Question

19．對(duì)于落體的運(yùn)動(dòng)規(guī)律的研究，歷史上有兩位著名的科學(xué)家做出了具大的貢獻(xiàn)，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(wèn)題：
（一） 對(duì)“落體運(yùn)動(dòng)快慢”問(wèn)題，亞里士多德和伽利略存在著不同的研究方法和觀點(diǎn)．請(qǐng)完成下表：

	亞里士多德	伽利略
研究問(wèn)題的方法	思辨
觀點(diǎn)		物體下落快慢與物體輕重?zé)o關(guān)

（二）科學(xué)探究活動(dòng)通常包括以下要素：提出問(wèn)題，猜想與假設(shè)，制定計(jì)劃與設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)與收集證據(jù)，分析與論證，評(píng)估，交流與合作等．伽利略對(duì)落體的運(yùn)動(dòng)規(guī)律探究過(guò)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(diǎn)．
B．伽利略提出了“落體運(yùn)動(dòng)的速度v與時(shí)間t成正比”的觀點(diǎn)．
C．為“沖淡”重力，伽利略設(shè)計(jì)用斜面來(lái)研究小球在斜面上運(yùn)動(dòng)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(shí)驗(yàn)，記錄相應(yīng)數(shù)據(jù)．
F．伽利略對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析．
G．伽利略將斜面實(shí)驗(yàn)得到的結(jié)論推廣到斜面的傾角增大到90°時(shí)．
（1）與上述過(guò)程中B步驟相應(yīng)的科學(xué)探究要素是猜想與假設(shè)．
（2）與上述過(guò)程中F步驟相應(yīng)的科學(xué)探究要素是分析與論證．
（三）伽利略提出了“落體運(yùn)動(dòng)的速度v與時(shí)間t成正比”的觀點(diǎn)，但在伽利略時(shí)代無(wú)法直接測(cè)出物體運(yùn)動(dòng)的速度．伽利略借助于數(shù)學(xué)方法，通過(guò)數(shù)學(xué)推理，巧妙地將研究“速度與時(shí)間的關(guān)系”轉(zhuǎn)換為研究“位移與時(shí)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(zhǎng)木板做成一個(gè)斜面，讓小球沿斜槽滾下，同時(shí)使用水鐘測(cè)量時(shí)間．下表是伽利略手稿中記錄的一組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)．

時(shí)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(shí)間的關(guān)系”轉(zhuǎn)換為研究“位移與時(shí)間的關(guān)系”的研究方法叫做“轉(zhuǎn)換法”．下面給出的四個(gè)實(shí)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(shí)，用質(zhì)點(diǎn)來(lái)代替物體
B．在研究力和運(yùn)動(dòng)的關(guān)系時(shí)，為消除摩擦力的影響，伽利略用理想實(shí)驗(yàn)的方法對(duì)這一問(wèn)題進(jìn)行研究
C．在探究加速度、力和質(zhì)量三者之間關(guān)系時(shí)，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(shì)能的表達(dá)式”的探究活動(dòng)中，我們通過(guò)研究“拉力做功與彈簧的勁度系數(shù)k和彈簧伸長(zhǎng)量l的關(guān)系”，得出了彈性勢(shì)能的表達(dá)式
（2）寫(xiě)出伽利略得出的位移與時(shí)間的關(guān)系．（提示：自由落體運(yùn)動(dòng)初速度為0）
（3）上表的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)能驗(yàn)證伽利略得出的位移與時(shí)間的關(guān)系嗎？如果能，請(qǐng)簡(jiǎn)要寫(xiě)出你的理由，并在下列坐標(biāo)紙中作出能直觀反映這一結(jié)論正確的圖象．如果不能，請(qǐng)說(shuō)明理由．
（如有需要可利用上表中的空格，作圖時(shí)請(qǐng)標(biāo)明橫軸的意義．）

