拓展创新
思想实验
“思想实验”是在真实的科学实验的基础上,抓住主要因素,忽略次要因素的影响,对实际过程作出更深入的抽象分析。作为一种抽象思维的方法,它可以使人们对实际的科学实验有更深刻的理解,可以进一步揭示出客观现象和过程之间内在的逻辑联系,并由此得出重要的结论。
作为经典力学基础的惯性定律,就是“思想实验”的一个重要结论。这个结论是不能直接从实验中得出的。伽利略曾注意到,如图8.1-7所示,当一个球从一个斜面上自由滚下而又滚上第二个斜面时,球在第二个斜面上所达到的高度同它在第一个斜面上开始滚下时的高度几乎相等。伽利略断定高度上的这一微小差别是由于摩擦产生的,如能将摩擦完全消除的话,高度将恰好相等。然后,他推想,在完全没有摩擦的情况下,不管第二个斜面的倾斜度多么小,球在第二个斜面上总要达到相同的高度。最后,如果第二个斜面的倾斜度完全消除了,那么球从第一个斜面上滚下来之后,将以恒定的速度在无限长的平面上永远不停地运动下去。这个实验是无法实现的,因为永远也无法将摩擦完全消除掉。但是,伽利略由此得到的结论,却打破了自亚里士多德以来多年间关于受力运动的物体,当外力停止作用时便归于静止的陈旧观念,为近代力学的建立奠定了基础。后来,这个结论被牛顿总结为运动第一定律,即惯性定律。
“思想实验”在自然科学的理论研究中有着重要的作用。但是,“思想实验”的方法也有一定的局限性。“思想实验”只是一种逻辑推理的思维过程,它的作用只限于逻辑上的证明与反驳,而不能用来作为检验认识正确与否的标准。相反,由“思想实验”所得出的任何推论,都必须由观察或实验的结果来检验。

请根据上述材料,回答下列问题。
(1)在我们学过的实验中,采用“思想实验”这种研究方法的还有。
(2)下面是伽利略斜面实验打乱后的步骤:
①减小第二个斜面的倾角,小球在这个斜面上仍然要达到原来的高度;
②两个对接的斜面,让静止的小球沿一个斜面自由滚下,小球将滚上另一个斜面;
③如果没有摩擦,小球将上升到原来释放时的高度;
④继续减小第二个斜面的倾角,最后使它成水平面,小球要沿水平面做持续的匀速直线运动。
在上述的实验步骤中,有一个是实验事实,其余是推论,属于可靠实验事实的是(填序号)。上述“思想实验”的设想步骤按正确的顺序排列是(填序号)。
(3)牛顿第一定律表明,力是(填“维持”或“改变”)物体运动状态的原因。

探究声音能否在真
空中传播
②
②③①④
改变

【分析】
1. 第(1)问：回忆所学实验中采用思想实验（理想实验）的类型，这类实验无法完全通过真实实验实现，需结合实验现象推理得出结论，比如探究声音传播条件的实验，因为无法创造绝对真空，是通过实验加推理得出结论。
2. 第(2)问：实验事实是可实际操作完成的步骤，步骤②是真实能实现的实验，其余是理想情况下的推论。排序需遵循从实际实验到理想推理的逻辑：先做实际实验②，再假设无摩擦的推论③，接着减小斜面倾角的推论①，最后推导出水平面的情况④。
3. 第(3)问：根据牛顿第一定律，物体不受力时保持原有运动状态，说明力不是维持运动的原因，而是改变运动状态的原因。
【解析】
(1) 探究声音能否在真空中传播的实验中，无法真正创造真空环境，通过逐渐抽出空气时声音逐渐减弱的现象，推理得出真空不能传声，该实验采用了思想实验的方法。
(2) 步骤②是可实际操作的实验事实；正确的逻辑顺序为：先进行实际实验②，再假设无摩擦得出推论③，接着减小第二个斜面倾角得出推论①，最后推导出水平面的情况④，即顺序为②③①④。
(3) 牛顿第一定律表明，物体不受力时会保持匀速直线运动状态或静止状态，说明力是改变物体运动状态的原因，而非维持运动的原因。
【答案】
(1) 探究声音能否在真空中传播
(2) ②；②③①④
(3) 改变
【知识点】
1. 理想实验法
2. 牛顿第一定律
3. 力与运动的关系
【点评】
本题考查思想实验法的应用及牛顿第一定律的核心内容，需要区分实验事实与逻辑推论，理解物理研究中理想推理的思维过程，同时明确力与运动的本质关系，有助于提升科学思维能力。
【难度系数】
0.6