全国中学生第30届——32届物理决赛实验试题及答案Doc1.doc

第30届全国物理竞赛决赛实验试题 实验题目二 “研究小灯泡的发光问题”题解与评分标准 （18分） 1.1设计出确定环境温度下灯泡灯丝电阻R0的路线图（3分）（若申请了提示卡1，扣除6分）测量原理电路图如图1所示。 线路图评分标准： （1）.电路原理正确2分 （2）.元件符号使用正确0.5分，连线无断点0.5分。 1.2简述测量原理及步骤（6分） 测量原理（4.5分）： 通过测量在环境温度（室温）下灯泡的灯丝电阻，由公式T=aR0.83计算得出a，即可确定灯泡的灯丝温度与其电阻的关系。小灯泡由于其通电之后的热效应，其环境温度下的电阻不能直接测量。（在原理部分，可能出现以下三种答案） 答案1: 利用小功率下的灯丝电阻与电功率关系外推到零功率的情况下获得，此部分测量线路如图1所示。图中R1为电位器，R2为标准电阻，L是小灯泡。记录灯丝电压及标阻电压，从而获得灯丝电阻与其电功率的关系，画出他们的关系曲线，外推到功率为零即可获得环境温度下的电阻。 为测出环境温度下的灯丝电阻，可不必进行大功率范围的测量，只测量小功率下的即可。 答案2. 利用低电流下的灯丝电阻与电流关系外推到零电流的情况下获得，此部分测量线路如图1所示。图中R1为电位器，R2为标准电阻，L是小灯泡。记录灯丝电压及标阻电压，从而获得灯丝电阻与其电流的关系，画出他们的关系曲线，外推到电流为零即可获得环境温度下的电阻。 为测出环境温度下的灯丝电阻，可不必进行大电流范围的测量，只测量小电流下的即可。 答案3. 利用低电压下的灯丝电阻与电压关系外推到零电压的情况下获得，此部分测量线路如图1所示。图中R1为标准电阻，L是小灯泡。记录灯丝电压及标阻电压，从而获得灯丝电阻与其电压的关系，画出他们的关系曲线，外推到电压为零即可获得环境温度下的电阻。 为测出环境温度下的灯丝电阻，可不必进行大电压范围的测量，只测量低电压下的即可。 原理部分评分标准： 明确需要测量室温下的电阻，利用测量到的室内温度和电阻来确定a，1分 ①由于小灯泡的热效应直接与其电功率相对应，因此用功率为零来获得室温下的电阻较为合理，得3分。 ②当功率为零时，电流或者电压也会为零，因此解法2和3也有道理。但鉴于灯丝电阻与电流、电压呈现明显的非线性；受测量仪器精度限制，小电流（或低电压）区域的数值误差大。因此利用电流（或电压）外推方法不可取解法2和3得2分。 （3）此部分只测量小功率范围（电压、电流）0.5分。 实验步骤：（1.5分） 连接线路，将电位器R1滑到图一中的下端，使与灯泡部分并联的电阻较小。 检查无误后，按下开关。 记录灯泡电压与标值电阻的电压。 每个过程0.5分。 1.3自行设计表格，将所获得的数据列入表格，并用作图法给R0（9分） （1）直流稳压电源的输出电压=1.0V（可自行设定固定电压的数值，但应能够满足测量要求）。 （2）室温t0=17.9℃ （3）标准电阻阻值=20.0Ω（或100Ω，此时标阻电压是下面列表的5倍）。 表1 测量环境温度下的电阻R0 序号 测量数据 计算所得数据 灯丝电压（mV） 标阻电压（mV） 灯丝电流（mA） 灯丝电阻（Ω） 灯丝电功率（mW） 1 21.1 40.0 2.00 10.55 0.042 2 31.8 60.0 3.00 10.60 0.095 3 42.8 79.9 4.00 10.71 0.171 4 54.4 100.1 5.01 10.87 0.272 5 66.3 120.0 6.00 11.05 0.398 6 79.1 140.4 7.02 11.27 0.555 7 92.6 160.4 8.02 11.55 0.743 8 107.3 180.5 9.03 11.89 0.968 9 10 解答一：测量电阻与功率的关系 解答二：测量电阻与电流的关系 解答三：测量电阻与电压的关系 利用室温下的灯丝电阻：R0=10.45Ω（由灯丝电阻与电功率关系外推得出）和室内温度为17.9℃，由aR0.83求得290.9=a·10.450.83，可计算得a=41.48，故而有小灯泡温度与电阻的关系为T=41.48·R0.83，当我们测得小灯泡的电阻即可获得其温度值。 评分标准： 设计的表格及数据记录清晰合理、数据不缺项1分（含实验测量数据、有效数字、电压固定电压、温度等参数） 测量数据区间合适1分（测量的灯泡电阻阻值区间应在小阻值区间） 测量数据足量能够给出结论（实验点不少于8个），1分 从绘制的数据曲线观察，数据点具有很好的规律，无明显离散满分1分，如离散较大扣1分，说明电源电压选择不合理，在操作中可能出现了反复调整小灯泡电压的情况。 坐标轴的比例能够可靠表示有效数字位1分（分度合理） 图名、坐标轴方向、坐标轴参量名、