Question

15．利用光電計(jì)時(shí)器測量重力加速度．提供的實(shí)驗(yàn)器材有：鐵架臺(tái)、帶有刻度尺的鋼管、鋼球（線度很�。�、鋼球吸附器、兩個(gè)光電門、接鋼球用的小網(wǎng)，如圖所示．
（1）寫出實(shí)驗(yàn)原理；
（2）根據(jù)提供的實(shí)驗(yàn)器材，畫出實(shí)驗(yàn)裝置圖；
（3）寫出實(shí)驗(yàn)步驟，并寫明需要測量的物理量及計(jì)算g的公式．

Answer 1

分析 根據(jù)運(yùn)動(dòng)學(xué)位移與時(shí)間公式，結(jié)合平均速度的公式$\overline{v}$=$\frac{s}{t}$，及圖象的斜率含義，即可求出當(dāng)?shù)氐闹亓�加速度�?/p>

解答 解：（1）實(shí)驗(yàn)原理：
小球做初速度為零的勻加速直線運(yùn)動(dòng)，
由h=$\frac{1}{2}$gt²得：$\overline{v}$=$\frac{h}{t}$=$\frac{1}{2}$gt，
作$\overline{v}$-t圖象，根據(jù)圖線斜率k可求的重力加速度g=2k
（2）實(shí)驗(yàn)步驟：A．如圖所示安裝實(shí)驗(yàn)器材；
B．釋放小球，記錄小球從第一光電門下落到第二光電門之間的高度h和所用時(shí)間t，并填入設(shè)計(jì)好的表格中．
C．改變第二個(gè)光電門的位置，多次重復(fù)實(shí)驗(yàn)步驟B．
D．根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)作出$\overline{v}$-t圖象，并由此圖象求得重力加速度．根據(jù)圖線斜率k可求的重力加速度g=2k．
（3）方法一：固定上下光電門，測鋼球通過兩光電門時(shí)間，求出$\overline{v}$，
由$\overline{v}={v}_{0}+\frac{g{t}_{i}}{2}=\sqrt{2g{h}_{1}}+\frac{g{h}_{2}}{2\overline{v}}$求得：g=2${\overline{v}}^{2}$（$\sqrt{{h}_{1}+{h}_{2}}-\sqrt{{h}_{1}}$）²$\frac{1}{{h}_{2}^{2}}$．
其中h₁為鋼球到上面光電門的距離．
方法二：固定上面的光電門，每移動(dòng)一次下面的光電門，測鋼球通過兩光電門時(shí)間t_i，
由$\overline{v}=\frac{{h}_{2}}{{t}_{i}}={v}_{0}+\frac{g{t}_{i}}{2}$，作出$\overline{v}$-t圖，
由斜率求出g，其中h₂為兩光電門之間的距離．
答：（1）實(shí)驗(yàn)原理為自由落體規(guī)律．
（2）見右圖．
（3）如上所述．

點(diǎn)評 利用光電計(jì)時(shí)器測量重力加速度這個(gè)實(shí)驗(yàn)屬于教材的欄目“做一做”中，由此可知，對于教材上的這類拓展性實(shí)驗(yàn)，準(zhǔn)備參加自主招生的學(xué)生，有做一做的必要．另外，此題屬于開放性探究題，在平時(shí)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)步驟大多都是教師講授給學(xué)生的，而此題中實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)步驟是需要考生自己思考的．由此，對于想要參加自主招生的考生，有必要增強(qiáng)實(shí)驗(yàn)探究的自主性．