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第10届高中物理决赛实验试题


第 10 届决赛实验试题
一、用下列器材测定大米的密度 【器材】 1.物理天平; 2.读数显微镜(附有使用说明材料) ; 3.U 型压强计(左管固定不动,其水平段上设有阀门 K,右管可升降) ; 4.小玻璃管一段(由 U 型压强计右管上裁下的) ; 5.玻璃泡一个(可插接至 U 型压强计的左管上) ; 6.气压计(H= cmHg) ; 7.凡士林若干(用于玻璃管插口防漏

) ; 8.镜头纸若干(用于擦凡士林) ; 9.放大镜一个; 10.橡皮圈; 11.小三角板一块; 12.待测大米若干。 【要求】 1.导出测量大米密度的公式; 2.实验只要求进行一次即可; 3.利用所给仪器尽可能提高测量精度; 4.使用 U 型压强计,要小心操作,不可将玻璃管弄破,不可将水银压出管外。 解析: 【实验方法】本实验用物理天平称大米的质量 m,用 U 型压强计测量所称大米的体积 V(包括用 读数显微镜测量玻璃管的内径) 。 【实验步骤】 1.用物理天平称适量大米的质量 m(要有四位有效数字) 。 2.用读数显微镜测出小段玻璃管的内直径 D。 3.用 U 型压强计测所称大米的体积 V:实验装置的原理如图所示。 ⑴测量未装大米时压强计封闭空气的体积 V1 将空玻璃泡 A 装到 U 型压强计的左管上(用凡士林封好插口,不漏气) 。打开 管上的阀门 K,使左管和玻璃泡中的空气与大气相通,再升降右管,将水银面调到 靠近标尺下端某一刻度处。 关闭阀门 K, 在右管上的标记此时水银面在右管上的位置 a (如用笔划一细线) 。 这时压强计左管所封闭的空气在大气压 H 下占有一体积 V1。然后上升右管,将右管中的水银面调到靠近 标尺下端某一刻度处。这时右管中水银面比左管水银面高出 h1,测出 h1 的值(要有四位有效数字) ,同时 测出此时水银面在右管上的位置 b 与原来水银面在右管上的位置 a 之间的管长 L1(要有四位有效数字) 。 现在被压强计左管所封闭的空气,在压强(H+h1)之下占有另一体积(V1-SL1),S 为右管的内横截面积, 根 据玻—马定律得出 V1H=(V1-SL1)(H+h1), 即 SL1(H+h1) V1= 。 h1 ①

⑵测量装大米时压强计封闭空气的体积 V2 取下玻璃泡,用镜头纸擦去口上的凡士林,将称好的大米装入其中,再将它装到 U 型压强计上,打开 阀门 K,升降右管,把水银面调回到上述⑴步时右管上的起始位置 a 处,关闭阀门 K,然后完全照上述⑴ 步的方法操作,可得出被封闭空气的相应测量量 h2、L2 和体积 V2,得到 V2H=(V2-SL2)(H+h2), 即
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SL2(H+h2) V2= 。 h2 ⑶计算所测大米的体积 V πD2 L1(H+h1) L2(H+h2) V=V1-V2= [ - ]。 4 h1 h2 4.计算所测大米的密度 ρ m 4mh1h2 ρ= = 2 。 V πD [L1h2(H+h1)-L2h1(H+h2)]





附注:如果在上述步骤⑵的测量中,封闭的“初始空间”体积为 V1± SΔL,则③式应修正为 πD2 L1(H+h1) L2(H+h2) V=V1-V2± SΔL= [ - ± ΔL], 4 h1 h2 式中 ΔL 为两次右管上水银面初始位置之差的管长,初始位置第二次比第一次高时取“+” ,反之取“-” 。

二、热电偶说明材料 用 A、B 两种不同金属材料构成一闭合电路,并使两接点处于不同的温度,则电路中产生一种电动势, 有电流通过(如图 1 所示) ,这种回路叫热电偶,这种电动势叫温差电动势。一般情况下, 温差电动势与两接点的温度有较复杂的关系。 但在温差不大时, 可取一级近似关系式 E=c(t -t0)。通常保持低温接点的温度 t0 为冰点,故上式成为 E=ct,式中 c 称为一级近似的电偶 常数,由组成热电偶的材料性质决定。 本实验所使用的热电偶,A 为铜,B 为康铜。断开铜线,如图 2 所示,断开的两端 a、 b 用同一种材料的导线接入测量电路。理论与实践都证明,只要 a、b 两个接头的温 度相同,这时的温差电动势与图 1 中所产生的温差电动势相同。 【试题】 设计一个用补偿法测电势差的电路,量程为 0~5mV。然后连接线路,用它测定 一热电偶一个接点维持在冰点、 另一个接点在温度 t 时的电动势 E 与温度 t 的关系。 温度变化范围在 90° C~ 50° C 之间,至少测 7 个不同温度时的 E、t 数据。最后作出 E-t 图线,由 E-t 图线求出热电偶的电偶常 数和高温接点在 100° C 时的温差电动势。 【器材】 1.热电偶; 2.甲电池 E; 3.50μA 表头 A; 4.灵敏检流计 G; 5.六转盘变阻箱 R1; 6.六转盘变阻箱 R2; 7.滑线变阻器 R; 8.开关 K; 9.接线若干; 10.温度计一支; 11.冷水半杯,冰块若干; 12.热水一瓶; 13.空杯一只; 14.坐标纸一张。
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【说明】 设计的线路需报经教师审查后才可进行电路的连接。连接完电路,报经教师检查允许后方可通电。 解析: 1.线路设计:线路如图 2-1 所示。 2.测量操作: ⑴照图连接电路; ⑵调节 c、e 两端的电压量程:先将 R1 的值旋至最大,R2 旋至 100Ω,R 滑至最右端,然后合上开关 K。同时调节 R1 和 R,使 R 自零滑至最小值时, 表头指示恰好自零增至 50μA,则得 c、e 两端的电压量程为 0~5mV; ⑶测量热电偶的温差电动势: 将热电偶的两个接头 a、 b 分别与 c、 e 相接, 把它的两个接点分别放入空杯和装有冷水的杯中,再在冷水中投入适量的冰块,始终维持冰水混合物的状 态,接着把热水倒入空杯中,然后观察热水温度的变化,每降低 4° C 或 5° C 按正确使用补偿法测量电动势 的方法测量(E, t)数据; 3.作 E-t 图线,以 E 为纵坐标,t 为横坐标,作出图线; 4.求电偶常数:在 E-t 图线上找两组数据(E1, t1)和(E2, t2),如图 2-2 所示,则 E2-E1 c= 。 t2-t1 5. 求高温接点为 100° C 时的温差电动势: 用代入理论式计算该电动势, 或者从 E-t 图线上查出电动势。

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