Answer 1

分析 （一）本題比較簡(jiǎn)單考查了亞里士多德、伽利略對(duì)“落體運(yùn)動(dòng)快慢”、“力與物體運(yùn)動(dòng)關(guān)系”等問(wèn)題的基本觀點(diǎn)，通過(guò)了解這些觀點(diǎn)，體會(huì)物理學(xué)發(fā)展的曲折歷程．
（二）（1）假設(shè)與猜想，是未能通過(guò)實(shí)驗(yàn)得出，而是借助于理論分析與推導(dǎo)而得來(lái)的；
（2）分析與論證，則是通過(guò)實(shí)驗(yàn)得出結(jié)論，要求通過(guò)理論分析，得出規(guī)律，并進(jìn)行驗(yàn)證．
（三）1、根據(jù)常用的物理方法，結(jié)合各選項(xiàng)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(yàn)，不通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證認(rèn)為重的物體下落快，輕的物體下落慢，維持物體運(yùn)動(dòng)需要力；伽利略通過(guò)對(duì)自由落體運(yùn)動(dòng)的研究推翻了他的觀點(diǎn)，伽利略認(rèn)為物體下落快慢與物體輕重?zé)o關(guān)，維持物體運(yùn)動(dòng)不需要力，并使用實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)猜想和假設(shè)的方法加以驗(yàn)證．
（二）：（1）伽利略提出了“落體運(yùn)動(dòng)的速度v與時(shí)間t成正比”的觀點(diǎn)，是未經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證的，因此科學(xué)探究活動(dòng)為假設(shè)與猜想；　　
（2）伽利略通過(guò)研究實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，初步得出斜面上物體運(yùn)動(dòng)的速度與時(shí)間成正比的觀點(diǎn)，是通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)的分析抽象出的規(guī)律，需要進(jìn)行驗(yàn)證，因此科學(xué)探究活動(dòng)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(shí)，用質(zhì)點(diǎn)來(lái)代替物體的方法是理想模型法．故A錯(cuò)誤；
B．在研究力和運(yùn)動(dòng)的關(guān)系時(shí)，為消除摩擦力的影響，伽利略用理想實(shí)驗(yàn)的方法對(duì)這一問(wèn)題進(jìn)行研究的方法是理想實(shí)驗(yàn)法．故B錯(cuò)誤；
C．在探究加速度、力和質(zhì)量三者之間關(guān)系時(shí)，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(cuò)誤；
D．在“探究彈性勢(shì)能的表達(dá)式”的探究活動(dòng)中，我們通過(guò)研究“拉力做功與彈簧的勁度系數(shù)k和彈簧伸長(zhǎng)量l的關(guān)系”，得出了彈性勢(shì)能的表達(dá)式的方法是將功與能量通過(guò)它們的關(guān)系進(jìn)行了轉(zhuǎn)換，使用了轉(zhuǎn)換法．故D正確；
故選：D
（2）伽利略認(rèn)為小球的速度隨時(shí)間是均勻增大的，所以小球的位移與時(shí)間的二次方成正比，即：S∝t²；
（3）能．計(jì)算S與t²的比值，見(jiàn)下表，

故答案為：（一）

	亞里士多德	伽利略
研究問(wèn)題的方法	思辨	實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)猜想和假設(shè)（填實(shí)驗(yàn)也算對(duì)）
觀點(diǎn)	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?zé)o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(jì)算S與t²的比值，見(jiàn)下表

時(shí)間單位t	1	2	3	4	5	6	7
距離單位s	32	130	298	526	824	1192	1600
（時(shí)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(yàn)證伽利略得出的S∝t²關(guān)系的正確性．
（作圖說(shuō)明：作S∝t²圖象；應(yīng)作成一條直線．）

點(diǎn)評(píng) 物理學(xué)的發(fā)展不是一帆風(fēng)順的，經(jīng)歷了很多曲折和挫折，同學(xué)們要理解其過(guò)程，不但要記住正確理論，對(duì)于當(dāng)時(shí)錯(cuò)誤的理論也要有所了解．