精品第28届全国中学生物理竞赛决赛实验试题.docx

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精品第28届全国中学生物理竞赛决赛实验试题

【精品】第28届全国中学生物理竞赛决赛实验试题一试卷及答卷

直流电源特性的研究

一、题目：

一直流待测电源，开路电压小于2V。

（1）利用所给仪器，自组电压表、并测量待测电源的开路电压；

（2）利用所给仪器，测量待测电源的短路电流。

二、仪器：

直流待测电源，六位电阻箱二台，标称值350欧姆的滑线变阻器一台，标称值3V直流电压源E一台，准确度等级0.5级指针式100微安直流电流表一台，准确度等级0.5级指针式多量程直流电流表一台，准确度等级1.5级指针式检流计G一台，开关、导线若干。

三、说明：

1、待测电源具有非线性内阻，不适合用曲线外推法测量；

2、测量中需要的电压表用100微安指针式直流电流表和电阻箱自组；

3、标称值3V直流电压源E由两节1号干电池、15欧姆保护电阻串联构成；

4、所画测量电路中的待测电源、3V直流电压源E、电流表、电流表需用“”和“”标明其正负极性；

5、检流计G两接线端子上并联两个保护二级管，作为平衡指示器使用时，可以不使用串联保护电阻。

如果测试中需要用检流计G判断电流是否为0时，应说明检流计G指示为0的判断方法或者判断过程。

四、要求：

1、（7分）利用所给器材，测量100微安电流表内阻，并将100微安电流表改装成2.00V量程的电压表。

要求画出测量内阻的电路图，简述测量原理，给出测量结果；画出自组电压表的示意图，并标明元件的数值。

2.1（5分）画出测量待测电源的开路电压的电路图，简述测量待测电源开路电压的原理和步骤。

2.2（6分）连接电路、测量并记录必要的数据，标明待测电源开路电压的测量值。

3.1（5分）画出测量待测电源短路电流的电路图，并简述测量待测电源短路电流的原理和步聚。

3.2（7分）连接电路、测量并记录必要的数据，写出待测电源短路电流的测量值。

实验试题一答题纸：

1（7分）利用所给器材，测量100微安电流表内阻，并将100微安电流表改装成2.00V量程的电压表。

要求画出测量内阻的电路图，简述测量原理，给出测量结果；画出自组电压表的示意图，并标明元件的数值。

2.1（5分）画出测量待测电源的开路电压的电路图，简述测量待测电源的开路电压的原理和步聚。

2.2（6分）连接电路、测量并记录必要的数据，写出待测电源开路电压的测量值。

3.1（5分）画出测量电源短路电流的电路图，并简述测量电源短路电流的原理和步聚。

3.2（7分）连接电路、测量并记录必要的数据，写出待测电源短路电流的测量值。

第28届全国中学生物理竞赛决赛实验试题二试卷及答卷

光电效应的实验研究

一、概述

金属及其化合物在光照射下发射电子的现象称为光电效应。

爱因斯坦指出，一束光就是一束以光束运动的粒子流，这些粒子称为光子，频率为的光的每一个光子所具有的能量为

，它不能再分割，而只能整个地被吸收或产生出来。

根据能量守恒定律，当金属中的电子从入射光中吸收光子的能量后，就获得能量，如果大于该金属的电子逸出功，这个电子就可以从金属中逸出，叫做光电子，且有：

该式称为爱因斯坦光电效应方程。

逸出功是指一个电子脱离金属表面时需做的最小功，是光电子从金属表面逸出时所具有的最大初动能。

是普朗克常数。

由方程可知，能够使某种金属产生光电子的入射光，其最低频率应由该金属的逸出功决定，称为截止频率。

而照射光的光强是由单位时间到达单位垂直面积的光子数决定的，光强越大，逸出的光电子数越多。

利用光电效应原理制成的光电管能将光电信号转化为电信号。

光电管的示意图为：

，其中K为阴极，光照后可发射光电子；A为阳极，加正电压时收集光电子，负电压时阻止光电流。

光电管的主要特性有：

1．伏安特性：

当照射光的频率和光强一定时，光电流随两极间电压变化的特性称为伏安特性。

用不同强度的光照射光电管时，可得到不同的伏安特性曲线。

极间电压为零时，光电流并不为零。

当光电管加反向电压至一定值时，光电流才为零，称为截止电压。

2．光电特性：

当照射光的频率和两极间电压一定时，饱和光电流随照射光强度变化的特性称为光电特性。

3．光电管的截止电压与光照频率有关，测出不同频率光照射下光电管的截止电压，画出的关系图，从而根据光电效应方程，可由图线求出普朗克常数、阴极材料的截止频率和逸出功。

