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2024年湖北省高考物理卷重力加速度测量实验误差来源的理解

已有 376 次阅读 2024-6-25 13:40 |系统分类:观点评述

同学在母校当高三物理老师,给我发来了2024湖北高考真题以及对2024年湖北省高考物理卷重力加速度测量实验误差来源的深度解析

https://mp.weixin.qq.com/s/xB7uVm1zEpT3uv45RaodUQ

跟他探讨了一下。以下是题

12.(9分)某同学设计了一个测量重力加速度大小g的实验方案,所用器材有:2g砝码若干、托盘1个、轻质弹簧1根、米尺1把、光电门1个、数字计时器1台等。

具体步骤如下:

①将弹簧竖直悬挂在固定支架上,弹簧下面挂上装有遮光片的托盘,在托盘内放入一个砝码,如图(a)所示。

图片

②用米尺测量平衡时弹簧的长度l,并安装光电门。

③将弹簧在弹性限度内拉伸一定长度后释放,使其在竖直方向振动。

④用数字计时器记录30次全振动所用时间t。

⑤逐次增加托盘内砝码的数量,重复②③④的操作。

该同学将振动系统理想化为弹簧振子。已知弹簧振子的振动周期为

图片

其中k为弹簧的劲度系数,M为振子的质量。

(1)由步骤④,可知振动周期________。

(2)设弹簧的原长为l0,则l与g、l0、T的关系式为________。

(3)由实验数据作出的图线如图(b)所示,可得g=________(保留三位有效数字,π^2取9.87)。

(4)本实验的误差来源包括________(双选,填标号)。

A.空气阻力

B.弹簧质量不为零

C.光电门的位置稍微偏离托盘的平衡位置

前三道题没什么争议,

(1) t/30

(2) l0+gT²/4π²

(3) 9.60

对于(4)网上有各种说法,有AB有选AC

对A没有争论,但到底选B还是C?争议较大。

其中AC以《对2024年湖北省高考物理卷重力加速度测量实验误差来源的深度解析》为代表

https://mp.weixin.qq.com/s/xB7uVm1zEpT3uv45RaodUQ

仔细拜读了上篇文章后觉得有个问题

按照上文作者的推导如下:

图片

作者得出“观察修正后的l'-T'^2关系式可以发现,弹簧质量只影响了l'-T'^2关系式的截距,并不影响斜率。故,弹簧质量不为零不会对重力加速度测量带来误差。” 不能选B的结论。初看起来推导没有问题。

个人尝试了直接消掉K得到

1719291616505.png                             (1)

其中m0 是弹簧质量。按这个推导,B也应该是正确的选项。怎么会不一样呢?仔细想了一下,发现一个问题对2024年湖北省高考物理卷重力加速度测量实验误差来源的深度解析作者保留的是K,也是默认考不考虑弹簧质量,弹簧的劲度系数K都不变。但是从

图片

1719294131776.png                                              (2)

看考虑弹簧的质量的情况下,弹簧的劲度系数是变了的

将上式变一下得

1719292896099.png                             (3)

那么K变成了

1719293078155.png

所以保留K的做法是不合理的。 B是正确选项。当然有人说式(2)错了,式(2)没有问题。上文附的参考文献没有问题。另外也可以参考

1719293385277.png

(出处:https://testbook.com/question-answer/the-effect-of-the-mass-of-spring-can-be-cons--5ff4a53c00ea0f70ade480d0)

当然,对于C项,如果是阻尼振荡下,C肯定也是误差来源。但如果不考虑阻尼,C就不是误差源。即在A项的前提下,C是误差源,单独C不成立。个人觉得这个是这道题争议的地方。

如果确定是双选题,选AB更合适。如果是实际情况,应该选ABC。



https://blog.sciencenet.cn/blog-111559-1439668.html

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