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第7届高中物理决赛实验试题


一、用二个凸透镜组成一个望远镜,并测量该望远镜对 1m 左右距离处的物的放大率。 【仪器和用具】 2m 长光具座一个, 凸透镜二个,有罩白炽灯一个, 有透光缝的物屏一个(附有方格纸) ,像屏一个(上 有可移动的方格纸) ,平面镜一个。 【说明】 tanα 望远镜的放大率 m= ,2α 是用望远镜观察物体时,物体所成的像对人眼所张视角,2φ 为人在同一 tanφ 地点直接观察该物体

时物体对人眼所张的视角。 【要求】 1. 在光具座上用给定的二个凸透镜组成望远镜, 观察物屏上的透光缝, 并使物镜到缝的距离在 70cm~ 80cm 之间,调整到从目镜处可以看到清晰的缝的放大像。 2.保持物屏、物镜位置不变,利用供给的仪器和用具,调节目镜的位置,使物镜成的实像经过目镜 后成像在无穷远处,并画出调到这种状态时的光路图。 3.求出处在上述状态时的望远镜的放大率 m,要求达到三位有效数字(设人眼放在目镜处) 。测量并 记录应该测量的数据,进行放大率的计算。 本实验要求先调出 2 中要求的状态后再进行测量。 解析:1.用任一种简单方法判断两个透镜中哪个焦距较长,例如利用物屏上的透光缝为物,依次将 二个凸透镜放在离物屏 1.5m 处,看其成像位置,像距较长的焦距较大,像距较短的焦距较短。 将焦距较长的透镜取为物镜,焦距较短的取为目镜。 在光具座上调整凸透镜和物屏,用目测或大像追小像法调整二透镜与透光缝同轴等高,然后按题目要 求调整到在目镜处可以看到清晰的缝的放大的像。 2.将像屏放入物镜与目镜之间,移动像屏位置, 直到在像屏上有清晰的缩小的实像;保持像屏位置不 变,将方格纸卡片上移,使像的一半左右透过像屏, 并在目镜后近处放上平面镜,微调目镜位置,使从平 面镜反射的光线经过目镜后,成清晰的实像在像屏的 背面上(即方格纸卡片背面上) 。这时即已调到物镜所 成的实像经过目镜成像在无穷远处。光路如图所示。 3.利用光具座上的刻度读出目镜位置 x3,像屏位 置 x2,物屏位置 x1。利用物屏上的方格纸量出缝长 y1,像屏上的方格纸量出像长 y2,则 y2 tanα= , |x2-x3| 有 y2/|x2-x3| m= 。 y1/|x1-x3| y1 tanφ= , |x1-x3|

本题考查学生按要求设计并实际动手模拟组装光学仪器的能力,是决赛实验题。在竞赛中,有的学生没有 注意调整二透镜与透光缝同轴等高,有的没有注意以焦距较长的透镜取为物镜、焦距较短的取为目镜。

1

二、用箱式电位差计校准量程为 3V 的伏特计
【用具】 箱式电位差计一台,待校准的 3V 的伏特计一个,检流计(10-7A/格)一台,保护电阻一个,标准电池 一个,滑线变阻器一个,电阻箱三个,甲电池三个,开关四个,导线若干。 【原理】 如图所示为实用的电位差计原理电路:电源 E,限流电阻 RP,标准电阻 RMN(一条均匀的电阻丝) , 串联成一闭合回路,称为工作回路。另一回路是 C、ES(或 Ex) 、G、Rb、D、C,称为校准回路(测量回 路) 。 电位差计校准后,测量时,在补偿的条件下,UCD 已知,故 Ex 可以求 得。 箱式电位差计是把 M、N 间的电阻装在箱中,箱上留出工作回路端钮, 相当于图中 M、N 两端。测量回路端钮,相当于图中 C、D 两端。若工作回 路的电流达到规定值,则 C、D 间电阻上的电压降为已知值,这些值均标在 箱式电位差计的读数盘 A(粗调) ,B(细调)上。 【要求】 1.若每个甲电池的电动势为 1.5V,试估算限流电阻 RP 的阻值范围。 2.用此电位差计校准量程为 3.0V 的伏特计。 a.画出校准伏特计的电路图; b.每隔 0.5V 校准一次; c. 以伏特计的读数 U 为横坐标, 伏特计读数与电位差计读数之差?U 为纵坐标, 画出校准曲线图 (逐 点联接) 。 3.若在实验过程中,检流计始终向一个方向偏转,可能有哪些原因? 解析: (一)操作 1.校准电位差计 将 K2 掷向 ES。把 A 盘的读数调到 1.0V,B 盘调到 0.0186V。调节 RP,使 K3 合 上时 Ig=0,此时 MN 间的工作电流已达到规定值。 2.按校准伏特计电路,如图所示,将 F、E 联接到测量回路 Ex 处,K2 掷向 Ex。 3.改变滑线变阻器 C 的位置,使伏特计示值分别为 0.5V、1.0V、…、3.0V 左 右,同时调节 A、B 盘使 Ig=0。记下 A、B 盘读数,并填入设计的表格中。 在测量过程中,每校准伏特计上一个示值,均需检查 MN 间的工作电流有无改变,如有改变,必须调 准。 (二)答案 1.估算 RP 学生型 3.0 =0.01A, 15× 10+10+RP RP=140Ω。 2.校准曲线(数据略) U/V ?U/V 3.如果检流计始终向一个方向偏转,可能的原因有: ⑴E≤ES(或 Ex) 。
2

0.50

1.00

1.50

2.00

2.50

3.00

⑵工作回路至少有一处断路。 ⑶E 与 ES(或 Ex)反向,不可能补偿。

3


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