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(xué)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?zé)o關(guān) |
(二)科學(xué)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(xué)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(xué)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(xué)方法,通過數(shù)學(xué)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 |
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(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(biāo)紙中作出能直觀反映這一結(jié)論正確的圖象.如果不能,請說明理由.
(如有需要可利用上表中的空格,作圖時請標(biāo)明橫軸的意義.)
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