月球表面重力加速度【如何测定月球表面的重力加速度】

时间：2019-04-26 03:33:00　来源：雅意学习网本文已影响人

　　【摘要】在中学阶段，物理教学过程应该渗透这样的思想：解决问题的方法不是唯一的；采用不同的方法，得到的结论应该是相吻合的。倘若有一种方法得到的结论与其他方法得出的结论有差异，那么就要对产生差异的原因进行分析，科学地消除差异。
　　【关键词】课题探究；重力加速度
　　怎样才能理清各种物理量的关系，怎样才能快捷地找到解决问题的思路与方法，怎样培养学生的创新思维能力？需要老师在教学中做好引导工作。课题研究是一种很好的训练方式：给出一个开放式的问题，为学生的思维打开一个广阔的空间；鼓励学生用各种方法来解决问题，并对结果进行评价，得出最佳方案。下面就以“如何测定月球表面的重力加速度”为例来谈谈课题的研究方式。
　　首先，提出问题：怎样测量月球上的重力加速度？学生开始活跃，但思维很乱；及时提示：高中阶段跟重力加速度g有关的物理现象有哪些，在这些现象中与g有关的物理方程有哪些？把学生想到的现象和涉及的物理公式罗列出来：只受重力作用的自由落体运动和平抛运动：vy=gt；y=gt2；2gy=v2y； y2-y1=gT2。天体表面卫星做圆周运动的方程有：mg=G=ma向；单摆做简谐运动的周期公式为T=2π。
　　根据这些物理规律来测定月球表面的重力加速度，分别需要测量哪些物理量？怎样测量？学生回答：根据物理规律求出重力加速度的表达式，然后根据表达式来判断需要测量的物理量。由vy=gt得到g=，需要测出下落时间t时的竖直方向的速度vy；由y=gt2得到g=，需要测出下落的高度y以及下落过程中所用的时间t；由2gy=v2y得到g=，需要测出自由下落高度y时的速度vy；由y2-y1=gT2得到g=，需要测出连续相等时间T内竖直方向的位移差（y2-y1）。由mg=G得到g=，需要测出星的半径R和星球质量M；由mg=ma向得到g=a向，需要求出向心加速度a向。由T=2π得到g=，需要测出单摆的长度L和振动的周期T……
　　在确定需要测量的物理量之后，要求学生设计实验方案，测量表达式中的各个物理量，并对方案进行简单评价。
　　一、设计一个开关，用电磁铁吸住小铁球。启动装置后，电磁铁断电，小球做自由落体运动，同时开始计时；当小球经过光电门的时候，停止计时；测出下落的时间t和速度vy；根据g=计算。问题：断电之后，电磁铁的磁性并完全消失，小球仍受到磁力作用；光电门测出的速度是平均速度，而待测物理量vy应该是瞬时速度；停止计时的动作是如何完成的？
　　二、用光电门测出小球自由下落距离为y时的速度vy。根据计算。问题：除了用平均速度表示瞬时速度之外，还需要知道如何确定终点的位置，终点位置在光电门内部，如何测量小球下落的高度？
　　三、用打点计时器记录小球自由下落的过程。在纸带上量出小球自由下落的高度y及所用时间t，然后根据g= 进行计算。问题：纸带与打点计时器有摩擦力，如何减小误差？
　　四、用打点计时器测出自由落体的物体在连续相等时间T内的位移差（y2-y1）；根据g=进行计算。问题：跟方案三相同。
　　五、观察绕着月球做圆周运动的天体，测出圆周运动的半径R和周期T；根据G=mR求出月球的质量M=。用几何方法测出月球的半径r；再由g=求出月球表面的重力加速度。问题：月球有没有卫星？月球并不是一个标准的球体，几何方法测月球的半径是否准确？
　　六、让飞船在月球表面做匀速圆周运动，测出飞船的绕行周期T和月球的半径r；根据g=a向=r求出重力加速度。问题：在月球表面飞行，如何选择参考系用以确定飞船正好转过了一圈？月球有自转；对所测的周期有何影响？
　　七、用直尺和游标卡尺测出单摆的摆长L，用秒表测出单摆的n次全振动所用的时间为t，则周期T=；根据公式g=求出重力加速度。问题：全振动的次数越多越好，但单摆做阻尼振动的次数是有限的；如何延长单摆的振动次数？
　　针对方案中的问题，给出一些建议和新的方案：由于地球表面的重力加速度g是已知，可以利用这一条件进行测量。
　　建议一：制作一个平抛运动仪，用同一根弹簧使小球获得相同的水平初速度v0；测出小球在地球表面的水平射程x1；然后在月球表面测出小球的水平射程x2；由=求出月球表面的重力加速度g月=2g。
　　建议二：用单摆测重力加速度的方案，可否把一个钟摆带到月球上去？在地球表面，分针转一圈需要t1=3600s；在月球表面测出分针转一圈所需要的时间t2；由==解得g月=2g。
　　建议三：在地表面上用弹簧秤测出物体受到的重力大小为G1，在月球表面用同一个弹簧秤测出物体受到的重力大小为G2；由=可得到g月=g。
　　物理问题是没有标准答案的，评判方案是否合理有效，最简单的方法就是看看根据这个方案得到的结果与其他方法得到的结果是否一致。建议大家养成一题多解的习惯，以开放的思路来解决问题。物理教学目标是培养学生解决实际问题的能力和创新能力，课题研究的教学方法，可以不断寻找有效的途径来提升学生的物理综合素质。
　　（作者单位：江苏省苏州市高新区第一中学）

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