2021学年6 伽利略对自由落体运动的研究复习练习题

6　伽利略对自由落体运动的研究

基础过关练

题组一　物理学史与科学方法

1.(2021上海交通大学附属中学高一上期中)下列关于自由落体运动叙述中错误的是              (　　)

A.古希腊哲学家亚里士多德认为物体越重,下落得越快

B.伽利略发现亚里士多德的观点有自相矛盾的地方

C.伽利略认为,如果没有空气阻力,重物与轻物应该下落得同样快

D.伽利略用实验直接证实了自由落体运动是初速度为零的匀加速直线运动

2.(2021辽宁沈阳第一二○中学高一上月考)下列说法正确的是 (　　)

A.质点和自由落体运动都是理想化模型,实际并不存在,没有什么意义

B.伽利略开创了运用逻辑推理和实验相结合进行科学研究的方法

C.平均速度的定义运用了理想模型法

D.伽利略定义了平均速度、瞬时速度、时间等物理量

3.(2021安徽滁州明光中学高一上月考)在物理学的重大发现中,科学家们总结出了许多物理学方法,如理想实验法、控制变量法、极限思想法、类比法、科学假设法和建立物理模型法等。以下关于物理学研究方法的叙述正确的是              (　　)

A.在不需要考虑物体本身的大小和形状时,用质点来代替物体的方法是假设法

B.根据速度的定义式v=,当Δt趋近于零时,就可以表示物体在某时刻的瞬时速度,这里运用了微元法

C.在推导匀变速直线运动位移公式时,把整个运动过程等分成很多小段,然后将各小段位移相加,运用了极限思想法

D.伽利略认为自由落体运动相当于物体在倾角为90°的斜面上的运动,所以他根据铜球在斜面上的运动规律得出自由落体的运动规律,这里采用了实验和逻辑推理相结合的方法

题组二　伽利略对自由落体运动的研究

4.(2019华中师大一附中高一上期中)下列关于自由落体运动叙述符合史实的是 (　　)

A.伽利略用实验直接证实了自由落体运动是初速度为零的匀加速直线运动

B.牛顿首先发现了亚里士多徳的观点有自相矛盾的地方

C.古希腊哲学家亚里士多德认为物体下落快慢与质量无关

D.伽利略认为,如果没有空气阻力,重物与轻物应该下落得同样快

5.意大利著名物理学家伽利略开科学实验之先河,奠定了现代物理学的基础。图示是他做了上百次的铜球沿斜面运动的实验示意图。关于该实验,下列说法中错误的是              (　　)

A.它是伽利略研究自由落体运动的实验

B.伽利略研究发现:斜面倾角一定,从不同高度开始滚动,小球的加速度各不相同

C.伽利略设想,图中斜面的倾角越接近90°,小球沿斜面滚下的运动就越接近自由落体运动

D.伽利略认为,若发现斜面上的小球都做匀加速直线运动,则自由落体运动也是匀加速直线运动

6.(2021上海位育中学高一上期中)伽利略为了研究自由落体运动规律,将落体实验转化为著名的斜面实验。当时利用斜面做实验主要是考虑到              (　　)

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路程

C.实验时便于测量小球运动的时间

D.实验时便于测量小球运动的加速度

题组三　自由落体运动的研究与综合应用

7.如图所示,拿一个长约1.5 m的玻璃筒,一端封闭,另一端有开关,把金属片和小羽毛放到玻璃筒里。

把玻璃筒倒立过来,观察它们下落的情况;然后把玻璃筒里的空气抽出去,再把玻璃筒倒立过来,再次观察它们下落的情况。下列说法正确的是              (　　)

A.玻璃筒充满空气时,金属片和小羽毛下落得一样快

B.玻璃筒充满空气时,金属片和小羽毛均做自由落体运动

C.玻璃筒抽出空气后,金属片和小羽毛下落得一样快

D.玻璃筒抽出空气后,金属片比小羽毛下落得快

8.(2019湖南师大附中月考)高空坠物的破坏力很大,一块手掌大的西瓜皮从25楼高空抛下可能让人当场丧命,这样的悲剧在各地屡屡上演。一空罐头盒从某楼层上自由落下(忽略空气阻力),所用时间为2.0 s。(g取10 m/s2,楼层高度约为3 m)该罐头盒可能来自              (　　)

A.5层 B.8层 C.6层 D.10层

9.(2020江苏扬州高一上期末)如图所示,A、B两小球从不同高度,同时做自由落体运动。已知A的质量比B的大,则在两小球落地之前,下列说法正确的是              (　　)

A.A、B两小球可能在空中相撞

B.A、B两小球之间的距离越来越大

C.A、B两小球的速度差越来越大

D.A、B两小球速度变化的快慢相同

10.(2019河南郑州一中高一上期末)(多选)科技馆中的一个展品如图所示,在较暗处有一个不断均匀滴水的水龙头,在一种特殊的间歇闪光灯的照射下,若使间歇闪光时间间隔正好与水滴从A下落到B的时间相同,可以看到一种奇特的现象:水滴似乎不再下落,而是像固定在图中的A、B、C、D四个位置不动。对出现的这种现象,下列描述正确的是(g取10 m/s2)              (　　)

