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天体与航天运动是高中物理一重要章节，其中一定涉及到星球表面重力加速度g，而高中物理高考必考实验之一验证机械能守恒定律中也有重力加速度g这一物理量。由此联想，根据机械能守恒定律这一原理，通过三种实验方案可计算出当地重力加速度的值，以此拓展学生的思维能力，落实高中物理的核心素养教学。
一、天体与航天运动涉及重力加速度的三种情景
在复习高三物理天体与航天运动章节中，一定涉及到星球表面重力加速度g，继而牵涉黄金代换公式gR2=GM的分析及计算，难度中等，请看下面训练题。
1.如图所示，宇航员站在某质量分布均匀的星球表面一斜坡上的P点沿水平方向以初速度v0抛出一个小球，测得小球经时间t落到斜坡上另一点Q，斜面的倾角为α，已知该星球半径为R，万有引力常量为G，求：
（1）该星球表面的重力加速度g；
（2）该星球的第一宇宙速度v；
（3）人造卫星在该星球表面做匀速圆周运动的最小周期T。
2.（2015年高考海南卷）若在某行星和地球上相对于各自水平地面附近相同的高度处、以相同的速率平抛一物体，它们在水平方向运动的距离之比为 。已知该行星质量约为地球的7倍，地球的半径为R，由此可知，该行星的半径为____。
A. B. C. 2R D. 。
3.某行星半径R=2440km，行星周围没有空气且忽略行星自转。若某宇航员在距行星表面h=1.25m处由静止释放一物块，经t=1s后落地，则此行星____。（A.表面重力加速度为10m/s2 B.表面重力加速度为5m/s2 C.第一宇宙速度大约为2.47km/s D.第一宇宙速度大约为78m/s）
经分析，解这类题的关键是求出星球表面重力加速度，解题思路一样，只是出题的情景不同。第1、2两题情景是平抛运动；第3题情景是自由落体。这三种情景都涉及同一物理量重力加速度g，而高中物理高考必考实验之一验证机械能守恒定律中也有重力加速度g这一物理量。由此联想，根据机械能守恒定律这一原理，通过三种实验方案可计算出当地重力加速度的值。
二、测量当地重力加速度的三种实验方案
1.平抛运动方案
如下图甲，由y= gt2和x=v0t得 直接用尺测量出y和x值，间接测量出v0（光电门或机械能守恒 ）。
甲
例1 .某同学利用钢球的平抛运动测定当地重力加速度。
（1）使用如图甲所示的游标卡尺前应先将卡口合拢，检查游标尺和主尺的___是否对齐。用已检查好的游标卡尺测量钢球的直径d时，如图乙所示d=___mm。
（2）如图丙所示，将光电门固定在桌子边缘，测量桌面离地高度H；钢球通过光电门的挡光时间Δt，抛出后落地点到桌子边缘的水平距离x。请写出重力加速度的表达式g=______（用测量的物理量符号表示）。
（3）如果光电门安装在离粗糙桌面边缘一段距离处，则重力加速度g的测量值__________真实值（选填“>”、“=”或“<”）。
答案：（1）零刻度线 5.0 ；（2） ；（3）>。
2.自由落体方案
如下图：图甲，测量两光电门间距H，并根据 求得小球经过两光电门的速度v1和v2，由mgH= mv22- mv12，可以求出g值。图乙，测量纸帶相距较远两点重物下落高度H，并根据纸带数据求得对应两点速度和，由mgH= mv22- mv12，可以求出g值。
甲 乙
例2 .某兴趣小组的同学利用自由落体运动测量当地的重力加速度，实验器材有：铁架台、光电门1和2组成的光电计时器、小球释放器（可使小球无初速度释放）、网兜、直尺、三角板。如图甲所示，实验时可用光电计时器测量小球从光电门1运动至光电门2的时间t，并用刻度尺在竖直杆上测出两光电门间的距离h。
（1）使用直尺测量小球的直径如图乙所示，则小球直径d为____cm。
