物理實(shí)驗(yàn)競(jìng)賽試題選講

物理實(shí)驗(yàn)競(jìng)賽試題選講（一）勞五一高永昌（河北師范大學(xué)物理系050016）編者按：全國(guó)中學(xué)生物理競(jìng)賽是一項(xiàng)選拔物理學(xué)習(xí)尖子的活動(dòng).試題水平歷來(lái)顯著超出高中物理教學(xué)和高考水平，因此一般認(rèn)為高中物理競(jìng)賽試題很難直接引入中學(xué)物理教學(xué)，但是物理實(shí)驗(yàn)競(jìng)賽的命題思路卻可以給傳統(tǒng)的中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革以很多啟示.河北師范大學(xué)勞五一、高永昌兩位老師長(zhǎng)期承擔(dān)河北賽區(qū)實(shí)驗(yàn)命題，并參與全國(guó)中學(xué)生物理河北賽區(qū)的競(jìng)賽組織工作，實(shí)踐中積累了豐富的資料和經(jīng)驗(yàn).為此本刊決定開(kāi)設(shè)“物理實(shí)驗(yàn)競(jìng)賽”專(zhuān)題，首先發(fā)表他們提供的材料，也歡迎其他省市的有關(guān)同志為本題撰稿。全國(guó)中學(xué)生物理競(jìng)賽是廣大中學(xué)生和中學(xué)物理教師們關(guān)注的重要賽事。物理競(jìng)賽活動(dòng)作為正常物理教學(xué)的重要補(bǔ)充，具有鮮明的特點(diǎn)和重要的教育價(jià)值。筆者多年從事物理競(jìng)賽實(shí)驗(yàn)考試的命題。評(píng)卷和培訓(xùn)工作，看到中學(xué)生的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰εc理論能力相比差距很大。作為中學(xué)生而言，不論將來(lái)是否從事物理專(zhuān)業(yè)，它們的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Χ疾粦?yīng)該是現(xiàn)在的水平。知識(shí)經(jīng)濟(jì)的時(shí)代正在向我們走來(lái)，學(xué)校教育在教學(xué)活動(dòng)中應(yīng)著力發(fā)展學(xué)生的創(chuàng)造力。物理教學(xué)中，注意發(fā)展學(xué)生的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?，?duì)學(xué)生創(chuàng)造力的發(fā)展將會(huì)產(chǎn)生良好的影響。我們認(rèn)為，物理競(jìng)賽中的許多實(shí)驗(yàn)題目特點(diǎn)鮮明，要求學(xué)生靈活地應(yīng)用所學(xué)知識(shí)去獨(dú)立地解決真實(shí)的問(wèn)題，引導(dǎo)學(xué)生去做一做，只要引導(dǎo)得法，不論是提高競(jìng)賽能力還是發(fā)展創(chuàng)造思維水平都是很有價(jià)值的。在此我們選編了一些物理競(jìng)賽實(shí)驗(yàn)題目，并做了一些必要的分析說(shuō)明和解答，供讀者參考。1確定雙股電纜漏電處位置現(xiàn)有鋪設(shè)在地下的雙股電纜一千米，已知線(xiàn)間某處漏電，請(qǐng)用給定器材確定漏電處的位置.［儀器］電纜模擬物一個(gè)（參數(shù)與實(shí)物相同）、漆包線(xiàn)一段（每段電纜與漆包線(xiàn)芯相同）、游標(biāo)卡尺、直流電源、數(shù)字電壓表（可由數(shù)字多用表的電壓檔代替）、電阻箱、開(kāi)關(guān)、漆包線(xiàn)參數(shù)一覽表。［分析］這是一個(gè)由實(shí)際問(wèn)題簡(jiǎn)化模擬而來(lái)的題目。題目意圖十分明顯，是讓學(xué)生體會(huì)科學(xué)知識(shí)在解決實(shí)際問(wèn)題時(shí)的作用。要求學(xué)生利用題目中所給的儀器和資料條件，設(shè)計(jì)一個(gè)實(shí)驗(yàn)方法，確定出雙股電纜漏電處的位置。若將電纜兩端的連接物斷開(kāi)，就可設(shè)計(jì)兩個(gè)參數(shù)不同的類(lèi)似電路如圖1所示，從而獲得兩個(gè)可以

接測(cè)出漏電電阻上的電壓。聯(lián)立的方程組，數(shù)字電壓表的內(nèi)阻在本題中可視為無(wú)窮大，因此在電路中可以直［解答］設(shè)距左端X處漏電電阻為R,阻定律和閉合電路歐姆定律有按圖1分別連接電路并記錄只h,由電r+R+ Rr+R+2^(L-X)R(1)(2)解上兩式得(3)(接測(cè)出漏電電阻上的電壓。聯(lián)立的方程組，數(shù)字電壓表的內(nèi)阻在本題中可視為無(wú)窮大，因此在電路中可以直［解答］設(shè)距左端X處漏電電阻為R,阻定律和閉合電路歐姆定律有按圖1分別連接電路并記錄只h,由電r+R+ Rr+R+2^(L-X)R(1)(2)解上兩式得(3)(4)(5)將s和（5）式代入（3）式，即可求出結(jié)果。2測(cè)定平行平晶對(duì)633nm激光的折射率［儀器］平行平品（或玻璃磚）一個(gè)、氦一氖激光器一臺(tái)、方格紙屏（帶支架）、鋼卷尺、金屬尖、升降臺(tái).［要求］畫(huà)出光路圖，推導(dǎo)測(cè)量公式，簡(jiǎn)述實(shí)驗(yàn)步驟，計(jì)算測(cè)量結(jié)果.圖3［注意］不要直視激光光束，以免損傷眼睛.［分析］平行平品是一圓柱形光學(xué)玻璃器件，兩端面為光學(xué)表面，互相平行.當(dāng)激光束射向平行平晶第一端面時(shí)，將產(chǎn)生反射、折射，激光束在第一端面反射后和激光束經(jīng)第一端面折射后經(jīng)第二端面反射再經(jīng)第一端面折射出的光束均射在方格屏上，兩光點(diǎn)的距離可從方格屏上直接讀出，而激光束是經(jīng)用金屬尖在方格屏上鉆的小孔射入的，因此光源位置可知，然后按照光路圖，即可算出折射率與可測(cè)量之間的關(guān)系。［解答］用金屬尖在方格紙上靠近邊緣的方格線(xiàn)交叉處扎一小孔，使激光束經(jīng)小孔斜射到平行平晶端面靠近邊緣處，激光束在入射點(diǎn)分為入射光和反射光，入射光經(jīng)第二端面反射再經(jīng)第一端面折射回空氣中。光路如圖3所示。sin;k=― sin/TOC\o"1-5"\h\zX_ Xtani=—i=arctan—\o"CurrentDocument"H Hx xtanzr=—if=arctan—h h皿510= 土sm?