闪光照相能测出重力加速度吗？_教法学法-查字典物理网

一、引言

高中物理必修课本中，在研究自由落体运动的性质时，介绍了闪光照相的方法，并且在首页提供了自由落体运动小球的彩色闪光照片。照片上的像是相隔1／30秒拍摄的。引导学生观察照片不难看出，①在相等的时间间隔内，小球下落的位移越来越大，表明小球做加速直线运动。②让学生用刻度尺量出标有编号的相邻的相等时间内的各段位移的大小，记下某一组数据为S_n＝5．2mm，S_n+1＝6．0mm，S_n+2＝6．8mm，S_n+3＝7．6mm，S_n+4＝8．4mm

显然，S_n+1－S_n＝S_n+－S_n+＝S_n+－S_n+＝S_n+－S_n+＝……＝0．88mm＝8×10^－4m

即相邻的相等时间内的位移差相等。可见，自由落体运动为匀加速直线运动。

二、测自由落体运动的加速度

通过分析闪光照片证明自由落体运动是匀加速直线运动后，如何测得自由落体运动的加速度成为本节课的重点。为学生提供打点记时器、学生电源、重锤、纸带、铁架台、尺、金属球、长绳、秒表等器材，让学生自由组合，设计实验，测加速度。学生选择的方法大致有三种。

1、打点计时由于在此前学生已经具备了用打点计时法研究匀变速直线运动，测加速度的基础，加之实验器材的诱导，选择该方法的学生人数最多。通过测出相邻的等时间内的位移S_n、S_n+1、……由g＝（S_n+1－S_n）／T²（T＝0．02s）求得加速度约为9．8m／s²。

2、户外实验

课前进行过认真预习的学生，受到课本中例题、习题的启发，他们选择了金属球、长绳、卷尺、秒表等器材，走到室外，爬上楼顶，让金属球做自由落体运动，测出高度h和下落时间t，由公式h＝gt²／2求得g约为9．8m／s²。

3、闪光照相在大家忙于实验时，有一个学生独自坐在座位上，脸上露出得意的神情。原来他走了“捷径”，直接用前面从闪光照片上测得的数据，由g＝（S_n+1－S_n）／T²（T＝1／30s）

求得g＝8×10^－4／（1／30）²＝0．72m／s²。

由于这一数据与其他同学的实验结果相差甚远，自然遭到大家的反对。然而，谁都无法帮他找到错误的原因。

为什么用打点计时法得到的纸带上的数据能得出正确的结果，而用闪光照片上测得的数据求出的答案会错呢？为了帮助学生解开疑团，用扫描仪将课本上的闪光照片输入电脑，再通过投影仪投射到投影幕上。利用电脑交换画面的尺寸，投影照片大小不同时，测出的S_n、S_n+1便不同，代入公式求得加速度也不同。使学生明白了经过拍摄、冲洗过程的闪光照片上各点的间距与小球运动的实际间距不同，这之间存在着一定比例的缩小。

三、闪光照相能测出重力加速度吗？

闪光照相能否测出自由落体运动的加速度，即重力加速度？学生中展开了激烈的讨论。问题的焦点集中在如何从照片上获得小球下落过程中各点间的实际距离？办法只有一个，那就是设法得到拍摄过程中像、物之间的缩小比例。向出版社索取原始数据显然是困难的。同学们建议自己动手做。于是，我们开辟了第二课堂，为学生提供各种条件，开放实验室，放手让学生进行实验。总结这一活动，主要包括以下几个方面。

1、设计试验，理解原理

学生在实验室老师的指导下，根据提供的实验器材，设计小球自由落体运动的实验，了解了通过电磁控制实现小球自动下落以及每隔1／30秒自动进行闪光照相的奥妙，进一步理解了实验原理。

2、进行实验，提高技能

在实验过程中，学生既要完成小球自由落体实验，又要进行照片拍摄、冲洗等工作，还要做好各方面的协调，这必然使他们经受锻炼，提高技能。

3、开动脑筋，获取比例

在如何获取像、物缩小比例的问题上，学生们也是开动脑筋，各显神通。有的直接通过测量物距、像距，求像、物距的比，有的在实验装置旁设置一根标尺，还有的则在不改变物距、像距的情况下，为一位同学拍摄一张全身像，求出像长与身高的比。充分显示了他们的聪明才智。

4、理论计算，求得结果

得到像、物缩小比例k后，从拍摄的闪光照片上测出S_n、S_n+1，……

由g＝(1／k)（S_n+1－S_n）／T²（T＝1／30s）

求得重力加速度约为9．m／s²。

四、总结

通过这种形式的教学活动，不仅使学生掌握了用闪光照相测重力加速度的方法，更重要的是调动了学生学习的主动性和积极性，为他们提供了实践的机会，使他们的综合能力得到了提高，符合素质教育的要求。同时，也是将课堂教学向课外延伸的尝试。