第38屆物理競賽決賽實(shí)驗(yàn)試題一

第38屆全國中學(xué)生物理競賽實(shí)驗(yàn)考試試題一試題一A.分）A1.215.7Ω為1kΩ/V，請(qǐng)?jiān)诖痤}紙指定位置給出待測電阻的阻值。伏特表毫安表圖1伏特表和毫安表的量程和示數(shù)圖2用一臺(tái)雙蹤示波器測量一未知元件阻抗A2.（2分）圖2是用一臺(tái)雙蹤示波器測量一個(gè)待測線性元件的交流特性的電路圖，其中信號(hào)源輸出標(biāo)準(zhǔn)正弦信號(hào)，表示待測元件，為一標(biāo)準(zhǔn)電阻，3給出了雙蹤示波器200μs，CH1、通道的偏轉(zhuǎn)因數(shù)分別為1V/格、500mV/格。請(qǐng)?jiān)诖痤}紙上指定位置填寫由圖3讀出的示波器和通道所測信號(hào)的電壓峰峰圖3雙蹤示波器顯示波形第1頁共4頁第38屆全國中學(xué)生物理競賽實(shí)驗(yàn)考試試題一測元件是純電感、純電容或純電阻中的一種，請(qǐng)根據(jù)上述測量結(jié)果將你的判斷填寫在答題紙指定位置。A3.（3分）在不同HeNe混合氣體總壓下測得一支HeNe激光器的激光輸出功率隨工作電流變化的關(guān)系如圖4定位置列出所有你能由此圖總結(jié)出的經(jīng)驗(yàn)規(guī)He、Ne氣體制成。如充氣前已將激光管內(nèi)壓強(qiáng)抽至310PaHeNe氣量相當(dāng)，請(qǐng)從下面選項(xiàng)中選擇適宜的He、Ne氣體純度填在答題紙上。（He、Ne氣體純度越高，激a.99%b.99.9%c.99.99%d.99.999%f.99.99999%e.99.9999%圖4不同總壓下HeNe激光器輸出功率與工作電流關(guān)系4分）假設(shè)有一電阻型溫度傳感器，在0-100℃之間其阻值R隨T溫度在100-150Ω之間線性變化。利用如圖5所示的電路可以實(shí)現(xiàn)一個(gè)數(shù)字溫度計(jì)，在0-100℃內(nèi)能方便地由數(shù)字多用表電壓擋示數(shù)U直接T（或需移動(dòng)小數(shù)點(diǎn)）讀取溫度傳感器所測溫度（℃為單位）的近似值。已知直流穩(wěn)壓電源的輸出電壓為U=30V，三個(gè)電阻箱R、R、R的123電阻變化范圍為0.1-99999.9Ω，且參數(shù)調(diào)好后，固定R、R、R阻值123R=R0.01mV。12要求0100℃時(shí)U為1.00mV10.00mV100.00TmV1000.00（這幾個(gè)示數(shù)均可視為10中的哪種，才能保證數(shù)字溫度計(jì)在0-100℃間溫度測量誤差均不超過℃，并且溫度分辨率最高？此時(shí)R和R的阻值為多少？圖5溫度計(jì)電路圖13圖6邁克爾遜干涉儀光路圖B.（14分）如圖6G1將入射光束分成兩束，兩束光分別經(jīng)過兩個(gè)反射鏡M和M12疊加形成干涉圖樣。反射鏡M可沿導(dǎo)軌前后移1圖7邁克爾遜干涉儀實(shí)物圖動(dòng)改變位置。第2頁共4頁第38屆全國中學(xué)生物理競賽實(shí)驗(yàn)考試試題一圖7為其實(shí)物圖。如用白光擴(kuò)展光源照射并適當(dāng)調(diào)節(jié)干涉儀，可實(shí)現(xiàn)白光的等厚干涉。角直至圓環(huán)條紋不隨眼睛觀察位置變動(dòng)而發(fā)生吞吐。在放置平板玻璃前，通過眼睛看到的和鏡的相對(duì)位置為：a.鏡離眼睛更近；b.鏡離眼睛更近；c.和鏡重合。放置平板玻璃后，通過眼睛看到的和鏡的相對(duì)位置為：大范圍移動(dòng)鏡，結(jié)果又是如何？度t用螺旋測微器測量結(jié)果如表1所示，螺旋測微器零點(diǎn)讀數(shù)為0.009mm，允差為0.004mm，允差滿足均勻分布。