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例題精講 · 第 00893 題 · 自編示意 ω=10.0 rad/s 的液麵方程兩路反解

以一組自編示意旋轉液體兩半徑處的液麵高度為材料,由 h(r)=h₀+ω²r²/(2g) 反解重力加速度與中心高度,並用兩條路徑互驗;角速度、半徑與讀數均為自編示意。

00893題號全 1000 篇 · 第 第149輪 / 第149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

勻速旋轉液體的液麵滿足 h(r)=h₀+ω²r²/(2g)。兩半徑作差可消掉未知的中心高度 h₀,直接反解 g,這就是兩點法的價值。 本講用一組自編示意讀數,把半徑平方差、高度差、g 與 h₀ 串成兩路可回代的鏈,並明確示意 g 不取 9.8。

二、逐題精講

題1

自編示意 ω=10.0 rad/s,r₁=0.0400 m 處液麵高 h₁=0.0200 m,r₂=0.0800 m 處 h₂=0.0600 m。求 Δ(r²)、Δh 與重力加速度 g。

解析

Δ(r²)=r₂²−r₁²=0.0800²−0.0400²=0.0064−0.0016=0.0048 m²;Δh=h₂−h₁=0.0600−0.0200=0.0400 m。 由 h₂−h₁=ω²(r₂²−r₁²)/(2g) 得 g=ω²Δ(r²)/(2Δh)=100×0.0048/(2×0.0400)=0.48/0.08=6.00 m/s²。本題為自編示意體系,g 不取 9.80,正文與答案都按 6.00 使用。

答案 Δ(r²)=0.0048 m²,Δh=0.0400 m,g=6.00 m/s²(示意)。

採分點 兩個差值各 2 分;兩點法列式 3 分;g 計算 2 分;示意口徑說明 1 分。

易錯點 直接用 h₁=ω²r₁²/(2g) 會漏掉 h₀,把 g 算成 4.00;把 Δ(r²) 寫成 (r₂−r₁)²=0.0016 是常見代數錯。

題2

求中心高度 h₀ 與拋物線係數,並用兩條路徑互驗中心高度。

解析

h₀=h₁−ω²r₁²/(2g)=0.0200−100×0.0016/(2×6.00)=0.0200−0.1600/12=0.006667 m。 獨立路徑用 r₂:h₀=h₂−ω²r₂²/(2g)=0.0600−100×0.0064/12=0.0600−0.053333=0.006667 m,兩路閉合。拋物線係數 ω²/(2g)=100/12=8.333333 m⁻¹,也等於 Δh/Δ(r²)=0.0400/0.0048=8.333333,第三條路徑仍一致。 數值回代核驗(按題面原始參數逐項獨立重算,每項另以一條獨立路徑互驗):半徑平方差(兩半徑平方作差)= 0.0048;高度差(兩處液麵高度之差)= 0.04;角速度平方(示意角速度自乘)= 100;重力加速度(兩點法反解示意 g)= 6;中心高度(由 r₁ 處高度回代中心高度)= 0.006667;拋物線係數(ω²/(2g) 與 Δh/Δ(r²) 兩路)= 8.333333

答案 h₀≈0.006667 m,係數 8.333333 m⁻¹,三路閉合。

採分點 r₁ 路徑 3 分;r₂ 路徑 3 分;係數兩路 2 分;閉合說明 2 分。

易錯點 把係數寫成 0.04/0.0016=25(用了 (r₂−r₁)²)會與兩條高度路徑同時矛盾,是報警信號。

三、規律小結與對照表

量主路徑獨立路徑數值
Δ(r²)0.0800²−0.0400²0.0064−0.00160.0048 m²
Δh0.0600−0.02000.040.0400 m
ω²10.0²100100
gω²Δ(r²)/(2Δh)0.48/0.086.00 m/s²
h₀(r₁ 路徑)h₁−ω²r₁²/(2g)0.0200−0.1600/120.006667 m
拋物線係數ω²/(2g)Δh/Δ(r²)8.333333 m⁻¹

兩點法作差消掉中心高度,是旋轉液麵反解 g 的關鍵;再用兩個半徑分別回代 h₀ 能立刻發現 Δ(r²) 寫錯。本講角速度、半徑與讀數均為自編示意,g=6.00 不代表真實重力加速度。

四、自測清單

  • Δ(r²) 是否為平方差而非差平方
  • Δh 是否為兩高度之差
  • 是否用兩點法消去 h₀
  • g 是否按 ω²Δ(r²)/(2Δh)
  • 是否註明示意 g 不取 9.80
  • 中心高度兩路是否閉合
  • 拋物線係數兩路是否一致
  • 是否識別 25 這個報警值

五、數值回代明細

按題面原始參數逐項重算(構造時另以一條獨立路徑互驗一致):半徑平方差 = 0.0048;高度差 = 0.04;角速度平方 = 100;重力加速度 = 6;中心高度 = 0.006667;拋物線係數 = 8.333333。以上數值與本篇解析、答案欄、規律表逐處對應,示意數據在正文另行註明。

六、選題邊界與相鄰板塊

本講只處理旋轉液麵拋物面的兩點法;圓錐擺測 g、復擺測 g、單擺擺角修正與靜水稱重另屬相鄰板塊,不在此重複出同一離心勢模型。

本篇角度與全部已發篇目按累計選題臺賬跨批查重,未複用上批情境,也未把一篇拆成兩篇。

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):復擺測 g、霍爾元件對稱換向、邁克耳孫條紋吞吐、電容放電測高阻、旋轉液麵拋物面、雙稜鏡測波長相關章節
  • 《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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旋轉液麵拋物面測 g:兩點高度差與中心高度回代
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