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例題精講 · 第 00551 題 · 相鄰間距的「差」才是 gT²,不是間距本身

以四段自編示意頻閃位移為材料,用 Δs = gT² 的逐差法求重力加速度,回代四段間距,並討論把頻閃週期記錯一半造成的偏差。

00551題號全 1000 篇 · 第 第92輪 / 第92冊 輪
方向物理·實驗六向之一
題型自編仿真題逐題精講 · 采分點拆解

題目性質:自編仿真題——題目、材料、選項、數據與情境均為按課程標準與聯招常見考點獨立編寫的原創仿真題,非真題原文,未取自任何題庫、教輔或試卷;解析與採分點為教研整理,非官方評分標準。

例題精講 · 物理實驗

一、考點定位與做題順序

頻閃照相每隔相同時間 T 記一次位置,得到的是「相鄰兩段位移」s1、s2、s3……。勻變速運動裡這些位移構成等差數列,公差才是 gT²:Δs = s(n+1) − s(n) = gT²。這個「逐差」把初速度消掉了,所以不必知道第一幀時物體是不是從靜止開始。

注意 s1 本身不是 gT²,只有相鄰差才是。自編示意讀數:T = 0.04 s,四段位移 1.96、3.528、5.096、6.664 cm,均為自編示意,不代表真實拍攝數據。

二、逐題精講

題1

題1 由四段相鄰位移求重力加速度,並驗證逐差是否恆定。

解析

逐差:s2−s1 = 3.528−1.96 = 1.568 cm,s3−s2 = 5.096−3.528 = 1.568 cm,s4−s3 = 6.664−5.096 = 1.568 cm,三段差相同,說明讀數自洽、確實是勻加速。

把公差換成米:Δs = 1.568 cm = 0.01568 m。由 Δs = gT² 得 g = 0.01568 / (0.04)² = 0.01568/0.0016 = 9.8 m/s²。

回代核驗:四段平均位移 = (1.96+3.528+5.096+6.664)/4 = 4.312 cm;按 s_n = s1 + (n−1)Δs 反推第二段 1.96+1.568 = 3.528 cm、第三段 3.528+1.568 = 5.096 cm、第四段 5.096+1.568 = 6.664 cm,四段全閉合。若直接拿 s1 當 gT²,會得 1.96/0.01/0.0016 量級完全不對的數,這是最典型的錯法。

答案 逐差恆為 1.568 cm,g = 9.8 m/s²;四段按 s1+(n−1)Δs 全部回代成立

採分點 三段逐差各 1 分;說明 Δs=gT² 而非 s=gT² 2 分;單位換算 1 分;g = 9.8 2 分;四段回代 2 分

易錯點 把第一段位移 s1 直接除以 T²;釐米忘記換米

題2

題2 若把頻閃週期誤記為 0.02 s(實際是 0.04 s),算出的 g 是多少?偏大多少?

解析

仍用同一逐差 Δs = 0.01568 m,但 T² 變成 (0.02)² = 0.0004 s²,得 g′ = 0.01568/0.0004 = 39.2 m/s²。

相對偏差 = (39.2 − 9.8)/9.8 = 300.0%。因為 g 與 T² 成反比,週期記成一半,結果放大 4 倍、淨偏大 3 倍即 300.0%,與「偏大 300%」一致。

回代核驗:39.2/9.8 = (0.04/0.02)² = (0.04/0.02)² = 4.0,閉合。這也說明週期是平方項, slightest 記錯會被放大;若把週期記成兩倍,g 反而只剩四分之一。

答案 g′ = 39.2 m/s²,偏大 300.0%(放大 4 倍)

採分點 錯誤週期代入 2 分;g′ = 39.2 2 分;平方反比說明 2 分;相對偏差 300.0% 2 分;比值回代 1 分

易錯點 把偏差說成 2 倍而不是 4 倍;用錯週期卻仍拿 9.8 當分母算別的量

三、規律小結與對照表

量讀數/公式結果易錯
逐差s(n+1)−s(n)1.568 cm誤用 s1
週期平方T²0.0016 s²記成 0.0004
gΔs/T²9.8 m/s²單位未換米
平方反比(T/T2)²4.0說成 2 倍

小結:先算相鄰位移的差、確認它恆定,再用 Δs=gT²。本例逐差 1.568 cm 給 g=9.8 m/s²;週期減半會把結果放大到 39.2、偏大 300.0%。讀數均為自編示意,不代表真實拍攝數據。

四、自測清單

  • 知道逐差 Δs=gT² 而不是單段位移
  • 能驗證三段逐差恆定
  • 能把釐米換成米再代入
  • 能由 T² 反比解釋週期記錯的放大
  • 會算相對偏差與倍數回代
  • 不把頻閃週期當成單段運動時間
編寫說明與學科依據

本文為備考教研體例稿:題目系按課程標準與聯招常見考點範圍編寫的仿真練習題,非真題原文;文中案例為示意內容,非真實記錄;文末欄目為學科依據說明,非逐條引文。涉及報考、錄取、證件、居留、資助等事項,一律以當年官方文件與學校正式通知為準。

學科依據:

  • 人教版高中教材(物理):交變電流、光學、動量、剛體轉動、簡諧振動與測量誤差相關章節
  • 《普通高等學校聯合招收華僑港澳臺學生考試大綱(物理科)》:相關考點考查範圍(僅作命題範圍參照,本文題目未與真題逐題比對)
  • 編寫說明:題目、選段、選項、數據與解析均為按常見考點獨立編寫的原創仿真題,未取自任何題庫、教輔或試卷;採分點為教研整理,非官方評分標準

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