請(qǐng)分別計(jì)算出t和n的測量結(jié)果及其不確定度。表1平板玻璃厚度測量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)123456t(mm)7.9757.9737.9767.9757.9747.975C.15分）圖8是采用轉(zhuǎn)動(dòng)法測量剛體轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的示意圖。OO′OO′軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為I，并在轉(zhuǎn)動(dòng)中受到一個(gè)固定摩擦設(shè)實(shí)驗(yàn)中砝碼下落的加速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于重力加速度（為了與質(zhì)量單位進(jìn)行區(qū)分，本題統(tǒng)一用表示重力加速度，取），則剛體受到的拉力為。塔輪的繞線半徑為，忽略滑輪及繩，圖8剛體轉(zhuǎn)動(dòng)慣量測量第3頁共4頁B1.（2分）在反射鏡和偏離相互垂直狀態(tài)一個(gè)微小角度時(shí)，轉(zhuǎn)動(dòng)大轉(zhuǎn)輪移動(dòng)鏡，在兩路光置時(shí)，調(diào)小夾角，干涉條紋有何變化？鏡位置為尋找出現(xiàn)彩色直條紋的準(zhǔn)確位置，這兩種情況下圖7中大轉(zhuǎn)輪讀數(shù)窗的讀數(shù)是否相同？請(qǐng)說明原因。在位a.鏡離眼睛更近；b.鏡離眼睛更近；c.和鏡重合。B2.（7分）在位置時(shí)，調(diào)節(jié)角盡量小，再在鏡前平行放置一平板玻璃（忽略平板玻璃反射），B3.（5分）假定移動(dòng)鏡離開位置，使得條紋吞進(jìn)，直至整個(gè)視場呈現(xiàn)完全均勻亮度，此時(shí)1鏡位置為用玻璃板厚度和和表示的不確定度，請(qǐng)給出用和表示的n的不確定度。已測得，平板玻璃厚力矩的砝碼通過定滑輪子的質(zhì)量、滑輪軸摩擦力等，則剛體受到的拉力矩為下落時(shí)間為t，可以推出第38屆全國中學(xué)生物理競賽實(shí)驗(yàn)考試試題一下的2之外其它數(shù)據(jù)誤差均可忽略。表2改變砝碼質(zhì)量m，測量下落時(shí)間t的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)m(g)t(s)5.0010.0011.3715.009.2620.007.8925.007.0230.006.3716.70C3.9和第4頁共4頁C1.1分）對(duì)表2測量結(jié)果進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，計(jì)算不同，將結(jié)果填入答題紙的數(shù)據(jù)表1C2.3分）用最小二乘法對(duì)和的關(guān)系做線性擬合，計(jì)算擬合斜率和截距，并通過相關(guān)系數(shù)計(jì)算的擬合不確定度。不需求不確定度，直接保留兩位有效數(shù)字。對(duì)擬合直線的殘差平方和設(shè)不同下測得的時(shí)間具有相同的不確定度,請(qǐng)計(jì)算不同下的不確定度,并填入答題紙的數(shù)據(jù)表1方向不同精度的數(shù)據(jù)點(diǎn)對(duì)擬合結(jié)果的貢獻(xiàn)，需要按不同的權(quán)重對(duì)殘差平方求和，以出和請(qǐng)給出用ACDF表示的表達(dá)式，并根據(jù)取最小值這一條件，給出和用、D、F表示的表達(dá)式。根據(jù)數(shù)據(jù)表1中的數(shù)值（以數(shù)據(jù)表1ADE的數(shù)值（不要求不確定度和單位，保留到