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上海市第二十一届初中物理竞赛(大同中学杯)决赛(实验)试题

发布时间:2014-01-23 16:58:16  

上海市第二十一届初中物理竞赛(大同中学杯)决赛(实验)试题

姓名 学校 准考证号 得分

2007年4月

考试时间60分钟

试题一

一束光入射三棱镜的一个光学面,经过折射后从另一个光学面射出,入射光和出射光之间的夹角称为偏向角,用δ表示,见附图,

根据理论推导,可以知道δ存在一个最小值,称为最小偏向角,用δmin表示。三棱镜的两个光学面之间的夹角称为三棱镜的顶角,用A表示,则棱镜材料的折射率n可以表示为

A??minSin n?Sin2

利用所提供的实验器材,测量三棱镜的顶角A和最小偏向角δmin,并由上式计算棱镜对红色激光的折射率。

实验要求:

1、简要地写出实验步骤及计算公式,

2、在试卷相应位置上进行实验操作并画出实验操作示意图,

3、实验结果要求有3位有效数字,实验误差要求在一定范围内。 可供器材:

1、三棱镜一块。2、红色半导体激光器一个(连电源),3、大头针若干个,泡沫塑料板一块,白纸一张,量角器一把,直尺一把,光屏一个。

一、测量棱镜顶角A

1)简要写出实验操作步骤

2)实验操作示意图

3)测量三棱镜顶角A

二、测量棱镜对红色激光的最小偏向角δmin

1)简要写出实验操作步骤

2)实验操作示意图

3)测量最小偏向角δmin

三、计算棱镜对红色激光的折射率n

参考答案

测量三棱镜顶角A

一、光学方法测量

1、实验步骤

1)

2) 束和光学平面垂直(光束按原路返回),用大头针确定入射光方向。

3) 用激光束射向棱镜的另一个光学平面,重复步骤2),确定另一光学面的法线方向

4) 测量棱镜顶角A。

测量方法1:

直接用量角器测量θ,利用公式A=180°-θ求顶角A,或者直接测量棱镜顶角A。 测量方法2: 用几何方法作出直角三角形,利用公式A?tg

2、实验操作示意图 ?1a计算顶角A。 b

三棱镜底边

3、测量计算棱镜顶角A

方法1: θ= , A?180??? 方法2: a= ,, b= 。

A?tg?1a? b

二、针插法测量

1、实验步骤

1

2)、用大头针确定三棱镜两个光学面的位置。

3)、用铅笔画出两个光学面的夹角并用量角器测量三棱镜顶角A。

2、实验操作示意图

箭头为大头针插入位置

3、用量角器测量三棱镜顶角A。

方法二说明:用铅笔直接在纸上画出三棱镜顶角也可以,但不能用量角器直接测量,由于三

棱镜较小,这样测量误差较大,不符合实验规范的要求。

测量最小偏向角

1、实验步骤

1)白纸放在泡沫塑料板上,三棱镜置于白纸上。用半导体激光束射向棱镜的一个光学平面,在另一光学面外利用物屏观察出射光点。

2减少的方向移动,当光点移动到偏向角最小的位置时,用大头针确定入射光束和出射光束的方向。

3)测量棱镜对激光的最小偏向角δmin。

测量方法和测量顶角一样有两种。这里不再重复。

2

光点移动方向

3、测量计算最小偏向角 测量结果

δmin≈39.5°

三、计算棱镜对λ=6500?的激光的折射率

A??minSin

n?? Sin

2

上海市第二十一届初中物理竞赛(大同中学杯)决赛(实验)试题

试 题 一 评 分 细 则

说明:1、三棱镜顶角列出两种方法,如果用量角器直接测量三棱镜的顶角,

由于棱镜较小,测量误差较大,因此不符合实验规范要求,用这种方法测量,总分 只能得5分。

2、根据对实验测量的基本要求,测量角度时,两条角边要符合量角 器的要求,要尽量画得长些,否则扣去5分。

3、要求提示,扣除“实验步骤”部分得分12分。

提示

最小偏向角δmin的测量方法

固定半导体激光器,转动三棱镜,使出射光点向偏向角减小的方向移动。

试题二

(考试时间60分钟)

实验装置说明:

通电长线圈内具有相对均匀的磁场,当线圈内的电流方向确定后,线圈两端的极性可通过右手螺旋法则判断得到S和N极,现将通电长线圈竖直放置,并与游标卡尺上的游标固定在一起能上下移动。另外,有一块小磁铁挂在一根弹簧的下垂端,当下垂的磁铁靠近长线圈上端时,磁铁与通电线圈产生的磁场间会有相吸或相斥的现象。(桌上放置有实验装置图和游标卡尺的使用说明图) 题意:

用以上的实验装置,测出弹簧下小磁铁与通电线圈间相吸或相斥时的变化参数,即测出线圈内的电流I与弹簧伸缩变化L间的关系图(L—I图),并用此实验原理和方法再测量某一未知的电流值IX(IX由监考教师提供),将作图得到

的IX与通过取样电阻测出的相应未知电流IY作比较,根据下式,得到电流的相

对误差E。

Ix?IyE?100% Iy

实验器材:

取样固定电阻一个、数字式电压表、直流电源(连续可调)、实验装置(内含弹簧、悬挂托盘、小磁铁、长线圈、游标卡尺等)、开关、导线若干根。

提示与注意:

1.

2.

3. 对弹簧下小磁铁与通电线圈间相吸或相斥参数的测定,应尽可能在小范围的匀强区域内进行。 直流电源的输出电压不要超过20伏。 取样电阻在较大电流下工作时会有发热现象,请同学们不要用手去

摸。

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实验要求:

一.按给出的实验装置图进行组合,设计一个符合测量要求的方案,包括画出实

验线路图,写出实验方法或步骤。

二.测出I与L间的关系,作出L—I图。

三.由作图得到未知电流IX;并由取样电阻上测出电流IY,计算其相对误差E。

上海市第二十一届初中物理竞赛(大同中学杯)决赛 试题二评分细则 2007年4月

学校 准考证号 姓名 成绩 监考教师

参考答案:

一、设计一个符合测量要求的方案,包括画出实验线路图,写出实验方法或步骤;

实验方法或步骤:

1.按上图线路部分接线;

2.接通开关后调节电源输出电压;

3.测出取样电阻两端的电压,并以其电压除以电阻后得到线圈内的电流值Iy;

4.调节游标卡尺上的游标,将线圈内竹尖的上端刚好碰到磁铁;

5.每次改变线圈内的电流I后,线圈上端产生的磁场力会作用于磁铁,并引起弹簧的伸 长或收缩L。

6.作出L—I关系图,并求出斜率。

7.将通电线圈接到另一未知的电源上,根据得到的斜率和伸缩量ΔL,由图上得到未知电流Ix值。

8.由给出的计算式,得到电流的相对误差。

二、测出ΔI与ΔL间的关系数据,通过作图法得到斜率。

(2)作出L与I关系图:

ΔL(mm)

(3)得到弹簧的斜率为4.33mm/A

三、测出未知的电流值Ix和Iy。

由计算得到线圈内的电流为0.75A,而由弹簧的伸长测出的电流值为0.79A,计算出电流的相对误差为5.3%。

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