A.水滴在下落过程中通过相邻两点之间的时间满足tAB<tBC<tCD

B.间歇闪光的时间间隔是 s

C.水滴在相邻两点之间的位移满足sAB∶sBC∶sCD=1∶3∶5

D.水滴在各点的速度之比满足vB∶vC∶vD=1∶4∶9

11.如图所示是某课题研究小组进行自由落体运动实验时,用频闪照相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)请你对观察到的现象进行解释。

12.(2020江苏东台高一上期中)如图所示,木块从光滑的斜面上的A点以a1=2 m/s2的加速度由静止开始下滑,与此同时小球在C点的正上方与C点相距h=20 m处自由落下,木块以不变的速率途经斜面底端B点后继续在粗糙的水平面上运动,加速度为a2,木块在C点恰好与自由下落的小球相遇,若斜面上AB段长L1=1 m,水平面上BC段长L2=1.2 m,不计空气阻力,试求:(g=10 m/s2)

(1)小球下落到地面的时间;

(2)木块运动到B点时速度的大小和在BC段加速度a2的大小;

(3)相遇时木块的速度大小。

答案全解全析

基础过关练

1.D　伽利略根据光滑斜面上铜球下滑的运动规律,外推得出了自由落体运动是初速度为零的匀加速直线运动,不是用实验直接证实得到这个结论的。故选D。

2.B　质点和自由落体运动都是理想化模型,实际并不存在,但引入这些概念很有意义,可以使研究问题更为方便,A错误;伽利略开创了运用逻辑推理和实验相结合进行科学研究的方法,B正确;平均速度的定义运用了等效思想,C错误;伽利略定义了平均速度、瞬时速度,但时间不是伽利略首先定义的,D错误。故选B。

3.D　用质点来代替物体的方法是理想模型法,A错误;根据速度的定义式v=,当Δt趋近于零时,就可以表示物体在某时刻的瞬时速度,这里运用了极限思想法,B错误;在推导匀变速直线运动位移公式时,把整个运动过程等分成很多小段,然后将各小段位移相加,运用了微元法,C错误;伽利略根据铜球在斜面上的运动规律得出自由落体的运动规律,采用了实验和逻辑推理相结合的方法,D正确。故选D。

4.D　伽利略是通过理想斜面实验推断出自由落体运动是初速度为零的匀加速直线运动,故A错误;伽利略首先发现了亚里士多德的观点有相互矛盾的地方,故B错误;亚里士多德认为重的物体比轻的物体下落快,认为物体下落快慢与质量有关,故C错误;伽利略认为在没有空气阻力的情况下,物体的下落快慢与质量无关,即重物与轻物下落得一样快,故D正确。

5.B　题图所示实验是伽利略研究自由落体运动的实验,在本实验中,伽利略将实验和逻辑推理和谐地结合在一起,选项A、C、D所述正确。斜面倾角一定,从不同高度开始滚下,小球的加速度相同,故选项B所述是错误的。

6.C　由于伽利略时代靠滴水计时,不能测量较短的时间,因此他采用“冲淡”重力的方法,他让铜球沿阻力很小的斜面滚下,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,所以运动时间长,容易测量。故选C。

7.C　玻璃筒内有空气时,因为空气阻力对小羽毛的作用效果比对金属片的作用效果大,导致小羽毛和金属片的加速度不同,故A、B错误。玻璃筒内没有空气时,物体做自由落体运动,因为金属片和小羽毛下落的高度相同,加速度都为g,所以下落一样快,故C正确,D错误。

8.B　由h=gt2知罐头盒下落的高度为20 m,由于楼层高度约为3 m,所以=6.6,所以罐头盒可能来自8层,选项B正确。

9.D　因为两小球做自由落体运动,所以两小球下落的加速度为重力加速度,与小球质量无关,下落过程中,A、B速度变化的快慢相同,A、B不可能在空中相撞,故选项A错误,D正确。两小球同时做自由落体运动,设初始距离相差L,由x=gt2可知,A、B两小球之间的距离Δx=-gt2=L,所以两球之间的距离不变,故选项B错误。由v=gt可知,两球运动时间相同,则在相同时刻速度也相同,故选项C错误。

10.BC　由题目描述的物理情景可知:光源间歇发光,发光间隔可由h=gt2求出,t=,代入数据可得t= s,B对。由初速度为零的匀变速直线运动规律可知A错,C对,D错。

11.答案　见解析

解析　选图A

现象:从同一高度同时由静止释放的纸团和纸片,纸团下落得快,先落地。

解释:质量相等的纸团和纸片,纸片受到的空气阻力较大,不能忽略,纸片的运动不是自由落体运动,而纸团受到的空气阻力较小,可以忽略,其运动可以看成是自由落体运动。

选图B

现象:体积相等的铅球和木球,从同一高度同时由静止释放,它们同时落地。

解释:铅球和木球受到的空气阻力都可以忽略,它们的运动都可以看成是自由落体运动,所以同时落地。

12.答案　(1)2 s　(2)2 m/s　1.6 m/s2　(3)0.4 m/s

解析　(1)设小球运动至C点的时间为t,根据自由落体运动的位移-时间公式,有h=gt2

解得t=2 s。

(2)木块在斜面上运动到B点时速度大小为

vB== m/s=2 m/s

木块运动到B点的时间为t1== s=1 s

则木块在BC段运动的时间为t2=t-t1=(2-1) s=1 s

由位移公式得L2=vBt2+a2,解得a2=-1.6 m/s2,即加速度的大小为1.6 m/s2。

(3)由L2=t2,解得在C点相遇时木块速度大小为vC=0.4 m/s。