（2）保持光电门1的位置不变，改变光电门2的位置，小球经过光电门1的速度为v0，测得小球从光电门1运动至光电门2的时间为t，不考虑空气阻力，小球的加速度为重力加速度g，则两光电门间的距离h=____（用t、g、v0表示）。
（3）根据实验数据作出 -t图线，若图线斜率的绝对值为k，根据图线可求出重力加速度大小为____。
答案：（1）1.15；（2）v0t gt2；（3）2k。
3.竖直上抛方案
例3 .某课外活动小组利用竖直上抛运动测量当地重力加速度。
（1）某同学用20分度游标卡尺测量小球的直径，读数如图甲所示，小球直径d=____cm。
（2）图乙所示弹射装置将小球竖直向上抛出，先后通过光电门A、B，计时装置测出小球通过A、B的时间分别为ΔtA、ΔtB。用刻度尺测出光电门A、B问的距离h，已知小球的质量为m，当地的重力加速度为g的表达式：____（用题目中给出的物理量符号表示）。
答案：（1）1.020cm；（2） 。
例4 .如图所示，是一种较精确测重力加速度g值的方法：将下端装有弹射装置的真空玻璃直管竖直放置，玻璃管足够长，小球竖直向上被弹出，在O点与弹簧分离，然后返回。在O点正上方选取一点P，利用仪器精确测得OP间的距离为H，从O点出发至返回O点的时间间隔为T1，小球两次经过P点的时间间隔为T2.求：
（1）重力加速度g；
（2）若O点距玻璃管底部的距离为L0，玻璃管最小长度L。
答案：（1） ；（2） 。
以上三种方案和对应例题充分展示了如何测量当地重力加速度g，有利于拓展学生的思维能力，也提醒学生在平时的复习中多总结反思归纳发散，建构知识网络。
高考物理实验源于教材，而又高于教材，具有创新性，充分体现高中物理的核心素养。只有我们教师平时多留意多总结多归纳，本身具备物理核心素养，将其落实到教学活动中，才能引导学生积极主动参与到科学实验探索过程中。教师引导学生模拟科学家分析问题、解决问题的过程，使学生体会到科学家如何面对疑难情境，学会搜集和加工需要的新资料，最终达到问题解决的探究过程，从而获得在真实生活情境中发现问题、分析问题、解决问题的能力的教学活动，最终实现学生的创新精神和实践能力的培养目标以及教师提高教育教学水平和质量。
一、天体与航天运动涉及重力加速度的三种情景
在复习高三物理天体与航天运动章节中，一定涉及到星球表面重力加速度g，继而牵涉黄金代换公式gR2=GM的分析及计算，难度中等，请看下面训练题。
1.如图所示，宇航员站在某质量分布均匀的星球表面一斜坡上的P点沿水平方向以初速度v0抛出一个小球，测得小球经时间t落到斜坡上另一点Q，斜面的倾角为α，已知该星球半径为R，万有引力常量为G，求：
（1）该星球表面的重力加速度g；
（2）该星球的第一宇宙速度v；
（3）人造卫星在该星球表面做匀速圆周运动的最小周期T。
2.（2015年高考海南卷）若在某行星和地球上相对于各自水平地面附近相同的高度处、以相同的速率平抛一物体，它们在水平方向运动的距离之比为 。已知该行星质量约为地球的7倍，地球的半径为R，由此可知，该行星的半径为____。
A. B. C. 2R D. 。
3.某行星半径R=2440km，行星周围没有空气且忽略行星自转。若某宇航员在距行星表面h=1.25m处由静止释放一物块，经t=1s后落地，则此行星____。（A.表面重力加速度为10m/s2 B.表面重力加速度为5m/s2 C.第一宇宙速度大约为2.47km/s D.第一宇宙速度大约为78m/s）
经分析，解这类题的关键是求出星球表面重力加速度，解题思路一样，只是出题的情景不同。第1、2两题情景是平抛运动；第3题情景是自由落体。这三种情景都涉及同一物理量重力加速度g，而高中物理高考必考实验之一验证机械能守恒定律中也有重力加速度g这一物理量。由此联想，根据机械能守恒定律这一原理，通过三种实验方案可计算出当地重力加速度的值。
二、测量当地重力加速度的三种实验方案
