A．苹果和树叶都可以看成自由落体运动B．苹果可以近似地看成自由落体运动，树叶不能看成自由落体运动C．苹果和树叶都不能看成自由落体运动D．假如地球上没有空气，由于所受重力不同，则苹果和树叶也不会同时落地【答案】 B【解析】 从树上落下的苹果所受阻力相对重力很小，可看成自由落体运动，而从树上落下的树叶所受阻力相对重力较大，不能看成自由落体运动，选项A、C错误，B正确．假如地球上没有空气，则苹果和树叶不受空气阻力，都做自由落体运动，下落快慢相同，同时落地，选项D错误．3．亚里士多德的命题“重的物体下落快，轻的物体下落慢”失误的根源在于他：（）A．不注意观察自然现象B．对此没有做深刻的逻辑思辨C．对此没有进行科学实验D．对此进行归纳和总结【答案】 B4．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”，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【答案】B【解析】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．
故选B．名师点睛：伽利略对自由落体规律的研究为我们提供正确的研究物理的方法、思路、理论，他创造了一套对近代科学的发展极为有益的科学方法．5．“自由落体”演示实验装置如图所示，当牛顿管被抽成真空后，将其迅速倒置，管内轻重不同的物体从顶部下落到底端的过程中，下列说法正确的是：（）A．时间相同，加速度相同B．时间相同，加速度不同C．时间不同，加速度相同D．时间不同，加速度不同【答案】A6．（多选）滴水法测重力加速度的过程是这样的：让水龙头的水一滴一滴地滴在其正下方的盘子里，调整水龙头，让前一滴水滴到盘子而听到声音时，后一滴恰好离开水龙头。从第1次听到水击盘声时开始计时，测出n次听到水击盘声的总时间为t，用刻度尺量出水龙头到盘子的高度差为h，即可算出重力加速度。设人耳能区别两个声音的时间间隔为0.1s，声速为340m/s，g取10m/s2，则：（）A．水龙头距人耳的距离至少为34mB．水龙头距盘子的距离至少为0.05mC．重力加速度的计算式为D．重力加速度的计算式为【答案】BD
7．为了研究自由落体的位移与时间的关系，某同学设计了如图甲所示的实验装置，在竖直放置的立柱上端安装一个电磁铁，通电时小钢球被吸在电磁铁上；断电时小球自由下落，计时装置开始计时，立柱上有可移动的光电门，当小球经过光电门时，光电计时装置能测出小球从初始位置到这个光电门所用的时间t，再用刻度尺测出电磁铁到光电门的距离h，该同学利用上述装置通过多次改变光电门的位置得到了如下一组数据：h/m0.20.40.60.81.0t/s0.2010.2850.3460.4010.447t2/s20.0400.0810.1200.1610.200(1)为了能最直观地显示自由落体的位移与时间的关系，请帮助该同学在如图乙所示的坐标纸上合理建立坐标系，并描点连结．(2)通过对该同学实验数据的分析可知，自由落体的位移和时间的关系是________________________________________________________________________．【答案】 见解析【解析】 (1)
(2)通过对该同学实验数据的分析可知，自由落体的位移和时间的关系是：h与t2成正比(或者h＝5t2)．8．在暗室中用如图所示的装置做“测定重力加速度”的实验．实验器材有：支架、漏斗、橡皮管、尖嘴玻璃管、螺丝夹子、接水铝盒、一根荧光刻度的米尺、频闪仪．具体实验步骤如下：①在漏斗内盛满清水，旋松螺丝夹子，水滴会以一定的频率一滴滴地落下．②用频闪仪发出的白闪光将水滴流照亮，由大到小逐渐调节频闪仪的频率直到第一次看到一串仿佛固定不动的水滴．③用竖直放置的米尺测得各个水滴所对应的刻度．④采集数据进行处理．(1)实验中看到空间有一串仿佛固定不动的水滴时，频闪仪的闪光频率满足的条件是：________________________________________________________________________.(2)实验中观察到水滴“固定不动”时的闪光频率为30Hz，某同学读出其中比较圆的水滴到第一个水滴的距离如图所示，根据数据测得当地重力加速度g＝________；第8个水滴此时的速度v8＝________.(结果都保留三位有效数字)(3)该实验存在的系统误差可能有(答出一条即可)：__________________________.【答案】(1)频闪仪闪光频率等于水滴滴落的频率；(2)9.72m/s2 2.28m/s；（3）该实验存在系统误差的原因可能有存在空气阻力、水滴滴落的频率变化、米尺没有竖直放置等．（2）s67=19.36-13.43=5.93cm，s78=26.39-19.36=7.03cm，s89=34.48-26.39=8.09cm，s90=43.67-34.48=9.19cm，由逐差法可得：g==9.72m/s2。第8滴水的速度为：v8===2.27m/s。【名师点睛】该实验和利用打点计时器的工作原理一样，明确了实验原理，即可正确解答。该实验利用了自由落体运动的规律，根据匀变速直线运动的规律可以求出水滴C的速度，利用逐差法可以求出重力加速度的大小．
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