Question

13．利用光電計時器測量重力加速度的實驗裝置如圖．所給器材有：固定在底座上帶有刻度的豎直鋼管，鋼球吸附器（固定在鋼管頂端，可使鋼球在被吸附一段時間后由靜止開始自由下落），兩個光電門（用于測量鋼球從第一光電門到第二光電門所用的時間間隔），接鋼球用的小網．
實驗時，將第一光電門固定在靠近鋼球開始下落的位置．測量并求出鋼球下落不同路程的平均速度，通過作圖得出重力加速度的數值．
（1）寫出實驗原理；
（2）寫出實驗步驟，并指明需測量的物理量．

Answer 1

分析 根據運動學位移與時間公式，結合平均速度的公式$\overline{v}=\frac{s}{t}$，及圖象的斜率含義，即可求出當地的重力加速度．

解答 解：（1）實驗原理：小球做初速度為零的勻加速直線運動，
由$h=\frac{1}{2}g{t^2}$，得$\overline{v}=\frac{h}{t}=\frac{1}{2}gt$，作$\bar v-t$圖象，
根據圖線斜率k可求的重力加速度g=2k
（2）實驗步驟：A．如圖所示安裝實驗器材；
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和所用時間t，并填入設計好的表格中．
C．改變第二個光電門的位置，多次重復實驗步驟B．
D．根據實驗數據作出$\bar v-t$圖象，并由此圖象求得重力加速度．根據圖線斜率k可求的重力加速度g=2k．
答：如上述所示．

點評 利用光電計時器測量重力加速度這個實驗屬于教材的欄目“做一做”中，由此可知，對于教材上的這類拓展性實驗，準備參加自主招生的學生，有做一做的必要．另外，此題屬于開放性探究題，在平時的實驗教學中，實驗原理、實驗步驟大多都是教師講授給學生的，而此題中實驗原理、實驗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，有必要增強實驗探究的自主性．