Question

19．對于落體的運動規(guī)律的研究，歷史上有兩位著名的科學家做出了具大的貢獻，他們是亞里士多德和伽利略．關(guān)于他們的研究工作，回答以下問題：
（一） 對“落體運動快慢”問題，亞里士多德和伽利略存在著不同的研究方法和觀點．請完成下表：

	亞里士多德	伽利略
研究問題的方法	思辨
觀點		物體下落快慢與物體輕重無關(guān)

（二）科學探究活動通常包括以下要素：提出問題，猜想與假設(shè)，制定計劃與設(shè)計實驗，進行實驗與收集證據(jù)，分析與論證，評估，交流與合作等．伽利略對落體的運動規(guī)律探究過程如下：
A．伽利略依靠邏輯的力量推翻了亞里斯多德的觀點．
B．伽利略提出了“落體運動的速度v與時間t成正比”的觀點．
C．為“沖淡”重力，伽利略設(shè)計用斜面來研究小球在斜面上運動的情況．
D．伽利略換用不同質(zhì)量的小球，沿同一斜面從不同位置由靜止釋放，并記錄相應(yīng)數(shù)據(jù)．
E．伽利略改變斜面的傾角，重復(fù)實驗，記錄相應(yīng)數(shù)據(jù)．
F．伽利略對實驗數(shù)據(jù)進行分析．
G．伽利略將斜面實驗得到的結(jié)論推廣到斜面的傾角增大到90°時．
（1）與上述過程中B步驟相應(yīng)的科學探究要素是猜想與假設(shè)．
（2）與上述過程中F步驟相應(yīng)的科學探究要素是分析與論證．
（三）伽利略提出了“落體運動的速度v與時間t成正比”的觀點，但在伽利略時代無法直接測出物體運動的速度．伽利略借助于數(shù)學方法，通過數(shù)學推理，巧妙地將研究“速度與時間的關(guān)系”轉(zhuǎn)換為研究“位移與時間的關(guān)系”，解決了這一難題．接著，伽利略用一條刻有光滑凹槽的長木板做成一個斜面，讓小球沿斜槽滾下，同時使用水鐘測量時間．下表是伽利略手稿中記錄的一組實驗數(shù)據(jù)．

時間單位t	1	2	3	4	5	6	7
距離單位s	32	130	298	526	824	1192	1600

（1）伽利略將研究“速度與時間的關(guān)系”轉(zhuǎn)換為研究“位移與時間的關(guān)系”的研究方法叫做“轉(zhuǎn)換法”．下面給出的四個實例，其中采取的研究方法與上述研究方法相同的是D
A．在不需要考慮物體本身的大小和形狀時，用質(zhì)點來代替物體
B．在研究力和運動的關(guān)系時，為消除摩擦力的影響，伽利略用理想實驗的方法對這一問題進行研究
C．在探究加速度、力和質(zhì)量三者之間關(guān)系時，先保持質(zhì)量不變研究加速度與力的關(guān)系；然后再保持力不變研究加速度與質(zhì)量的關(guān)系
D．在“探究彈性勢能的表達式”的探究活動中，我們通過研究“拉力做功與彈簧的勁度系數(shù)k和彈簧伸長量l的關(guān)系”，得出了彈性勢能的表達式
（2）寫出伽利略得出的位移與時間的關(guān)系．（提示：自由落體運動初速度為0）
（3）上表的實驗數(shù)據(jù)能驗證伽利略得出的位移與時間的關(guān)系嗎？如果能，請簡要寫出你的理由，并在下列坐標紙中作出能直觀反映這一結(jié)論正確的圖象．如果不能，請說明理由．
（如有需要可利用上表中的空格，作圖時請標明橫軸的意義．）

Answer 1

分析 （一）本題比較簡單考查了亞里士多德、伽利略對“落體運動快慢”、“力與物體運動關(guān)系”等問題的基本觀點，通過了解這些觀點，體會物理學發(fā)展的曲折歷程．
（二）（1）假設(shè)與猜想，是未能通過實驗得出，而是借助于理論分析與推導(dǎo)而得來的；
（2）分析與論證，則是通過實驗得出結(jié)論，要求通過理論分析，得出規(guī)律，并進行驗證．
（三）1、根據(jù)常用的物理方法，結(jié)合各選項分析即可；
2、3、根據(jù)數(shù)據(jù)表格做出圖象，得出正確結(jié)論．

解答 解：（一）亞里士多德根據(jù)日常生活經(jīng)驗，不通過實驗驗證認為重的物體下落快，輕的物體下落慢，維持物體運動需要力；伽利略通過對自由落體運動的研究推翻了他的觀點，伽利略認為物體下落快慢與物體輕重無關(guān)，維持物體運動不需要力，并使用實驗檢驗猜想和假設(shè)的方法加以驗證．
（二）：（1）伽利略提出了“落體運動的速度v與時間t成正比”的觀點，是未經(jīng)過實驗驗證的，因此科學探究活動為假設(shè)與猜想；　　
（2）伽利略通過研究實驗數(shù)據(jù)，初步得出斜面上物體運動的速度與時間成正比的觀點，是通過對數(shù)據(jù)的分析抽象出的規(guī)律，需要進行驗證，因此科學探究活動為分析與論證；
（三）（1）A．在不需要考慮物體本身的大小和形狀時，用質(zhì)點來代替物體的方法是理想模型法．故A錯誤；
B．在研究力和運動的關(guān)系時，為消除摩擦力的影響，伽利略用理想實驗的方法對這一問題進行研究的方法是理想實驗法．故B錯誤；
C．在探究加速度、力和質(zhì)量三者之間關(guān)系時，先保持質(zhì)量不變研究加速度與力的關(guān)系；然后再保持力不變研究加速度與質(zhì)量的關(guān)系的方法是控制變量法．故C錯誤；
D．在“探究彈性勢能的表達式”的探究活動中，我們通過研究“拉力做功與彈簧的勁度系數(shù)k和彈簧伸長量l的關(guān)系”，得出了彈性勢能的表達式的方法是將功與能量通過它們的關(guān)系進行了轉(zhuǎn)換，使用了轉(zhuǎn)換法．故D正確；
故選：D
（2）伽利略認為小球的速度隨時間是均勻增大的，所以小球的位移與時間的二次方成正比，即：S∝t²；
（3）能．計算S與t²的比值，見下表，

故答案為：（一）

	亞里士多德	伽利略
研究問題的方法	思辨	實驗檢驗猜想和假設(shè)（填實驗也算對）
觀點	重的物體下落得快，輕的物體下落得慢	物體下落快慢與物體輕重無關(guān)

（二）（1）猜想與假設(shè)；（2）分析與論證
（三）（1）D
（2）S∝t²
（3）能．計算S與t²的比值，見下表

時間單位t	1	2	3	4	5	6	7
距離單位s	32	130	298	526	824	1192	1600
（時間單位）2/t2	1	4	9	16	25	36	49
$\frac{S}{{t}^{2}}$	32	32.5	33.11	32.88	32.96	33.11	32.65

在誤差允許范圍內(nèi)，$\frac{S}{{t}^{2}}$的比值是一定值，能夠驗證伽利略得出的S∝t²關(guān)系的正確性．
（作圖說明：作S∝t²圖象；應(yīng)作成一條直線．）

點評 物理學的發(fā)展不是一帆風順的，經(jīng)歷了很多曲折和挫折，同學們要理解其過程，不但要記住正確理論，對于當時錯誤的理論也要有所了解．