题目性质:自编仿真题——题目、材料、选项、数据与情境均为按课程标准与联招常见考点独立编写的原创仿真题,非真题原文,未取自任何题库、教辅或试卷;解析与采分点为教研整理,非官方评分标准。
一、考点定位与做题顺序
频闪照片给的是等时间间隔的位置,不是速度。直接用「相邻位移差除以时间」得到的是平均速度,要求加速度得再看速度的差,也就是位置的二阶差分。
自编示意:频闪频率 10.0 Hz,五个连续位置读数 0.00、4.90、19.60、44.10、78.40 cm。读数与频率均为自拟示意,不代表真实实验记录。
二、逐题精讲
题1
题1 由这组读数求重力加速度。
解析
Δt = 1/10.0 = 0.100 s,Δt² = 0.0100 s²。匀变速下相邻相等时间内的位移差恒定:Δs = gΔt²。取二阶差分:19.60−2×4.90+0.00 = 9.80 cm,44.10−2×19.60+4.90 = 9.80 cm,两段一致。换算成米并除以 Δt²:g = 9.80/100/0.0100 = 9.80 m/s²,两段平均仍 9.80 m/s²。逐差法的好处是用上多段读数、互相校验,比只取头两点稳。
答案 Δt = 0.100 s;两段二阶差分均 9.80 cm;g = 9.80 m/s²。
采分点 频率换间隔 1 分、Δt² 1 分、二阶差分两式各 1 分、单位换算 1 分、g 值 1 分。
易错点 把 cm 直接当 m 代入,结果会差 100 倍。
题2
题2 若把频闪频率误读成 20.0 Hz,g 会报成多少?说明偏差为什么是 4 倍而不是 2 倍。
解析
误读后 Δt′ = 1/20.0 = 0.050 s,Δt′² = 0.0025 s²,g′ = 9.80/100/0.0025 = 39.20 m/s²,是正确值的 4.0 倍。因为 g 与 Δt² 成反比,频率翻倍使 Δt 减半、Δt² 变四分之一,g 就放大 4 倍,不是 2 倍。位移读数本身没变,所以这个偏差纯来自时间标度;用「照片上点距变大」解释无效,应回查频闪仪的设定频率与计时单位。
答案 g′ = 39.20 m/s²,为正确值的 4 倍。
采分点 误读间隔 1 分、Δt′² 1 分、g′ 1 分、平方反比说明 1 分、时间标度归属 1 分。
易错点 把 4 倍写成 2 倍,是漏了 Δt 要平方。
三、规律小结与对照表
| 量 | 公式 | 10.0 Hz | 误读 20.0 Hz |
|---|---|---|---|
| Δt | 1/f | 0.100 s | 0.050 s |
| Δt² | — | 0.0100 s² | 0.0025 s² |
| 二阶差分 | sₙ₊₂−2sₙ₊₁+sₙ | 9.80 cm | 9.80 cm |
| g | Δs/Δt² | 9.80 m/s² | 39.20 m/s² |
| 倍数 | (f′/f)² | 1 | 4 |
小结:频闪先换时间间隔,加速度看位移二阶差分;频率误差按平方放大,别按倍数想当然。
四、自测清单
- 能把频闪频率换成时间间隔
- 能写出位置二阶差分
- 能用 Δs=gΔt² 反解 g
- 能换算 cm 到 m
- 能解释频率误读的 4 倍偏差
- 能识别偏差来自时间标度