安徽省第二届大学生物理实验竞赛试题和参考答案
上传者:刘忠述|上传时间:2015-04-15|密次下载
安徽省第二届大学生物理实验竞赛试题和参考答案
安徽省第二届大学生物理实验竞赛试题
实验一 用掠射法测量三棱镜的折射率
【实验目的】
利用提供的实验仪器,测量棱镜对汞光谱特征谱线折射率。
【实验器材】
分光计一台、双面反射镜一个(调节分光计使用)、汞灯光源及光源电源一套、 三棱镜一块。
【实验要求】
1. 调整好分光计(望远镜聚焦于无穷远;望远镜主光轴垂直分光计中心转轴;平行光管出射平行光且主光轴垂直分光计中心转轴);
注意:调好需请监考老师检查,否则该项计0分。
2. 调整好三棱镜(无论反光面AB、AC对准望远镜时,皆垂直望远镜主光轴);
注意:该步调节只能调节载物台,不能调望远镜,否则酌情扣分;调好需请监考老师检查,否则该项计0分。
3. 调出汞光掠射彩色特征谱线带;
注意:调好需请监考老师检查,否则该项计0分。
4. 简述掠射法测棱镜折射率的原理,写出测量公式;
5. 数据测量记录与处理(至少测量四种谱线)。
【温馨提示】
1. 请各位参赛选手把自己的抽签号写在答题纸上(勿写姓名和学校)。
2. 实验方案、实验步骤、实验数据、计算过程、计算结果(已知三棱镜顶角A为60°)等都要写在答题纸上。
3. 当入射光线几乎平行入射面AB入射即为掠射,实验时,为了保证平行光管出射光以接近90°的入射角掠射到三棱镜的AB面,需要将三棱镜放到载物台的合适位置。
内容需要下载文档才能查看图1 三棱镜折射光路图
参考答案及评分标准
1.调整好分光计:A、望远镜聚焦于无穷远,B、望远镜主光轴垂直分光计中心转轴,C、平行光管出射平行光且主光轴垂直分光计中心转轴。(各10分,共30分)
2.调整好三棱镜(无论反光面AB、AC对准望远镜时,皆垂直望远镜主光轴)。(20分,两反光面对准望远镜时均不见“十”字反射像,酌情扣分,仅调好一面给10分)
3.调出汞光掠射彩色特征谱线带。(15分,入射光的入射角i应大于85°,否则酌情扣分)
4.简述掠射测棱镜折射率的方法及相应的公式。(共15分)
公式推导过程
——————————————————————————————————————————— 如图1所示,由折射定律,得:
由几何关系,得: sini nsinr (1)【3分】 nsinr sin
r r A (2)【3分】
由(1)、(2)式消去r、r 可得:
内容需要下载文档才能查看
n (3)【5分】 当入射光几乎平行于AB面入射(掠射)时,有:i 90 sini 1
此时出射角 即为极限角 ,sin sin ,则(3)式变为:
内容需要下载文档才能查看n 2【4分】 (4)式中,A与n分别是三棱镜的顶角和折射率, 为光线掠射时的出射极限角。
———————————————————————————————————————————
5. 正确测量各色光(至少四种谱线)出射极限角(16分,只读单侧游标扣1分,有效数字错误扣1分)。
6. 用(4)式正确计算出各色光的折射率(4分,有效数字或结果错误皆扣1分)。
测量结果举例(参考)
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安徽省第二届大学生物理实验竞赛试题
实验二 测量定值电阻的阻值和电源内阻
【实验目的】
1. 利用提供的实验仪器设计电路,用直流平衡电桥的方法测量定值电阻的阻值。
2. 利用提供的实验仪器设计电路,用补偿法测量出单个电池的内阻。
【实验器材】
三节1号电池(1.5V/节)、电阻箱一个、待测定值电阻一个、滑动变阻器一个、单刀开关两个、万用电表(替代检流计)一台、导线若干。
【注意事项】
1. 万用电表可以用来粗测待测电阻阻值,帮助预设其它仪器的初始值或初始位置,以防止回路电流过大;万用电表的微安档作为检流计使用。本实验中万用表只能使用上述两种功能,且测量值不能参与计算。
2. 通过检流计(万用电表的微安档)的电流不能过大,以免损坏检流计;
3. 定值电阻的阻值测出后就可作为已知阻值的电阻,在测量电池内阻时使用;
4. 三节1号电池均为同型号同批次,可认为它们的内阻相同;
5. 导线电阻和接触电阻忽略不计。
【实验要求】
1. 根据给定仪器分别画出测量定值电阻的阻值和电源内阻的电路图(不能超过3幅);
2. 按电路图连好电路,写出简要的实验步骤;
注意:每一次按照电路图连好电路后,在通电之前需举手示意,请监考老师检查,经监考老师同意方可通电,否则该实验计0分。
3. 测量并记录实验数据(测量一组数据即可),计算定值电阻的阻值和电源内阻(无需计算不确定度,但要求有效数字位数取舍正确)。
【温馨提示】
1. 请各位参赛选手把自己的抽签号写在答题纸上(勿写姓名和学校)。
2. 电路图、实验步骤、实验数据、计算过程、计算结果等都要写在答题纸上。
参考答案及评分标准
一 .参考答案
1. 计算定值电阻阻值的公式推导
内容需要下载文档才能查看
图1 图2
如图1、2所示,滑动变阻器被滑动端分成Ra和Rb错误!未找到引用源。两部分,滑动端位置在整个测量过程中必须保持固定,这样电桥的比例臂阻值之比就固定为Ra/Rb错误!未找到引用源。。
在图1所示电路中,通过调节电阻箱使电桥平衡,设此时电阻箱阻值为R0错误!未找到引用源。,则有:
RxRa 错误!未找到引用源。(1) R0Rb
交换Rx错误!未找到引用源。和错误!未找到引用源。的位置(也可交换滑动变阻器两端接线柱的位置),如图2所示。重新调节电阻箱使电桥平衡,设此时电阻箱阻值为错误!未找到引用源。 ,则有:
RaR0错误!未找到引用源。 (2) RxRb
通过(1)、(2)两式,可得:
内容需要下载文档才能查看(3) Rx
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