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例題精講 · 第 00815 題 · 對 T 作圖是曲線,對 T² 作圖才是直線

以自編示意 5 組單擺 (L, T²) 數據為材料,用線性化求斜率與重力加速度,回代計時整體滯後 0.020 s 時的斜率變化與 g 偏差,並說明截距口徑。

00815題號全 1000 篇 · 第 第136輪 / 第136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

T = 2π√(L/g) 對 L 是曲線,但兩邊平方得 T² = (4π²/g)·L,對 L 就是過原點的直線。把非線性關係「化曲為直」,斜率的物理意義才讀得出來;直接對 T–L 取斜率會得到一個隨 L 變化的量,沒法定 g。

自編示意 5 組數據(L 單位 m、T² 單位 s²):(0.250, 1.005)、(0.400, 1.610)、(0.550, 2.213)、(0.700, 2.815)、(0.850, 3.418)。數據為自編示意,不代表真實測量。

二、逐題精講

題1

題1 用首尾兩點求斜率、g 與截距,並說明為什麼用 T² 不用 T。

解析

k = (3.418 − 1.005)/(0.850 − 0.250) = 2.413/0.600 = 4.0217 s²/m,g = 4π²/k = 39.4784/4.0217 = 9.816 m/s²。

截距 b = 1.005 − 4.0217×0.250 = 0.0004,在取位內約為 0,符合「過原點」的理論式。若改用 T–L 作圖,斜率 ΔT/ΔL 會隨 L 增大而變小,讀不出常數 g,這正是線性化要解決的問題。

答案 k=4.0217 s²/m,g=9.816 m/s²,截距 0.0004≈0;須對 T² 作圖。

採分點 斜率 2 分、g 2 分、截距 1 分、線性化理由 1 分。

易錯點 拿 T 對 L 取斜率,或把 4π² 寫成 2π。

題2

題2 若每次計時整體滯後 0.020 s(所有 T 都加同一量),斜率與 g 怎麼變?

解析

首尾 T 分別為 √1.005 = 1.00250、√3.418 = 1.84878 s;各加 0.020 後為 1.02250、1.86878 s,平方得 1.04551、3.49234 s²。

新斜率 k′ = (3.49234 − 1.04551)/0.600 = 4.0781 s²/m,g′ = 39.4784/4.0781 = 9.681 m/s²,比 9.816 偏低 1.4%。恆定滯後使大 L 處的 T² 增量更大,斜率被抬高、g 被壓低,方向不能憑直覺反著報。

答案 k′=4.0781 s²/m,g′=9.681 m/s²,偏低 1.4%;斜率抬高、g 壓低。

採分點 兩個新 T² 各 1 分、新斜率 1 分、新 g 1 分、偏低 1 分、方向說明 1 分。

易錯點 寫成「滯後使 g 偏高」,把斜率與 g 的反向關係弄反。

三、規律小結與對照表

處理橫軸縱軸讀出的量
原關係LT斜率隨 L 變
線性化LT²k=4.0217
定 g—4π²/k9.816
滯後 0.020 sLT²k′=4.0781、g′=9.681

小結:先線性化再讀斜率;計時恆定滯後會抬高 k、壓低 g,方向按回代結果報,不憑直覺。

四、自測清單

  • 能寫出 T²=4π²L/g
  • 能說明線性化的必要性
  • 能由兩點求斜率
  • 能由斜率反算 g
  • 能求截距並判過原點
  • 能回代恆定滯後後的 g 偏差
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):歐姆擋中值電阻、分壓帶載、雙縫插片、化曲為直、最小二乘剔除與多普勒測速相關章節
  • 《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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聯招物理·化曲為直:T²–L 直線的斜率才是 g
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