江苏省第38届全国中学生物理竞赛复赛实验试题

第九题 实验题 1（50 分）

题文大致介绍实验原理，给出了//

2MB I T π=

1、导出实验公式。

2、画出实验电路图。

3、写出实验步骤。

4、如何判断线圈连线正确？

5、如何判断电流的正反方向。

6、给出①②行数据，要求作图计算出B //

1. 导出公式 （5 分）

根据简谐振动方程，振动周期为//

2MB I

T π

=， 导出实验公式

⎪⎭

⎫ ⎝⎛

+=i R N B I M T 0//227155.041μπ 2. 电路图（5 分）

3. 实验步骤：（15 分）

（1） 调整两个线圈之间的距离，使之等于线圈的半径，构成一个亥姆霍兹线圈。

（2） 调节小磁针位置，使其位于亥姆霍兹线圈中心处，调节亥姆霍兹线圈方位使其轴线与小磁针指向相同。

(3)按电路图接好线后，观察小磁针摆动情况，确定亥姆霍兹线圈产生的磁场 B e 的方向与 B //

是同向还是反向；改变线圈中的电流方向和大小，测出磁针n 次振动的时间。

4. 改变线圈中的电流值，观察磁针振动的周期变化。如果磁针振动周期随着线圈电流而变化，说

明线圈串接正确。（4 分）

5. 电流正向时，磁场大，磁针的振动快；电流反向时，磁针的振动慢。保持电流大小不变，改变

电流方向，根据磁针的振动快慢，确定电流的正反方向。（4 分） 6. 数据处理和结果（17 分）

序号 1 2 3 4 5 6

① i(mA) 2.00 1.00 0.00 -1.00 -2.00 -3.00 ②t 20(s) 14.87 15.75 16.86 18.28 20.21 22.39 T(s) 0.7435 0.7875 0.8430 0.9140 1.010 1.120 1/T 2(s -2) 1.809 1.612 1.407 1.197 0.9803 0.7972 序号 7 8 9 10 11 12 ①i(mA)

-4.00 -5.00 -9.00 -10.00 -11.00 -12.00 ②t 20(s)

25.62 31.35 33.16 26.95 23.21 20.48 T(s) 1.281 1.568 1.658 1.348 1.160 1.024 1/T 2(s -2) 0.6094 0.4067 0.3638 0.5503 0.7432 0.9537

数据计算（5 分）

作图（10 分）：

i 0=-7.16mA

计算结果（2 分）

B // = -B e = 3.22⨯10-5T

（数值 3.14---3.30 均可）

i (mA)

T (s )

第十题 实验 2（30 分）

1. 导出公式（5 分）

s

b d LDF

E D

s b L ∆=

∆⋅=

∆282π

2 计算杨氏模量（12 分）

累加法（9 分）

累加法

∑F i

=15⨯9.80 =147N ， ∑∆s i

=16.34cm 代入杨氏模量计算公式，可得

结果 E = 8LD ∑ F

i

π d 2

b ∑∆s

= 1.97 ⨯1011

N m 2

（3 分）

2. 误差（8 分）

由误差传递公式⎪⎪⎭

⎫ ⎝⎛∆+⎪⎭⎫

⎝⎛+⎪⎭⎫

⎝⎛+⎪⎭⎫

⎝⎛+⎪⎭⎫

⎝⎛=∑∑15512

2

2

2

4i d b D L E S d b D L E 标尺σσσσσσ,将各个量的测量误差用仪器的精度来估算，

σ L = 0.05cm

σ D = 0.05cm σb = 0.002cm σd = 0.0005cm σ标尺 = 0.05cm

∆E 范围 0.02--0.08 ⨯1011

都正确。

3. 对于本实验中拉伸法测量，增加负重和减轻负重时，钢丝变形存在一定的驰豫效应，因而测量

值不同。 (5 分)

i

第十题、题文：给出原理图（光路图）及各个字母

1.导出实验公式

2.用累加法计算杨氏模量

2分析仪器精准带来的误差

3.为何增重、减重时负重相同，测得伸长量却不同？