1.平抛运动方案
如下图甲，由y= gt2和x=v0t得 直接用尺测量出y和x值，间接测量出v0（光电门或机械能守恒 ）。
甲
例1 .某同学利用钢球的平抛运动测定当地重力加速度。
（1）使用如图甲所示的游标卡尺前应先将卡口合拢，检查游标尺和主尺的___是否对齐。用已检查好的游标卡尺测量钢球的直径d时，如图乙所示d=___mm。
（2）如图丙所示，将光电门固定在桌子边缘，测量桌面离地高度H；钢球通过光电门的挡光时间Δt，抛出后落地点到桌子边缘的水平距离x。请写出重力加速度的表达式g=______（用测量的物理量符号表示）。
（3）如果光电门安装在离粗糙桌面边缘一段距离处，则重力加速度g的测量值__________真实值（选填“>”、“=”或“<”）。
答案：（1）零刻度线 5.0 ；（2） ；（3）>。
2.自由落体方案
如下图：图甲，测量两光电门间距H，并根据 求得小球经过两光电门的速度v1和v2，由mgH= mv22- mv12，可以求出g值。图乙，测量纸帶相距较远两点重物下落高度H，并根据纸带数据求得对应两点速度和，由mgH= mv22- mv12，可以求出g值。
甲 乙
例2 .某兴趣小组的同学利用自由落体运动测量当地的重力加速度，实验器材有：铁架台、光电门1和2组成的光电计时器、小球释放器（可使小球无初速度释放）、网兜、直尺、三角板。如图甲所示，实验时可用光电计时器测量小球从光电门1运动至光电门2的时间t，并用刻度尺在竖直杆上测出两光电门间的距离h。
（1）使用直尺测量小球的直径如图乙所示，则小球直径d为____cm。
（2）保持光电门1的位置不变，改变光电门2的位置，小球经过光电门1的速度为v0，测得小球从光电门1运动至光电门2的时间为t，不考虑空气阻力，小球的加速度为重力加速度g，则两光电门间的距离h=____（用t、g、v0表示）。
（3）根据实验数据作出 -t图线，若图线斜率的绝对值为k，根据图线可求出重力加速度大小为____。
答案：（1）1.15；（2）v0t gt2；（3）2k。
3.竖直上抛方案
例3 .某课外活动小组利用竖直上抛运动测量当地重力加速度。
（1）某同学用20分度游标卡尺测量小球的直径，读数如图甲所示，小球直径d=____cm。
（2）图乙所示弹射装置将小球竖直向上抛出，先后通过光电门A、B，计时装置测出小球通过A、B的时间分别为ΔtA、ΔtB。用刻度尺测出光电门A、B问的距离h，已知小球的质量为m，当地的重力加速度为g的表达式：____（用题目中给出的物理量符号表示）。
答案：（1）1.020cm；（2） 。
例4 .如图所示，是一种较精确测重力加速度g值的方法：将下端装有弹射装置的真空玻璃直管竖直放置，玻璃管足够长，小球竖直向上被弹出，在O点与弹簧分离，然后返回。在O点正上方选取一点P，利用仪器精确测得OP间的距离为H，从O点出发至返回O点的时间间隔为T1，小球两次经过P点的时间间隔为T2.求：
（1）重力加速度g；
（2）若O点距玻璃管底部的距离为L0，玻璃管最小长度L。
答案：（1） ；（2） 。
以上三种方案和对应例题充分展示了如何测量当地重力加速度g，有利于拓展学生的思维能力，也提醒学生在平时的复习中多总结反思归纳发散，建构知识网络。
高考物理实验源于教材，而又高于教材，具有创新性，充分体现高中物理的核心素养。只有我们教师平时多留意多总结多归纳，本身具备物理核心素养，将其落实到教学活动中，才能引导学生积极主动参与到科学实验探索过程中。教师引导学生模拟科学家分析问题、解决问题的过程，使学生体会到科学家如何面对疑难情境，学会搜集和加工需要的新资料，最终达到问题解决的探究过程，从而获得在真实生活情境中发现问题、分析问题、解决问题的能力的教学活动，最终实现学生的创新精神和实践能力的培养目标以及教师提高教育教学水平和质量。