物理實驗競賽試題選講

物理實驗競賽試題選講（一）勞五一高永昌（河北師范大學物理系050016）編者按：全國中學生物理競賽是一項選拔物理學習尖子的活動.試題水平歷來顯著超出高中物理教學和高考水平，因此一般認為高中物理競賽試題很難直接引入中學物理教學，但是物理實驗競賽的命題思路卻可以給傳統(tǒng)的中學物理實驗教學改革以很多啟示.河北師范大學勞五一、高永昌兩位老師長期承擔河北賽區(qū)實驗命題，并參與全國中學生物理河北賽區(qū)的競賽組織工作，實踐中積累了豐富的資料和經(jīng)驗.為此本刊決定開設“物理實驗競賽”專題，首先發(fā)表他們提供的材料，也歡迎其他省市的有關同志為本題撰稿。全國中學生物理競賽是廣大中學生和中學物理教師們關注的重要賽事。物理競賽活動作為正常物理教學的重要補充，具有鮮明的特點和重要的教育價值。筆者多年從事物理競賽實驗考試的命題。評卷和培訓工作，看到中學生的實驗能力與理論能力相比差距很大。作為中學生而言，不論將來是否從事物理專業(yè)，它們的實驗能力都不應該是現(xiàn)在的水平。知識經(jīng)濟的時代正在向我們走來，學校教育在教學活動中應著力發(fā)展學生的創(chuàng)造力。物理教學中，注意發(fā)展學生的實驗能力，對學生創(chuàng)造力的發(fā)展將會產(chǎn)生良好的影響。我們認為，物理競賽中的許多實驗題目特點鮮明，要求學生靈活地應用所學知識去獨立地解決真實的問題，引導學生去做一做，只要引導得法，不論是提高競賽能力還是發(fā)展創(chuàng)造思維水平都是很有價值的。在此我們選編了一些物理競賽實驗題目，并做了一些必要的分析說明和解答，供讀者參考。1確定雙股電纜漏電處位置現(xiàn)有鋪設在地下的雙股電纜一千米，已知線間某處漏電，請用給定器材確定漏電處的位置.［儀器］電纜模擬物一個（參數(shù)與實物相同）、漆包線一段（每段電纜與漆包線芯相同）、游標卡尺、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、開關、漆包線參數(shù)一覽表。［分析］這是一個由實際問題簡化模擬而來的題目。題目意圖十分明顯，是讓學生體會科學知識在解決實際問題時的作用。要求學生利用題目中所給的儀器和資料條件，設計一個實驗方法，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，就可設計兩個參數(shù)不同的類似電路如圖1所示，從而獲得兩個可以

接測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窮大，因此在電路中可以直［解答］設距左端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窮大，因此在電路中可以直［解答］設距左端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，即可求出結果。2測定平行平晶對633nm激光的折射率［儀器］平行平品（或玻璃磚）一個、氦一氖激光器一臺、方格紙屏（帶支架）、鋼卷尺、金屬尖、升降臺.［要求］畫出光路圖，推導測量公式，簡述實驗步驟，計算測量結果.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玻璃器件，兩端面為光學表面，互相平行.當激光束射向平行平晶第一端面時，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量之間的關系。［解答］用金屬尖在方格紙上靠近邊緣的方格線交叉處扎一小孔，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?