2-6伽利略对自由落体运动的研究

6．伽利略对自由落体运动的研究※了解并学习伽利略研究自由落体运动的科学思维方法和巧妙的实验构思※激发探究科学的兴趣，领略坚持真理，实事求是的科学精神1590年，伽利略在意大利比萨塔上同时释放了一个铁制重球和一个木制轻球，推翻了亚里士多德的神话．1971年，“阿波罗15号”宇航员斯科特在月球表面让一根羽毛和一柄锤子同时落下，印证着伽利略的伟大．1．亚里士多德认为物体下落的快慢是由它的决定的．物体越重，下落得2．伽利略认为，重物和轻物应该下落的．他猜想落体应该是一种最简单的，即它的应该是均匀变化的3．日常生活中常会见到，较重的物体下落的比较快，这是由于对不同物体的同样快变速运动速度空气阻力不同影响越快重量4．由于自由下落物体运动时间，当时直接验证自由落体运动是很困难，伽利略采用了间接的验证方法，他让一个从很小的斜面上滚下(如下图所示)，做了上百次的实验，证明了球在的运动是匀变速直线运动，然后将此结论到自由落体运动上．太短匀加速直线运动铜球阻力斜面上合理外推亚里士多德认为物体下落的快慢是由它们的重量决定的．这一论断符合人们的常识，以至于其后两千年的时间里，人们一直信奉他的学说.(1)运用“归谬法”否定了亚里士多德关于重的物体下落快、轻的物体下落慢的论断．(2)伽利略猜想落体是一种最简单的变速运动，即速度应该是均匀变化的．(3)由于不能用实验直接验证自由落体运动是匀变速运动，伽利略采用了间接验证的方法：①运用数学推导的方法得出初速度为零的匀变速直线运动符合x∝t2.②运用斜面实验测出小球沿光滑斜面向下的运动符合x∝t2，是匀变速直线运动．③伽利略将上述结果合理外推到将斜面倾角增大到90°的情况，成为自由落体．④从而得出结论：自由落体运动是初速度为零的匀加速直线运动．两种可能性①速度υ与时间t成正比②速度υ与位移x成正比在研究自由落体运动性质时，有人猜想物体自由下落的速度v随着下落高度h(位移大小)是均匀变化的(即v＝kh，k是常数)，为了说明该猜想的正伪，作了如下论证：因为v＝v2(式中v表示平均速度)①，而h＝vt②，如果v＝kh③，成立的话，那么必有：h＝12kht，即：t＝2k＝常数．t竟然是与h无关的数！这显然与常识相矛盾！于是，可以排除速度v随着下落高度h均匀变化的可能性．关于该论证过程中的逻辑及逻辑片语，你作出的评述是()A．全部正确B．①式错误C．②式错误D．③式以后的逻辑片语错误答案：B解析：若物体自由下落的速度v随着下落高度h是均匀变化的，那么v≠v2；v＝v2是在物体自由下落时速度v随着下落时间t均匀变化时的结论．点评：在解答该题的时候，要弄清“v随着下落高度h是均匀变化”与“v随着下落时间t是均匀变化”不是一回事，这是本题容易出错的地方.如下图所示是课题研究小组进行自由落体运动实验时，用频闪连续拍照的方法获得的两张照片A和B，任选其中的一张，回答下列几个问题：(1)我选图________；(2)我从图中观察到的现象是：________________________________________________________________________.(3)请对你所观察到的现象进行解释：________________________________________________________________________.解析：若选图A，质量相等的纸片和纸团，它们的重力相等．由于空气阻力对纸片的影响较大，不能忽略，所以纸片下落加速度较小．如果把纸片揉成纸团，空气阻力对纸团的影响较小，纸团下落加速度较大，所以质量相等的纸片和纸团同时放手，纸片比纸团下落得慢．若选图B，体积相等的铅球和木球同时释放，几乎是同时落地的．阻力对它们的影响很小，几乎可以忽略，虽然G铅大于G木，但是由于m铅也大于m木，即铅球的重力比木球大，所以它们获得了相同的加速度g.对于同种材料的大、小二球，情况也是如此，它们也有相同的加速度g，所以体积相等的铅球和木球几乎是同时落地的．科学探究活动通常包括以下环节：提出问题，作出假设，制定计划，搜集证据，评估交流等．一组同学研究“运动物体所受空气阻力与运动速度关系”的探究过程如下：A．有同学认为：运动物体所受空气阻力可能与其运动速度有关；B．他们计划利用一些“小纸杯”作为研究对象，用超声测距仪等仪器测量“小纸杯”在空中直线下落时的下落距离、速度随时间变化的规律，以验证假设；C．在相同的实验条件下，同学们首先测量了单只“小纸杯”在空中下落过程时的下落距离，将数据填入表中，如图(a)是对应的位移—时间图线．然后将不同数量的“小纸杯”叠放在一起从空中下落，分别测出它们的速度—时间图线，如图(b)中图线1、2、3、4、5所示；D．同学们对实验数据进行分析、归纳后，证实了他们的假设.时间(s)下落距离(m)0.00.0000.40.0360.80.4691.20.9571.61.4472.0x根据上图回答下列提问：(1)与上述过程中A、C步骤相应的科学探究环节分别是________、________；(2)图(a)中的AB段反映了运动物体在做________运动，表中x处的值为________；(3)图(b)中各条图线具有共同特点，“小纸杯”在下落的开始阶段做__________运动，最后“小纸杯”做________运动；(4)比较图(b)中的图线1和5，指出在1.0s～1.5s时间段内，速度随时间变化关系的差异：__________________________________________.答案：(1)作出假设搜集证据(2)匀速直线1.937m(3)加速匀速直线(4)图线5速度有明显变化，变化率比图线1大