上海市第二十一届初中物理竞赛大同中学杯决赛试题.docx
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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试题
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
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。
警示:
实验中不能用眼睛直接对着激光观察,防止激光灼伤眼睛!
!
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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)白纸放在泡沫塑料板上,三棱镜置于白纸上,在实验中不能移动三棱镜。
2)用激光束射向棱镜的一个光学平面,转动激光器,改变激光束入射方向,使入射光束和光学平面垂直(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
计算顶角A。
2、实验操作示意图
改变入射方向
3、测量计算棱镜顶角A
方法1:
θ=,
方法2:
a=,,b=。
。
二、针插法测量
1、实验步骤
1)、白纸放在泡沫塑料板上,三棱镜置于白纸上,在实验中不能移动三棱镜。
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
3、用量角器测量三棱镜顶角A。
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)固定半导体激光器,使入射光束的方向不变,转动三棱镜,使出射光点向偏向角减少的方向移动,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、实验操作示意图
3、测量计算最小偏向角
测量结果
δmin≈39.5°
三、计算棱镜对λ=6500Å的激光的折射率
。
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
姓名准考证号学校监考教师
实验内容
应得分
实得分
测量三棱镜顶角A
光学方法测量
实验
步骤
1.器材放置,不指明“实验中三棱镜不能移动”不给分
2
15
15
2.一个光学面法线方向的确定(光束按原路返回)。
1
3.另一光学面法线方向的确定(光束按原路返回)。
1
4.测量棱镜顶角A(两种方法中任意一种)
1
实验示意图
2
实验操作
操作方法不正确扣5分(固定激光器;转动三棱镜,光点向偏向角减小的方法移动。
)
6
测
量
1.量角器测量,直接测量顶角A(读数不正确扣1分);
2.测量θ,利用公式A=180-θ计算(读数不正确扣1分,公式1分)
2
2.测量直角三角形直角边a、b,利用公式
计算,(公式1分,读数不正确扣1分)
针插法测量
实验步骤
1.器材放置,不指明“实验中三棱镜不能移动”不给分
2
15
2.用大头针确定三棱镜顶角边的位置
2
3.用铅笔画出顶角A,用量角器测量
1
实验示意图
2
实验操作
操作方法不正确扣5分(大头针间距尽量大)
6
测量
读数不正确扣1分
2
测量最小偏向角
实验
步骤
1.器材放置,不指明“实验中不能移动激光器”不给分
4
30
2.转动三棱镜,确定达到δmin时三棱镜的方位,用大头针确定最小偏向角δmin。
(不指明“转动三棱镜”不给分)
6
3.测量棱镜对激光的最小偏向角(两种方法中任意一种)
2
实验示意图
6
实验操作
操作方法不正确扣5分(固定激光器;转动三棱镜,光点向偏向角减小的方法移动。
)
10
测
量
量角器测量,直接测量最小偏向角δmin。
(读数不正确扣1分)
2
2.测量直角三角形直角边a、b,利用公式
计算(公式1分,读数不正确一个扣1分,扣完为止)
计算折射率
计算结果正确2分,有效位数正确3分
5
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。
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.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。
2.直流电源的输出电压不要超过20伏。
3.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
实验要求
评分细则
得分
一、画出实
验线路图,
并写出实验方法。
(15分)
1.正确画出
实验线路
图。
(5分)
(1)正确画出实验线路图,得5分。
(2)线路回路中未画出取样电阻,扣5分。
(3)线路回路中未画出取样电阻两端的电压表,扣2分。
分
2.写出正确的实验方法或步骤。
(10分)
(1)写出正确的定标方法,即测出I与L间的关系,得5分。
(2)写出正确的测量未知电流Ix方法,得3分。
(3)写出正确的测量未知电流Iy的方法,得2分。
分
二、测出
I与L间的数据,通过作图法得到斜率(25分)
1.正确测量
ΔI与ΔL
间的数据。
(15分)
(1)根据设计的方案,能正确接线,得5分。
(2)能正确调节和测量线圈内的电流值,得5分。
(3)能正确测出L值,得5分。
分
2.正确作图,并正确计算出斜率。
(10分)
(1)能正确绘出L—I的关系图,得5分。
(2)能正确计算出斜率,得5分。
分
三、测出未知的电流值Ix和Iy。
(10分)
1.能正确测量未知电流Ix和Iy。
(10分)
(1)能正确从作出图上得到未知电流值Ix,得5分
(2)能正确测出未知电流值Iy,得5分
允许的相对误差在
15%以内,
分
合计总分
分
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;
实验线路图:
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。
(1)参考数据:
I(A)
0.00
0.07
0.15
0.26
0.39
0.47
0.55
0.60
0.68
L(mm)
6.72
6.90
7.20
7.66
8.14
8.48
8.84
9.08
9.32
I(A)
0.73
0.80
0.92
L(mm)
9.50
9.92
10.38
(2)作出L与I关系图:
(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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- 上海市 第二十一 初中 物理 竞赛 大同 中学 决赛 试题
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