Question

理想实验的研究方法是进行科学研究的重要方法，许多物理学的规律和模型的产生都是在理想状态下推理得到的．比如：我们学习的牛顿第一定律就是理想实验研究方法得到的定律．牛顿曾研究过这样一个问题：他发现人掷出去的石头总会偏离掷出方向落回地面，于是牛顿提出了一个“大炮”的设想，后来他经过实验画出了“大炮”的草图（如图）--在地球的一座高山上架起一只水平大炮，以不同的速度将炮弹平射出去，射出速度越大，炮弹落地点就离山脚越远．在此基础上他推想：当射出速度足够大时，炮弹将会如何运动呢？牛顿通过科学的推理得出了一个重要的结论．这就是著名的“牛顿大炮”的故事，故事中牛顿实际也用到了理想实验的研究方法．请回答：
（1）为什么掷出去的石头总会偏离掷出方向落回地面？
（2）牛顿在该研究中依据的事实是______．
（3）牛顿当年推理得出的重要结论是______．
（4）如今，牛顿当年的推测已变成了现实，人们应用他的推论，利用现代科技制成了______．
（5）人造地球卫星的轨道示意图如图．它在大气层外环绕地球运行的过程中，重力势能和动能相互转化，机械能是守恒的．它在近地点的______能最小．

Answer

①理想实验法（又称想象创新法，思想实验法）是在实验基础上经过概括、抽象、推理得出规律的一种研究问题的方法．但得出的规律却又不能用实验直接验证，是科学家们为了解决科学理论中的某些难题，以原有的理论知识作为思想实验的“材料”，提出解决这些难题的设想作为理想实验的目标，并在想象中给出这些实验“材料”产生“相互作用”所需要的条件，然后，按照严格的逻辑思维操作方法去“处理”这些思想实验的“材料”，从而得出一系列反映客观物质规律的新原理，新定律，使科学难题得到解决，推动科学的发展．
②卫星的动能和势能大小的变化，从动能和势能大小的影响因素考虑．
【解析】
牛顿发现人掷出去的石头总会偏离掷出方向落回地面，我们知道这是重力作用的效果，是石头的重力改变了石头的运动方向．他从石头落回地面的距离不同，分析预测用相同的力去改变同一物体运动方向时，运动速度越大，物体的运动方向越不易改变，即物体的运动方向改变较小，会落回离掷出点更远的地方．所以牛顿设想：在地球的一座高山上架起一只水平大炮，以不同的速度将炮弹平射出去，射出速度越大，炮弹落地点就离山脚越远．于是牛顿通过科学的推理得出了一个重要的结论：抛出物体的速度足够大时，物体将离开地球，绕地球旋转，做圆周运动；现在随着现代科技的发展，人们应用他的推论，制成了人造地球卫星．
卫星在运行过程中质量不变，卫星在近地点和地球的相对距离最小，速度最大，近地点势能最小，动能最大．
故答案为：
（1）受到重力的作用．
（2）大炮将炮弹平射出去的速度越大，炮弹落地点就离山脚越远．
（3）炮弹射出的速度足够大时将不再落回地面，而是绕地球运动（或飞向宇宙）．
（4）人造地球卫星 （宇宙飞船）．
（5）重力势．