二、仪器用具

1．装在暗盒中的光电管（附有挡光盖）一只；

2．高压汞灯及其电源一套（附有挡光盖）；

3．滤光片一组（其透射光的中心波长分别为）；

4．光阑一组（直径）；

5．直流稳压电源一个（稳压恒流电源，已调至稳压状态，显示“”）；

6．电位器R一个（）；

7．专用微电流计一个及专用电缆线（它是实验仪中的微电流测量部分，用于测量光电管所产生的光电流，电缆线实际是两条线，当用电缆线将实验仪背面的“微电流输入”与光电管暗盒背面的“K”接通时，就串联在电路中，电流量程为。

实验仪还有一个测量普朗克常数时要用到的电源及电压调节旋钮，仪器面板见使用说明）；

8．直流电压表一个（0.5级，）；

9．光具座一个（附有标尺）；

10．单刀开关一个；

11．双刀双掷换向开关一个；

12．导线若干。

三、实验题目及要求

1．测定光电管的伏安特性（14分）

（1）画出实验电路图，注明所用仪器符号；

（2）简述实验方案（或主要步骤）；

（3）连接电路，选择的滤光片使照射光为波长的单色光，用的光阑固定光强，光源与光电管间的距离调为，改变光电管极间的电压（），合理选择电压表和电流计量程（在范围内选），测量若干组电压与电流的值；

固定照射光的波长仍为，改变光强（用和光阑），再测两次、值；

（4）在直角坐标纸上同一坐标系中作出图。

注：

测量时不准用实验仪内的电源，必须用所给的直流稳压电源等自组测量电路；实验仪中的电流测量部分作微电流计使用。

2．用“零电流”法测定普朗克常数及从图线上求出截止频率，并计算阴极材料的逸出功。

（16分）

“零电流”法是直接将各谱线光照射下测得的电流为零时对应的电压的绝对值作为截止电压。

（1）推导测量普朗克常数的实验公式，简述实验原理；

（2）光电管用实验仪的电压输出端供电，用专用线连接电路，简述实验步骤；

（3）固定，电流计量程用档，用不同的滤光片以改变照射光的频率，在电流及其两边各测两组共五组数据，以确定各自对应的截止电压值；

（4）作图；

（5）根据图求出普朗克常数的值（要有计算过程）；

（6）根据图得出截止频率，并计算光电管阴极材料的逸出功。

注：

这部分测量时要求用实验仪内的电源、电压表和电流计。

四、注意事项

（1）使用光电管和汞灯光源的挡光盖，不要使光电管暴露在强光下；不要用眼睛直视汞灯发出的光！

换光阑和滤光片时，先将汞灯的遮光盖盖上！

（2）防止滤光片及光阑污染或打碎！

（3）指针式电压表如接错位置或正负极，指针反转会损坏仪表！

（4）调节到位后，读取数据宜迅速！

实验试题二答题纸：

1．测定光电管的伏安特性（14分）

1.1画出电路图（3分）

1.2简述实验步骤（3分）

1.3数据记录（5分）

，

-3.0

-2.0

-1.0

-0.6

0.0

0.6

1.0

2.0

3.0

4.0

6.0

8.0

11.0

14.0

17.0

20.0

23.0

26.0

30.0

1.4在直角坐标纸上画出图。

（3分）

2．测定普朗克常数、阴极材料的截止频率及逸出功（16分）

2.1实验公式推导及原理简述（1分）

2.2实验步骤（2分）

2.3数据记录（5分）

，

0.0

0.0

0.0

0.0

0.0

根据以上数据，得：

365

405

436

546

577

2.4在直角坐标纸上作出图（3分）

2.5普朗克常数的计算（3分）

2.6确定光电管阴极材料的及逸出功（2分）